¿Cuál es la razon por la que los objetos caen?

Lo que cae más rápido pesado o ligero

Empieza por ponerte de pie sobre un escritorio, sosteniendo un libro y un papel abierto. Pregunte “¿cuál caerá primero al suelo si los dejo caer?”. Normalmente, los alumnos responderán que el libro. Pregunte por qué, la respuesta que probablemente obtendrá es que “el libro es más pesado”. Entonces, arrugue el papel (normalmente con comentarios como “tramposo”) y déjelos caer. Algunas preguntas de seguimiento podrían ser…

“Si se dispara una bala hacia delante en paralelo al suelo sin que haya nada en su camino, y en el mismo momento exacto se deja caer otra bala desde la misma altura, ¿qué bala llegará primero al suelo?” (Ambas balas golpean el suelo al mismo tiempo, ya que la gravedad es la única fuerza que tira de ellas hacia abajo)

Calculadora de caída

En la física newtoniana, la caída libre es cualquier movimiento de un cuerpo en el que la gravedad es la única fuerza que actúa sobre él. En el contexto de la relatividad general, donde la gravitación se reduce a una curvatura del espacio-tiempo, un cuerpo en caída libre no tiene ninguna fuerza que actúe sobre él.

Un objeto en el sentido técnico del término “caída libre” puede no estar necesariamente cayendo en el sentido habitual del término. Un objeto que se mueve hacia arriba normalmente no se considera que esté cayendo, pero si sólo está sujeto a la fuerza de la gravedad, se dice que está en caída libre. Así, la Luna está en caída libre alrededor de la Tierra, aunque su velocidad orbital la mantiene en una órbita muy alejada de la superficie terrestre.

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En un campo gravitatorio más o menos uniforme, en ausencia de otras fuerzas, la gravitación actúa sobre cada parte del cuerpo más o menos por igual. Cuando no se ejerce ninguna fuerza normal entre un cuerpo (por ejemplo, un astronauta en órbita) y los objetos que lo rodean, se produce la sensación de ingravidez, condición que también se da cuando el campo gravitatorio es débil (como cuando se está lejos de cualquier fuente de gravedad).

A qué velocidad caen los objetos

Coge un trozo de papel A4 y haz una bola con él. Coge dos trozos de papel A4 idénticos y apriétalos para formar otra bola. Las dos bolas de papel deben tener un tamaño similar, pero una pesa el doble que la otra. Ahora lánzalas desde la misma altura y al mismo tiempo: ¡verás que caen al suelo al mismo tiempo! Sigue habiendo resistencia del aire, pero sus efectos son los mismos para ambas bolas, ya que tienen el mismo tamaño y la misma forma. ¡Así que es como si no hubiera resistencia del aire en absoluto!

donde G es la constante gravitatoria (este número no cambia, es el mismo en todo el universo), M es la masa de la Tierra y R es la distancia entre el objeto y el centro de la Tierra. Esta fuerza es la que hace que los objetos caigan al suelo en primer lugar.

La gravedad ejerce una fuerza mayor sobre un objeto pesado que sobre un objeto ligero, que es lo que cabría esperar. Entonces, ¿por qué los objetos pesados no caen más rápido? El efecto de esta mayor fuerza sobre la aceleración del objeto se ve anulado por la mayor masa del objeto. Para ayudarnos a entender esto, consideremos la siguiente analogía. Imagina que tienes que tirar de dos cajas a través de una habitación; una caja pesa el doble que la otra. Para tirar de ellas a la misma velocidad hay que tirar de la caja más pesada con el doble de fuerza. La gravedad que tira de los objetos hacia el suelo es como si tú tiraras de las cajas a través de una habitación. La gravedad tiene que ejercer más fuerza sobre los objetos más pesados para que caigan con la misma rapidez que los más ligeros.

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¿Por qué los objetos más pesados caen más rápido que los ligeros?

Los objetos pesados caen al mismo ritmo (o velocidad) que los ligeros. La aceleración debida a la gravedad es de unos 10 m/s2 en todas partes alrededor de la Tierra, por lo que todos los objetos experimentan la misma aceleración cuando caen.

La aceleración es el cambio de velocidad en un segundo, por lo que si todos los objetos tienen la misma aceleración, experimentan el mismo cambio de velocidad. Este hecho se confirmó experimentalmente cuando los astronautas de la misión Apolo 15 fueron a la Luna. Uno de los astronautas dejó caer un martillo y una pluma en la luna, ¡y cayeron exactamente a la misma velocidad! Puedes ver el vídeo aquí. Un martillo y una pluma en la Tierra probablemente caerían a velocidades diferentes debido a la resistencia del aire; sin embargo, si tuvieras dos bolas del mismo tamaño, pero una ligera y otra pesada, verías el mismo efecto.

No, los objetos más pesados caen tan rápido (o lento) como los más ligeros, si ignoramos la fricción del aire. El rozamiento del aire puede suponer una diferencia, pero de forma bastante complicada. La aceleración gravitacional para todos los objetos es la misma.