El rincón de la Ciencia

nº 54 (Junio-2010)

 

Efecto de ingravidez en la caída libre  (Al-27)

Pablo García Expósito, Javier Lorenzo Díaz, Jose Enrique Antón García, Iago Martínez Colmenero, Sonia Limones Conde, Jesús Muñoz Bulnes,  Samuel Marcos de Lucas.

Alumnos de 1º Bachillerato en el IES Victoria Kent (Torrejón de Ardoz)


¿Se puede conseguir un efecto de ingravidez dentro de la Tierra? ¿Podemos hacer que las cosas “no pesen”? Cuando decimos que un cuerpo está en estado de ingravidez,  realmente no queremos decir que no actúa sobre él la fuerza de la gravedad, sino que su peso dentro del sistema es nulo. Para probar este efecto hemos diseñado dos experimentos relacionados con la caída libre.

EXPERIMENTO 1

Para este experimento vamos a necesitar un muelle (en este caso un dinamómetro) y una pelota. Colgamos la pelota del muelle. Nos subimos a cierta altura (por ejemplo, un banco) sujetando el muelle de un extremo con las manos, y nos dejamos caer (sin saltar).

Observamos que antes de caer, el muelle estaba estirado debido a la fuerza del peso de la bola. Pero al dejarnos caer con él, el muelle se encoge. Si el muelle se encoge, podemos pensar que se debe a que la pelota “no pesa”.

 
En el vídeo puede observarse cómo, antes de la caída, el dinamómetro está estirado. En el momento en que comienza la caída libre el dinamómetro se encoge y marca cero.

EXPERIMENTO 2

Para este experimento necesitamos una botella con agujeros a distinta altura y agua para rellenarla. Al llenar la botella de agua, ésta sale a distinta distancia debido al efecto de la gravedad. Ahora, llevamos a cabo el mismo procedimiento que en el experimento anterior. Al saltar desde cierta altura, el agua deja de salir por los agujeros, lo cual nos hace pensar que tampoco “pesa” en ese momento, y por eso no cae.

 


El vídeo muestra la caída libre de una persona que sujeta una botella. La botella lleva unos agujeros en la parte baja por la que salen chorros de agua. Durante la caída (dura sólo una fracción de segundo, el agua deja de salir por los agujeros.

Puede verse mejor en la presentación que hay a continuación, en la que se han seleccionado los fotogramas correspondientes a la caída. Vemos cómo deja de salir agua mientras está en caída libre y cuándo la chica toca el suelo comienza a salir de nuevo.

 

EXPLICACIÓN

En ambos experimentos hemos logrado probar este efecto de ingravidez, que realmente es más bien una ausencia de peso. Pero, ¿por qué pasa esto?

En condiciones normales, el peso de la pelota tira del muelle hacia abajo, y el muelle ejerce una fuerza de reacción igual y en sentido contrario (tensión) que “sujeta” a la pelota, cuando a su vez está sujeto a nuestra mano (el sistema está en reposo, sin aceleración). Al ser elástico, también se estira y acumula cierta energía elástica debida al alargamiento, la cual se calcula con la fórmula de la energía potencial elástica

siendo k la constante de elasticidad del muelle y x el alargamiento

Cuando el sistema muelle-pelota cae en caída libre, tanto el muelle como la pelota caen “por su propio peso”, a la vez, con una aceleración g (la de la gravedad), de modo que desaparece la tensión en el muelle que contrarrestaba el peso de la pelota y la “sujetaba”. Al desaparecer esta tensión, el muelle puede encogerse, gracias a la energía acumulada. Sucede lo mismo con el agua: como toda el agua cae por su propio peso, no puede salir por los agujeros. Normalmente, el agua está “sujeta” por la fuerza de reacción que ejerce el recipiente, y sólo cae por los agujeros. Pero al caer, todo el sistema está en caída libre, y toda el agua cae con la misma aceleración, sin salir de la botella.

            Este efecto lo podemos observar en muchas otras situaciones de caída libre, como en los astronautas de la Estación Espacial Internacional, que están en constante caída libre junto con la estación, orbitando alrededor de la Tierra. O, sin llegar a la ingravidez, podemos observar cómo nuestro peso aumenta o disminuye en un ascensor, según empieza a subir o a bajar respectivamente.


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