BLOQUE 2. Movimiento
7. Movimientos rectilíneos
7.3. Caída libre
Veamos ahora un ejemplo de movimiento rectilíneo con aceleración constante (MRUV): la caída libre.
¿Cómo caen los objetos? 
¿Qué pasa cuando dejamos caer un mismo objeto desde dos alturas diferentes? Una piedra que cae desde el balcón del quinto piso llegaría a la calle con mayor velocidad que si cayera desde el primer piso.
¿Qué pasa cuando dejamos caer dos objetos de igual masa pero distinta forma desde la misma altura? Una hoja de papel abierta y una hoja idéntica pero hecha un bollo compacto: la hoja de papel en bollo llegará más rápidamente al suelo. ¿Será que el aire genera mayor resistencia a la caída del papel abierto?
Entonces comparemos ahora dos objetos de igual forma pero diferente masa que caen desde la misma altura. Por ejemplo la piedra y el bollo de papel. En este caso la resistencia del aire sería semejante para ambos objetos. ¡Nos sorprendería observar que llegan al piso casi al mismo tiempo!
Galileo Galilei, en el siglo XVII, realizó experimentos de este tipo arrojando pesas desde lo alto de la Torre de Pisa, en los que registraba el tiempo que tardaban en llegar al suelo. Esto le permitió afirmar que la velocidad de los objetos que dejamos caer no depende de su masa. Sus adversarios cuestionaban esta afirmación preguntando por qué una pluma no llega al suelo al mismo tiempo que la piedra. Es que Galileo se dio cuenta que era la forma lo que hacía la diferencia, y no la masa de los objetos (como vimos recién con la hoja abierta y en forma de bollo), ya que de la forma dependerá el rozamiento que ejerce el aire en la caída del objeto.
| Estos experimentos constituyen situaciones reales, pero para entenderlos mejor muchas veces se busca pensar los fenómenos reales sin la influencia de algunas variables. En este caso Galileo trató de eliminar el efecto del rozamiento del aire en la caída, buscando comparar objetos con igual forma. A estas situaciones donde buscamos no considerar ciertas variables las llamamos situaciones ideales. Esto nos ayuda a sacar conclusiones para el sistema ideal que pueden ser válidas en aproximación para un sistema real. |
Y así Galileo concluyó que el desplazamiento de los objetos era proporcional al cuadrado del tiempo que se mantenían en movimiento.
Entonces, llamamos caída libre al movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de la gravedad. Este es un movimiento acelerado (con aceleración constante), vertical y hacia el centro de la Tierra. ¡Y las ecuaciones que lo describen son las que estudiamos para MRUV!
Actualmente disponemos de dispositivos para generar vacío, de modo que podemos suprimir el efecto del rozamiento del aire en el experimento. Si dejáramos caer la hoja de papel abierta y la piedra en estas condiciones de vacío, veríamos que ambas caen al mismo tiempo.
Dos cuerpos cualesquiera que se dejen caer de forma simultánea y desde la misma altura en el vacío, caerán siempre juntos con igual velocidad y tardarán el mismo tiempo en llegar al suelo.
Y así podemos afirmar que en el vacío todos los cuerpos caen con la misma aceleración. La aceleración con la que un cuerpo cae se denomina aceleración de la gravedad.
En las ecuaciones de MRUV representamos la aceleración con la letra a. Cuando nos referimos en particular a la aceleración de la gravedad usamos la letra g.
El valor de g depende de la constante de gravitación universal (G), de la masa de nuestro planeta (M) y del cuadrado de la distancia que hay desde su centro hasta el objeto (d2):
¿Se dan cuenta que en esta fórmula no aparece la masa del objeto? La aceleración de la gravedad es independiente de la masa del objeto que cae. Para nuestros cálculos en ecuaciones de MRUV, consideraremos que su valor aproximado en la Tierra es:
Cualquier objeto que se mueva bajo la influencia de la gravedad caerá libremente una vez liberado del impulso original, con una aceleración dirigida hacia la Tierra. Así un objeto lanzado hacia arriba también caerá finalmente hacia abajo en caída libre.
