Ciencias naturales y algo más...: 2012-02-05

El experimento de Galileo

Galileo Galilei nació el 15 de Febrero de 1564 cerca de Florencia, Italia y murió el 8 de Enero de 1642 en Pisa, Italia.

Sus actividades científicas fueron de gran trascendencia por varios motivos. Su forma de trabajar dio origen a los fundamentos de la ciencia moderna. Además, Galileo obtuvo resultados científicos extremadamente importantes, algunos de los cuales se han constituido en pilares de teorías desarrolladas a comienzos del siglo XX. Tal es el caso de la Teoría General de la Relatividad construida por Albert Einstein quien comenzó en 1905 con la Teoría Especial de la Relatividad y concluyó la Teoría General en 1916, en la que los hallazgos de Galileo acerca del movimiento de los objetos sometidos sólo a la fuerza gravitacional, fueron fundamentales. Galileo también construyó telescopios que le permitieron realizar diversos estudios astronómicos.

Desde Aristóteles, se creía que si dos cuerpos con distinta masa se dejan caer simultáneamente desde la misma altura sobre la superficie de la Tierra, el cuerpo con mayor masa llega antes al suelo. Esta idea, había sido propuesta pero su veracidad no había sido puesta a prueba. En otras palabras, no se había realizado experimentos para comprobarla o refutarla.

En las Ciencias Naturales, como la Física, la Biología o la Química es fundamental que las ideas se pongan a prueba y son sólo los resultados de los experimentos los que pueden determinar la validez o la falsedad de las hipótesis planteadas. Esta forma de proceder que puede parecer natural en nuestra época, era desconocida en la época de Galileo y fue él quien desarrolló los cimientos de lo que hoy conocemos como Método Científico.

El llamado experimento de Galileo consiste realizar un estudio la caída de los cuerpos cerca de la superficie de la Tierra. La versión popular relata que este experimento se hizo dejando caer dos esferas de distintas masas desde lo alto de la Torre de Pisa.. El resultado es que las esferas llegan al suelo simultáneamente.

A pesar que esta versión del experimento no fue llevada a cabo por Galileo, él hizo experimentos que le permitieron obtener el mismo resultado y llegar a las mismas conclusiones. Estos experimentos se realizaron utilizando dos esferas de distinta masa pero, en lugar de realizar un experimento de caída libre vertical, como la de la animación, Galileo utilizó planos inclinados y estudió el movimiento de las esferas sobre ellos. Como se apreciará claramente en el video que se presentará a continuación, las dos esferas tiene masa claramente diferentes, pero sus movimientos sobre los planos inclinados no difieren. Una manera de entender este resultado es la que sigue.

Pensemos en una persona que empuja a un trineo que se desliza sobre el hielo. El efecto de su fuerza en el cambio de velocidad del trineo (que parte del reposo, con velocidad cero, y va adquiriendo paulatinamente una velocidad mayor) es mucho mayor cuando el trineo está vacío que cuando el trineo tiene pasajeros. Dicho de otra manera, para una fuerza dada, la resistencia a cambiar de velocidad es mayor para masas mayores. Cuesta mucho más empujar un camión que empujar un auto. Esta propiedad de las masas se conoce con el nombre de inercia y este nombre denota la resistencia de ellas a cambiar de velocidad. Entonces los objetos con masas mayores son más inertes que los objetos con masas menores, se resisten más a cambiar de velocidad para una fuerza fija.

De la misma manera los objetos con masas mayores pesan más, en otras palabras, la fuerza con la que la Tierra los atrae es mayor que la fuerza con que la Tierra atrae a objetos de menor masa. En resumen, los objetos con más masa pesan más que aquellos con menos masa, pero también presentan una resistencia mayor a cambiar de velocidad. Entonces a mayor masa corresponde un mayor peso pero también una mayor inercia. De este modo resulta que estos dos efectos se compensan exactamente y la esferas hacen recorridos prácticamente idénticos y llegan juntas al final de los planos inclinados.

El motivo para elegir los planos inclinados es que el movimiento sobre ellos es mucho más lento que el la caída libre vertical y eso le permitió medir los tiempos transcurridos. En el video que sigue se muestra un experimento que también fue realizado por Galileo en una forma similar a la presentada aquí y le permitió establecer una relación entre el tiempo transcurrido y las distancias recorridas por la esfera sobre el plano inclinado, utilizando el período de un péndulo para medir el tiempo.

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