Galileo y su experimento mental

torre-de-pisaCuenta la leyenda que, en 1589, Galileo Galilei tiró dos pelotas de distinta masa pero igual forma de la Torre inclinada de Pisa con el objetivo de determinar de una vez por todas si el tiempo que tardaban en llegar al suelo era independiente de su masa. En realidad, esto parece ser un mito urbano (no tan urbano, teniendo en cuenta la época) porque no hay evidencias de que realmente Galileo haya realizado este experimento. Lo que se cree es que imaginó el experimento y razonó sobre esa idea, y al mismo tiempo nos regaló una de las primeras, más simples y más bellas muestras del poder de la razón rebelándose ante el principio de autoridad. Su experimento imaginario sería aproximadamente así:

GalileoGalilei-1636Tenemos la hipótesis, desde tiempos de Aristóteles, de que un objeto pesado cae en menor tiempo que un objeto liviano. Imaginemos ahora dos objetos de distinta masa que están unidos entre sí por una cuerda, y los tiramos desde lo alto de una torre. Si nuestra hipótesis fuera cierta, enseguida veríamos que el objeto más pesado comenzaría a acelerarse más que el liviano, que viene atrás tironeando de la cuerda y retardando la caída del objeto más pesado. Por lo tanto los objetos atados por la cuerda deberían caer en un tiempo intermedio: ni tan rápido como el objeto pesado, ni tan lento como el liviano. Pero también se podría pensar de la siguiente manera: como los dos objetos están unidos entre sí, podríamos considerarlos un único objeto que es más pesado que ambos por separado, porque es la suma de los dos. Entonces, debería caer más rápido aún, más rápido que tirar el objeto pesado solo. Llegamos así a una contradicción: ¿cae más rápido o cae más lento? La única opción que queda para superar esta contradicción es concluir que tanto el objeto liviano solo, como el pesado solo, como ambos unidos por una cuerda, deben caer todos en el mismo tiempo. Si dos objetos de distinta masa son arrojados a la vez desde una torre, caerán con la misma aceleración, con lo cual tocarán el suelo a la vez.

Este experimento imaginario muestra que podemos averiguar cosas de la realidad usando nuestro pensamiento. A este tipo de experimentos que no son realmente realizados sino solo pensados, los llamamos experimentos mentales. Como ejercicios del “pensamiento puro” deben tener consistencia lógica, pero además están fuertemente restringidos por lo que ya se sabe del tema en cuestión (resultados reales previos, teorías, modelos, etc.) y por la obvia necesidad de que predigan posibles resultados. El experimento mental de Galileo es bello porque no solo permite concluir que los cuerpos caen en el mismo tiempo independientemente de su masa, sino también porque ilustra uno de los aspectos de la ciencia más difíciles y que requiere más entrenamiento: su naturaleza anti-intuitiva.

Ahora bien, ¿cómo explicamos nuestra realidad donde cotidianamente vemos que los objetos más pesados caen en menor tiempo que los livianos? Si tomamos un objeto liviano como una pluma y uno pesado como un martillo o una pelota, y los tiramos a la vez desde la misma altura, el objeto pesado toca el suelo antes que la pluma. ¿Esto muestra que Galileo estaba equivocado? NO. Porque hay otros factores influyendo en la caída, principalmente la resistencia viscosa del aire, en dos objetos que además son muy distintos en forma y no solo en peso. Lo que razona Galileo funciona si no hay aire interfiriendo en la caída.

Si tiramos una pelota y una pluma desde la Torre de Pisa, la pelota caerá primero debido a la influencia del aire. Es un problema. ¿Cómo podemos solucionar esto para ver si Galileo tenía razón? ¿Cómo podemos sacarnos de encima al aire? La primera y más barata alternativa no es eliminar el aire, sino hacer que el efecto del aire sea el mismo para ambos objetos. ¿Cómo? Haciendo que ambos objetos tengan la misma forma y tamaño, y que solo difieran en la masa. Galileo también hizo esto, utilizando bolas de metal de distinta masa pero del mismo tamaño y forma que descendían rodando por planos inclinados. Nosotros, en vez de bolas de metal, podemos arrojar dos botellitas de plástico idénticas pero una llena de agua y la otra vacía (¡prueben, es impresionante!).

De todos modos lo de quitar el aire también llegamos a hacerlo. Por mucho tiempo, este experimento no fue posible tecnológicamente. Pero ahora sí, y a continuación hay dos hermosos videos que muestran el experimento mental de Galileo en el verdadero mundo real…. sin aire.

El primer video es éste. Acá vemos cómo la tripulación de la Apollo 15 hizo este experimento en la Luna en 1971:

 

En la Luna no hay aire. El comandante David Scott suelta a la vez un martillo de 1,32 Kg y una pluma de halcón de 0,03 kg a una distancia de aproximadamente 1,6 m del suelo, ¡y vemos que llegan juntos a la superficie de la Luna!

En este segundo video, vemos a Brian Cox, físico y divulgador inglés, en la cámara de vacío más grande del mundo:

 

Primero se muestra la caída de una pelota de bowling y una pluma cuando la cámara está con aire y luego se muestra lo mismo luego de vaciarla de aire.

Efectivamente, como había concluido Galileo, la gravedad afecta la caída de los objetos de la misma manera independientemente de su masa.

Los experimentos mentales son una gran herramienta para aprender cómo funciona el mundo y muestran también que cuando la creatividad, la imaginación y la rigurosidad van de la mano podemos dar pasos monumentales y divertirnos al mismo tiempo.

 

Guadalupe Nogués y Rodrigo Laje

 

Referencias

– Galileo’s Leaning Tower of Pisa experiment: http://en.wikipedia.org/wiki/Galileo%27s_Leaning_Tower_of_Pisa_experiment

– Thought experiments- Stanford Encyclopedia of Philosophy: http://plato.stanford.edu/entries/thought-experiment/

– Experimento mental: http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_mental

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5 comentarios en “Galileo y su experimento mental

  1. ¡¡¡¡¡ Por fin llega nuestro querido amigo Galileo a Cómo Sabemos !!!!! (Y con una entrada triunfal y con pompa y esplendor) Gracias Guadalupe Nogues, gracias Rodrigo Laje. Un artículo interesantísimo y muy bien narrado. Me quedé con ganas de más, y eso es muy lindo al leer… quedarse con ganas de más… Me hubiera gustado leer la narración de su trabajo con rieles inclinados (no porque no la conozca, sino porque me encantó la forma de narrar en la que está redactado…).. ¡¡¡¡¡ Qué lindo espacio que has y estás creando Guada !!!!! ¡¡¡¡¡ FELICITACIONES !!!!! (A ambos).

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