¿Qué cae más rápido? ¿una piedra más pesada o una más ligera?

Esta pregunta nos la hemos hecho en más de una ocasión y aseguraría que a muchos su intuición les ha traicionado. Pero antes de responder al título del post, nos plantearemos otra pregunta:

¿Por qué los objetos caen hacia abajo?

La fuerza responsable de que los objetos, al dejarlos caer o lanzarlos, su punto final sea el suelo (a no ser que se encuentren un obstáculo antes de alcanzarlo), es la gravedad. La aceleración que sufren los cuerpos al caer libremente en la Tierra es de 9.8 ms^-2 y es totalmente independiente de la masa del objeto. Esto significa que cuando un objeto cae libremente, avanza 9.8 m en el primer segundo, 19.6 m en el segundo, 29.4 m  en el tercero, etc., de manera totalmente independiente de su masa.

Evidentemente, debemos comparar objetos de las mismas características, es decir, que tengan la misma forma y tamaño pero distinta masa (distinta masa pues es el parámetro que estamos evaluando).  Realmente todo esto es un poquito más complicado, pues el conocido empuje de Arquímedes, así como el rozamiento entre el cuerpo y el medio en que se encuentra juegan dos papeles a tener en cuenta. Distinguiremos tres casos:

1)      El medio en el que caen los cuerpos es el vacío. En este caso, no existe rozamiento ni tampoco empuje (pues nos encontramos en el vacío). Por tanto, dados dos objetos que se dejan caer desde el mismo punto, independientemente de su masa y forma, alcanzarán el suelo (o el nivel más bajo) al mismo tiempo.  En el siguiente vídeo podéis comprobar cómo dejando caer un martillo y una pluma en el mismo instante en la Luna, ambos alcanzan la superficie simultáneamente: http://www.youtube.com/watch?v=DU1jzuqT7rU.

2)      Existe  empuje de Arquímedes. En este caso, nos encontraríamos en cualquier medio distinto del vacío. Habría que considerar  las densidades de los objetos. El empuje de Arquímedes ralentiza la caída del objeto disminuyendo la aceleración de caída (gravedad efectiva). Esta gravedad efectiva depende de la densidad del cuerpo y del fluido por el que se desplaza (aire, agua…). Por tanto, si los dos objetos tienen la misma densidad y se desplazan en el mismo fluido, alcanzarán el suelo al mismo tiempo. Sean por ejemplo, una canica de plomo y una canica de plástico, ambas del mismo volumen desplazándose en el aire; en este caso, la aceleración efectiva de la canica de plomo es mayor que la de plástico por lo que alcanzará antes el suelo.

3)      Existe empuje de Arquímedes y rozamiento. Ahora debemos tener en cuenta también la forma del objeto. Si consideramos objetos de la misma forma, así como de la misma densidad que se desplazan en el mismo fluido, ambos llegarán al mismo tiempo.

Por tanto, si alguna vez nos plantean esta pregunta, tendremos que tener en cuenta el medio en el que se desplazan, si existe o no rozamiento, las densidades de los cuerpos y sus formas, además de sus masas.