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Una lección de física arrugando un papel

Hay algunos conceptos básicos de la física que cuando te los cuentan por primera vez crees que se están quedando contigo. Una de esas ocasiones es cuando te dicen que la velocidad de caída de un objeto debida a la atracción de nuestro planeta no depende de su peso.

Sí, ya sé que Galileo lo demostró hace bastante tiempo y lo pude ver en Érase una vez el hombre, pero es que resulta que tengo un pequeñajo en casa y tengo que prepararme mentalmente para cuando lleguen sus preguntas curiosas. Por ahora él se dedica a experimentar tirando todo tipo de cosas al suelo y ya se debe haber dado cuenta de que los objetos pesados suelen caer a una velocidad mucho mayor que los ligeros y hacen mucho más ruido, para su gozo y deleite.

Así que ¿cómo podría explicarle que está equivocado? Vamos a hacer un experimento rápido. Los materiales son fáciles de encontrar:

  • un lápiz
  • un trozo de papel
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Con los elementos para nuestro sencillo experimento preparados.

Ahora dejamos caer el trozo de papel y el lápiz a la vez. El lápiz llegará rápidamente al suelo y mirará desde allí con desdén a la lenta hoja de papel que sigue su recorrido con caótica parsimonia. Vaya, parece que seguimos dándole la razón al pequeñajo, así que vamos a hacer otra prueba: arrugamos el papel formando una bolita, cuanto más esférica mejor.

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Consideremos que la bola de papel es esférica y su masa puntual. La frase que sueña ver todo estudiante en un examen.

Volvemos a dejar caer el lápiz y el papel. En esta ocasión llegan al suelo casi a la vez. Ahora tenemos el momento perfecto para hacerle una pregunta al peque:

–Dime, ¿por qué ahora tardan prácticamente lo mismo en caer? ¿qué ha cambiado?

Es el momento de explicarle cómo la forma del papel ofrecía resistencia al aire que nos rodea, ese mismo aire que respiramos. Explicarle que al arrugar la hoja has reducido drásticamente la resistencia que ofrece y que, en realidad, todos los objetos caerían a la misma velocidad si no estuviéramos rodeados de nuestra atmósfera. Es hora de hablarle sobre las cometas que vuelan en la playa, los pájaros y los aviones; de cómo ese mismo aire, que frena la caída de los objetos, nos permite volar. Es el momento ideal para enseñarle tus diseños magistrales de aviones de papel y bordarlo gracias al astronauta de este vídeo.

Cuando pasen unos años, tendrá la oportunidad de conocer la fórmula que rige este movimiento y de aprender a hacer cálculos como el de la velocidad terminal de un objeto en caída libre. Pero lo más importante es que él ya habrá asimilado el concepto físico subyacente a todo esto, gracias a una simple hoja de papel y un lápiz.

Esta entrada participa en la XLVIII Edición del Carnaval de la Física, alojada en el blog de Daniel Martín Reina (@monzoneteLa Aventura de la Ciencia. Y sirve como futura introducción de la próxima edición, que se celebrará en este blog y tratará sobre la física de los objetos cotidianos.

Más información

Hace poco el tercer precog publicó una historia muy curiosa sobre paracaidistas y una calabaza díscola.

Gravity. George Gamow. Dover Pubn Inc. En este libro, Gamow propone este experimento con una moneda y un papel.

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El péndulo y Galileo (y II)

En la primera parte de El péndulo y Galileo vimos cómo el italiano usaba esta herramienta para demostrar conceptos como la caída libre de los cuerpos, o para realizar cálculos de longitudes de cuerda. En esta segunda parte vamos a ver cómo ayudó el péndulo a Galileo a realizar sus estudios sobre cinemática.

plano inclinado

Modelo del experimento del plano inclinado inspirado en las investigaciones de Galileo. El péndulo que se puede ver al final del artefacto, servía para medir el tiempo que tardaba la bola en llegar al tope final. Museo de Galileo en Florencia: http://catalogue.museogalileo.it/object/InclinedPlane.html

Galileo y el movimiento uniformemente acelerado

Movimiento uniformemente acelerado es aquel en el que la aceleración es constante. Galileo ya sabía que la aceleración en una caída libre de un objeto era constante, siempre que no fuera frenado por un fluido, como el aire. Para poder estudiar mejor este movimiento utilizó esferas y planos inclinados, ya que la aceleración seguiría siendo constante, pero se reduciría de forma proporcional al ángulo usado, facilitando el estudio. Y lo más interesante, la velocidad a la que el cuerpo llegaba al suelo dependía únicamente de la altura desde la que se dejaba caer.

Doy por supuesto que los grados de velocidad alcanzados por un mismo móvil, en planos diversamente inclinados, son iguales cuando las alturas de los mismos planos son también iguales.

Diálogo sobre dos nuevas ciencias. Galileo Galilei.

Un objeto lanzado desde C tardará lo mismo en llegar al suelo por el plano CD, que por el plano CA. Siempre que el rozamiento sea despreciable.

Dibujo realizado por Galileo para ilustrar que un objeto soltado en C, tardará lo mismo en realizar el recorrido CD, que el recorrido CA. Fuente: click en imagen.

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