EXPERIMENTOS PARA OBTENER LA ACELERACIÓN

 
     
 

Una vez observado que, en condiciones en las que se pueda considerar despreciable el rozamiento, cuerpos de masas muy diferentes caen igual en las proximidades de la superficie terrestre, interesa comprobar si el movimiento es uniformemente acelerado y obtener en su caso el valor de la aceleración.

  
     
 

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Con estos objetivos, se puede realizar en el laboratorio un experimento bastante completo usando el sensor de posición. Diferentes equipos de alumnos pueden comprobar  que el movimiento de caída de un recipiente de plástico es uniformemente acelerado y, dentro del margen experimental, obtendrán valores de la aceleración de caída libre cercanos, pero siempre inferiores, al valor de g en ausencia de rozamiento. Este resultado indica que el rozamiento con el aire es importante en este caso y se requiere minimizarlo para obtener (dentro del margen experimental) un valor de la aceleración igual al valor atribuido a g en ausencia del rozamiento. Más interesante aún resulta ampliar la investigación para estudiar cómo afecta el rozamiento en la caída. El profesor Mikel Etxaniz, de la Ikastola Pasaia-Lezo en Guipúzcoa, nos envía otro experimento similar que obtiene un valor excelente de g al estudiar el movimiento de caída de un pedazo de plastilina.
 
     
 

El hecho de que todos los cuerpos caen con la misma aceleración en ausencia de rozamiento no ofrece dudas a la comunidad científica. En 1964 Roll, Krotov y Dicke y en 1971 Braginski y Panov lo confirmaron con una incertidumbre más pequeña que una parte en un billón. En fecha mucho más reciente (1999), un grupo de científicos de la Universidad de Stanford, coordinado por el físico Achim Peters, determinó la aceleración de caída en el campo gravitatorio terrestre con una precisión de tres partes en mil millones. Realizaron un experimento consistente en enfriar por láser una fuente de átomos de cesio y luego estudiar su caída.  La conclusión de estos experimentos fue siempre que en ausencia de rozamiento la aceleración de caída libre es la misma para todos los objetos y aproximadamente igual a 9,83 m/s2.

 
     
 

 

 

    

 

 

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Utilizando el programa Modellus se puede realizar otro trabajo experimental en el que se compara el movimiento real (filmado) de caída de una pelota y el movimiento teórico de caída libre realizado por una pelotita virtual que obedece a las leyes de Newton del movimiento. Se consigue un alto grado de concordancia entre el movimiento real y el virtual, verificando un valor experimental de la aceleración de caída muy cercano al oficial.  El trabajo práctico tiene el aliciente de que los alumnos, los profesores involucrados, o cualquier otra persona que quiera participar, se convierten en protagonistas de la animación construida para el análisis experimental. El experimento lo realizan alumnos en el Instituto (figuras de la primera fila) y profesores en cursos de formación docente (figura izquierda de la segunda fila).

También se realizó en el Concurso Ciencia en Acción 2010, celebrado en Santiago de Compostela, formando parte de un conjunto de demostraciones sobre la caída libre que obtuvieron Mención de Honor del Jurado (figura derecha de la segunda fila).
 
     
 

La igualdad de la aceleración de caída libre para todos los objetos en ausencia de rozamiento,  es un concepto aplicable a cualquier lugar del Cosmos, teniendo dicha aceleración un valor determinado en cada planeta, satélite, estrella,.. Así, por ejemplo, en la superficie de la Luna la aceleración de caída libre vale aproximadamente 1.62 m/s2.

 
     
 

 

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Obviamente, no podemos estudiar "in situ" el movimiento de caída en la Luna para comprobarlo. Pero, en su lugar, si se puede disponer de filmaciones útiles, como, por ejemplo, un video libre muy conocido que se filmó en la misión Apolo 15 (disponible en la página Web de la NASA). En esta misión, el astronauta David Scott  cogió un martillo de geólogo de 1,32 kilogramos y una pluma de halcón de unos 30 gramos. Sostuvo ambos a la misma altura (aproximadamente 1.5 metros) y los dejó caer simultáneamente sobre la superficie lunar, para mostrar que ambos caen con la misma aceleración.  Como se conoce la altura de esa caída, se puede usar este video para realizar un análisis experimental creando una animación Modellus destinada a comprobar la concordancia de la caída del martillo y de la pluma con la de una partícula virtual que caiga en la Luna siguiendo las ecuaciones de un movimiento uniformemente acelerado con a=gLuna.
 
 

 

  
 

 

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Otro video del mismo tipo, en este caso procedente de la misión Apolo 16 (disponible también en la Web de la NASA) muestra al astronauta John Young, cuando dio un par de saltos sobre la superficie Lunar saludando a la bandera mientras su compañero Charlie Duke retrataba el momento. Aquí también conocemos la altura (aproximada) del salto. Por tanto, podemos realizar un análisis experimental creando otra animación Modellus que evalúe la concordancia entre el salto del astronauta (filmado) y un salto realizado por una partícula virtual. Dicho análisis permite verificar que ambos movimientos (real del astronauta y virtual de la partícula) concuerdan a condición de que la aceleración de la partícula animada sea igual o muy próxima al valor que tiene g en la Luna.