Tubo de Newton

Ciencia de cada día

Inicio

Volver

Caída libre. Influencia de la forma, la masa y el rozamiento con el aire. Tubo de Newton

Este trabajo tiene dos partes.
En la primera se comprueba experimentalmente la caída en el aire de objetos con la misma forma y diferente masa y de la misma masa pero diferente forma.
En la segunda se utiliza un tubo de Newton para comprobar la caída en ausencia de rozamiento con el aire.
Si no se dispone de tubo de vacío, esta parte se puede sustituir por la presentación de algunos vídeos que muestran este experimento en internet. Una expedición Apolo lo hizo en la Luna y hay otro video de la ESA con una bola de jugar a los bolos y una pluma en una enorme instalación de vacío para pruebas de satélites artificiales, que es muy descriptivo.

Enlace al guión de laboratorio.

Material

- Hojas de papel
- Boliches de acero, plomo o cristal
- Algodón
- Pluma, clip pequeño y alicates
- Balanza electrónica de 0,01g
- Tubo de Newton
- Bomba de vacío

.

Conviene que los boliches sean del mismo diámetro para elimimar la variable "forma" en un experimento.
Interesa que la pluma no sea muy pequeña para que el pedazo de alambre que tenga su misma masa sea manejable.
El tubo de Newton suele ser un accesorio de las bombas de vacío que se venden como material didáctico. Es un material caro pero la utilidad didáctica de poder hacer experimentos al vacío es muy elevada.

Comentarios a la preparación del montaje

El experimento con las hojas de papel se hacen con el material de los propios alumnos.
El experimento con la pluma y el pedazo de alambre necesita mucha atención para ver la caída del alambre debido a su velocidad. De ahí que sea interesante grabarlo en vídeo con los teléfonos y luego pasar las imágenes una a una. La grabación conviene hacerla con mucha luz para obtener imágenes menos borrosas. Se puede intentar con fotografías pero es difícil obtener imágenes claras.
Para el experimento en tubo de vacío, es interesante tener en el tubo una pluma y algo metálico como un tornillo. La pluma no debe ser muy grande para que no se atasque en el tubo.
Para hacer la demostración en el vacío, se saca el aire del tubo, se cierra la llave y se desconecta la manguera, de forma que se pueda mover el tubo con facilidad para darle media vuelta rápidamente y provocar la caída de los objetos de su interior.

Aspectos didácticos

Este trabajo pretende:

- Reconocer el efecto del rozamiento con el aire sobre la forma de los objetos que caen.
- Desligar la masa de la aceleración de caída observando caídas diferentes en objetos con la misma masa.
- Observar experimentalmente la aceleración de la gravedad común a todas las masas en el vacío.
- Identificar el rozamiento con el aire en el frenado con paracaídas o de gotas de lluvia.

Este experimento busca combatir una de las ideas previas erróneas más extendidas: "Los objetos pesados caen más deprisa que los objetos ligeros".
Con las dos hojas de papel (abierta y arrugada) se muestra que a igualdad de masa no hay igualdad de caída. Con la pluma y el alambre de la misma masa se insiste en lo mismo.
La grabación en vídeo es muy útil, por que muestra claramente la aceleración del alambre que tiene la misma masa que la pluma.
En estos experimentos lo fundamental es introducir el rozamiento con el aire como elemento que afecta mucho a la aceleración de caída.

Con las bolas iguales de diferente masa se muestra que igual forma no produce igual frenado para masas diferentes. En este caso, las fuerzas de rozamiento (que actúan frenando) son iguales pero las masas (y los pesos) son diferentes, de forma que la suma de fuerzas sobre cada bola es diferente y la aceleración resultante es distinta.
En este caso es muy útil dibujar en la pizarra las fuerzas que actúan sobre cada una de las dos bolas del mismo radio y diferente masa.

Por último, la exhibición magistral con el tubo de vacío (conocido como tubo de Newton) permite observar como, al eliminar el aire, una pluma y un tornillo caen con la misma aceleración y tardan el mismo tiempo en atravesar el tubo.
Poder ver este experimento rompe definitivamente el preconcepto de los objetos pesados que caen más deprisa.
En el debate de las cuestiones del guión, es muy interesante calcular la caída libre de una gota de agua desde 1000 m de altura para poder concluir que, sin rozamiento con el aire, las gotas de lluvia serían mortales como balas.