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El Mito de las Caidas Libres explicado por Ingeniero Aeroespacial — Transcript

by Sergio Hidalgo · 2,856 words · 412 segments · language en · Watch on YouTube

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0:00hace unas semanas subí un vídeo
0:01explicando que una persona no cae a la
0:03misma velocidad que dos personas juntas
0:04como cuando saltas en tandem en
0:06paracaídas miles de personas
0:07literalmente se me tiraron al cuello
0:09diciendo que no tenían idea de física
0:11Deja que te haga una pregunta en este
0:12punto Aquí estoy yo con dos garrafas de
0:14agua una vacía y otra llena crees que
0:16caerán a la vez o que caerá antes la que
0:18está llena sorprendentemente ambas
0:20respuestas son incorrectas y te voy a
0:22explicar por
0:24qué en la tierra todos los objetos con
0:26masa soportamos la fuerza de nuestro
0:28propio peso esta fuerza es generada por
0:30la aceleración de la gravedad y todos
0:32sabemos que más o menos este valor es de
0:349,81 m por segundo cuado en la
0:36superficie terrestre esto quiere decir
0:38que si dejamos caer un objeto no caerá a
0:40una velocidad constante irá acelerándose
0:42más y más es decir su velocidad irá
0:45aumentando en esta animación simulamos
0:46una altitud de 60 m desde la línea más
0:49alta a la línea más baja las líneas
0:51intermedias delimitan una distancia de
0:5220 m entre cada una si dejamos caer una
0:55pelota esto sería lo que pasaría Fíjate
0:57que en recorrer los últimos 20 m se
0:59tarda mucho menos que en recorrer los
1:01primeros 20 esto es porque el objeto va
1:03con muchísima más velocidad al final
1:05Como curiosidad voy a poner también una
1:07pelota que está cayendo en Marte y una
1:09pelota que está cayendo en la luna Para
1:10que veas la diferencia con respecto a la
1:12tierra Aristóteles hace unos 2300 años
1:15dijo que un objeto más pesado que otro
1:17caería más rápido como era uno de los
1:19pensadores más grandes del momento la
1:20gente no dudó Supongo que como un objeto
1:23más pesado genera más fuerza hacia abajo
1:25en el momento de sostenerlos en tu mano
1:27tenía sentido pensar que el que generaba
1:29más fuerza cae ía más rápido este
1:30pensamiento se respetó hasta que llegó
1:32Galileo en el siglo XV y lo desmintió
1:35diciendo que daba Exactamente igual la
1:36masa que tuvieran los objetos todos
1:38caerían con la misma aceleración la de
1:41la gravedad se cuentan historias de que
1:42se subió a la torre de Pisa y dejó caer
1:44dos objetos de diferentes masas al mismo
1:46tiempo para demostrar que tardarían lo
1:48mismo en llegar hasta el suelo según se
1:50cuenta este experimento funcionó Aunque
1:52realmente hay dudas de que sucediera
1:54pero lo que está claro es que ya fuera
1:56por este experimento o por otros Galileo
1:58lo dejó Claro pero antes de seguir Deja
2:00que te haga pensar cómo es posible que
2:02dos objetos caigan a la vez si uno pesa
2:04más que el otro la fuerza hacia abajo es
2:06mayor no Debería ser también mayor la
2:09aceleración m no porque sí la fuerza es
2:12mayor pero la masa también lo es por lo
2:14que tendrá más inercia y por tanto le
2:16costará más acelerarse por eso al final
2:18tarda en lo mismo en llegar hasta el
2:20suelo pero la cosa es que hay un
2:22problema Esta teoría de Galileo que te
2:23acabo de comentar en realidad no es
2:25correcta porque en el mundo en el que
2:26vivimos hay rozamiento con el aire y eso
2:29hace que todo cambie radicalmente yo
2:31recuerdo en el instituto que solía
2:32pensar que la fuerza de rozamiento en
2:34realidad no cambiaría tanto la física de
2:36los cuerpos Pero la realidad es que sí
2:38aquí tenemos una pluma y una bola
2:40sabemos por nuestra propia experiencia
2:42que la bola caerá antes efectivamente
2:44pero resulta que este experimento se
2:46estaba realizando en una cámara de vacío
2:48por lo que a continuación podían sacar
2:50todo el aire de la habitación de esta
2:52forma eliminarían el rozamiento con el
2:54aire y mira lo que
2:56sucede ambos objetos en estas
2:59circunstancias caen exactamente a la vez
3:01rigiéndose por un movimiento de
3:03aceleración constante Como dijo Galileo
3:06sin importar la masa ambos objetos caen
3:08a la vez Pero eso solo se cumple en
3:10condiciones de vacío por ejemplo este
3:12experimento también se llevó a cabo en
3:14la luna por parte de los astronautas de
3:16la misión Apolo XV dejando caer un
3:18martillo y una pluma al mismo tiempo
3:20como en la luna no hay atmosfera
3:22efectivamente cayeron a la vez la fuerza
3:24de rozamiento de un cuerpo con el aire
3:26viene determinada por esta fórmula donde
3:28vemos que aparece la idad del aire la
3:30velocidad a la que se mueve el objeto el
3:32área transversal y el coeficiente de
3:34resistencia la densidad del aire aparece
3:36en la fórmula porque Cuanto más denso
3:38Sea contra más aire estará chocando el
3:40objeto en movimiento como curiosidad por
3:42ejemplo un misil que se lanza a nivel
3:44del mar tiene más o menos la mitad de
3:46alcance que ese mismo misil si se
3:48lanzara desde 10 km de altitud porque la
3:50densidad a nivel del mar es mucho mayor
3:52y por tanto frena mucho más al misil
3:54también podemos ver en la ecuación que
3:56aparece la velocidad esto es porque
3:57Cuanto más rápido se mueva el cuerpo a
3:59más masa de aire estará afectando por
4:01segundo cuando vas rápido con el coche
4:03la cantidad de aire que te da si sacas
4:05la mano por la ventana Es mayor que si
4:07vas lento pero mucho ojo porque la
4:09velocidad va al cuadrado por lo que en
4:10realidad es el factor más importante
4:13dentro de esta ecuación el área
4:14transversal aparece en la ecuación
4:16porque introduce las dimensiones del
4:17objeto que se está moviendo obviamente
4:19no es lo mismo un coche que un camión y
4:22por último tenemos el coeficiente de
4:23resistencia o coeficiente de arrastre
4:25que representa comoo de aerodinámico es
4:27un cuerpo por ejemplo un avión que está
4:30pensado para ser muy aerodinámico tiene
4:31un coeficiente de resistencia más o
4:33menos de 0,03 un paracaídas que es todo
4:36lo contrario ya que está pensado para
4:38generar muchísima resistencia tiene un
4:40coeficiente de
4:421,75 en un movimiento de caída en la
4:45tierra tenemos la fuerza del peso que va
4:47hacia abajo y Tenemos también la fuerza
4:48de rozamiento que se opone al peso si
4:51recuerdas sumatorio de fuerzas es igual
4:53a masa por aceleración en un mundo en el
4:55que no hubiera aire la aceleración de la
4:57caída sería la misma que la aceleración
4:58de la gravedad
5:00pero en el momento en el que
5:01introducimos la influencia del aire ya
5:03no es así Ahora la aceleración vendrá
5:05determinada por cuánto más grande sea el
5:07peso que la fuerza de resistencia si la
5:10resistencia por ejemplo es muy pequeña
5:11la aceleración será casi como en una
5:13caída libre pura sin embargo si la
5:15resistencia es muy grande habrá muy poca
5:17aceleración esto es importante porque si
5:19te fijas el peso es siempre constante en
5:21una caída libre pero la resistencia no
5:24depende de la velocidad lo que quiere
5:26decir que en los primeros instantes del
5:27movimiento la resistencia Será muy
5:30pequeña porque la velocidad también lo
5:31será como consecuencia de esto al
5:33principio de cualquier caída el
5:35movimiento se parecerá mucho al
5:37comportamiento en una caída libre sin
5:39rozamiento Pero a medida que los
5:41segundos van pasando la velocidad del
5:42objeto va aumentando haciendo que la
5:44resistencia aumente también y la
5:46aceleración va siendo cada vez menor y
5:48menor hasta que hay un momento que la
5:50velocidad es tan grande que la
5:52resistencia es igual al peso esa
5:54velocidad es la que se conoce como
5:56velocidad terminal y representa la
5:58máxima velocidad a a la que cae un
6:00objeto sometido a la fuerza de su peso
6:02en un ambiente en el que hay una
6:03atmósfera que lo frena en un salto en
6:05paracaídas más o menos tardas unos 5
6:08segundos en llegar a la velocidad
6:09terminal por lo que después de esos 5
6:11segundos ya no vas a acelerar más vas a
6:14caer muy rápido pero la velocidad va a
6:16ser constante Ahora te repito la
6:18pregunta inicial dos garrafas una vacía
6:20y otra llena cuál Llega antes al suelo
6:23la respuesta correcta es depende al ser
6:25dos cuerpos iguales que se están
6:27lanzando en el mismo momento en el mismo
6:29sitio van a generar el mismo rozamiento
6:32sin embargo el peso no es el mismo por
6:34lo que al resolver el sumatorio de
6:36fuerzas obtendremos un aceleración mayor
6:38para el caso de la garrafa llena por lo
6:40que su velocidad será mayor y por tanto
6:41llegará antes al suelo pero si las
6:43lanzamos desde una altura pequeña no les
6:45dará tiempo a acelerarse mucho y por
6:47tanto el rozamiento será despreciable en
6:48ambos casos y se comportarán casi como
6:51Si estuvieran en caída libre ambas por
6:53eso desde esta altura tan bajita caen a
6:55la vez sin embargo si aumentamos mucho
6:57la altura los cuerpos se hacen
6:59acelerarán lo suficiente como para que
7:01el rozamiento actúe y como el peso de la
7:03garrafa vacía es muy pequeño a poco que
7:05la resistencia aerodinámica aumente un
7:06poco se frenará mucho por lo que se
7:08puede ver claramente en los vídeos que
7:10la que tiene agua Llega antes al suelo
7:12hace unas semanas publiqué una encuesta
7:14en mi cuenta de Instagram donde
7:15preguntaba exactamente esto En caso de
7:17que dejara caer dos pelotas de diferente
7:19masa pero misma forma cuál caería Antes
7:22había tres posibles respuestas a la vez
7:24caerá primero la que tiene más masa o
7:26depende de la altitud ya hemos visto que
7:28en realidad la respuesta correcta será
7:30la tercera Porque si las dejo caer desde
7:32una altura pequeña ambas van a caer
7:34prácticamente como Si estuvieran en el
7:36vacío es decir a la vez pero si la
7:38altura fuera considerable la resistencia
7:39llegaría a aumentar mucho en la pelota
7:41de poca masa y por tanto la frenaría
7:43haciendo que cayera antes la pelota que
7:45más pesa en la encuesta la opción que
7:47más votos consiguió fue la de que ambas
7:49pelotas caían a la vez la mayoría de la
7:51gente que votó esa opción estoy
7:53convencido que es porque creían que el
7:55problema asumía estar en el vacío ahora
7:57hablamos de eso pero la velocidad
7:58termina final de un objeto no depende
8:00solo de la masa también hay que tener en
8:02cuenta la forma del objeto ya que de eso
8:04depende el área transversal dentro de la
8:06ecuación y el coeficiente de rozamiento
8:08El ejemplo más claro para entender esto
8:10es una persona que salta desde un avión
8:12con un paracaídas al principio como lo
8:15lleva dentro de la mochila el área
8:16transversal y el coeficiente de
8:18rozamiento vienen determinados por el
8:20cuerpo de la persona sin embargo cuando
8:22el paracaída se despliega Aunque la masa
8:24sigue siendo la misma como el rozamiento
8:26de pronto aumenta muchísimo por culpa
8:28del paracaídas se genera muchísima
8:30fuerza hacia arriba que frena a la
8:32persona que está cayendo entonces vamos
8:34a la cuestión que me ha llevado a hacer
8:35este vídeo si comparamos un salto al
8:37vacío de una persona con un salto al
8:39vacío de dos personas atadas la masa de
8:41las dos personas será el doble sin
8:42embargo su área transversal y el
8:44coeficiente de resistencia será
8:45prácticamente igual Entonces cuando la
8:47persona individual haya alcanzado su
8:49velocidad terminal las dos personas en
8:51tanden aún seguirán acelerándose más
8:52porque todavía el rozamiento no será
8:55igual que el peso y esta es la razón por
8:57la que las dos personas caerán más
8:58rápido su velocidad terminal será mayor
9:00y si no fuera porque se añade un pequeño
9:02paracaídas conocido como drock para
9:04aumentar la resistencia no caerían a la
9:06misma velocidad dos personas que una y
9:09por si alguien tiene dudas yo salté en
9:11tándem con un instructor y con el
9:12pequeño paracaídas desplegado caíamos a
9:15la misma velocidad que la persona que
9:16iba justo delante mía grabándome si no
9:19hubiéramos desplegado ese pequeño
9:20paracaídas habríamos caído nosotros más
9:22rápido así que sí para los casos en los
9:24que hay rozamiento la masa sí importa en
9:26una caída libre pero también importa el
9:28área transversal y el coeficiente de
9:30rozamiento por culpa de normalizar la
9:33caída libre en el vacío hay gente que
9:34cree que eso es la realidad por eso
9:36cuando saqué mi vídeo y dije que dos
9:38personas caen a una velocidad distinta
9:40que una persona pudimos ver en los
9:41comentarios a gente poco respetuosa
9:43prepotente pero que además estaban
9:45equivocados lo grave Es que si tú entras
9:47en este vídeo y te pones a mirar los
9:49comentarios piensas que la persona que
9:50ha hecho el vídeo en ese caso yo estaba
9:52equivocado porque todo el mundo en los
9:54comentarios decía que el vídeo estaba
9:56mal y no sé a ti pero de verdad a mí me
9:58parece algo Bastante preocupante el 9 de
10:00octubre de 2012 Félix B garner se
10:02convirtió en una de las personas más
10:04famosas del mundo al saltar desde casi
10:0740.000 m para que te hagas a idea los
10:09aviones comerciales vuelan entre unos
10:1110,000 11,000 m más o menos así que
10:14saltó desde casi el cuádruple lo
10:16increíble es que durante su salto Félix
10:19se convirtió en la primera persona del
10:20mundo en superar la velocidad del sonido
10:23con su propio cuerpo y en una caída
10:25libre pero cómo es esto posible bueno la
10:27mayoría de saltos en para caídas
10:29normales se hacen desde unos 4,000 m de
10:31altura al estar tan Bajos en la
10:33atmosfera la densidad del aire Es muy
10:35alta y por tanto la resistencia también
10:37haciendo que la velocidad terminal sea
10:39relativamente baja entre unos 200 y 400
10:42km porh dependiendo de la forma en la
10:44que coloques tu cuerpo pero a 40,000 m
10:47la densidad del aire es 300 veces menor
10:49que a nivel del mar Así que al saltar
10:51desde ahí Félix pudo acelerarse mucho
10:54hasta superar la velocidad del sonido
10:56Pero a medida que descendía la densidad
10:58iba aumentando y y por tanto la
10:59resistencia le frenaría más y más
11:01entonces si comparamos una caída libre
11:03entre dos objetos exactamente idénticos
11:06que pesan Exactamente lo mismo pero uno
11:08lo soltamos desde el Empire State y otro
11:10desde 30,000 m no van a tardar lo mismo
11:13en recorrer 200 m de caída de nuevo esto
11:15es por la resistencia del aire hace unos
11:18meses me invitaron desde Madrid Fly a
11:20volar en el túnel de viento una
11:21experiencia increíble porque me
11:23enseñaron más o menos a moverme en una
11:25caída libre este túnel consiste en un
11:27conducto vertical en el cual el aire
11:29sube a una velocidad tremenda para
11:30hacerte quedar quieto esto ocurre porque
11:32el aire asciende a la velocidad terminal
11:34de tu cuerpo y gracias a esto pude
11:36sentir la magia de las fuerzas
11:38aerodinámicas porque una simple
11:40variación de mirar hacia abajo o hacia
11:41arriba con la cara cambiaba mi sección
11:43transversal unos cuantos centímetros cu
11:45haciendo que mi cuerpo subiera o bajara
11:48porque ese gesto lo que hacía era
11:50cambiar mi velocidad terminal Así defino
11:52es ese equilibrio y por supuesto pude
11:54estirar un brazo lo que me permitía
11:56girar 360 gr de forma brusca increíble
11:59una cosa interesante es que la persona
12:01que me está ayudando puede estar de pie
12:03sobre la red porque su velocidad
12:04terminal al estar de pie y tener menos
12:06sección transversal es mucho mayor lo
12:09que quiere decir que el aire no va lo
12:11suficientemente rápido para mantenerlo
12:13volando sin embargo una persona que está
12:15tumbada sí va a la velocidad terminal
12:17del aire y por eso se puede quedar
12:18suspendido aquí te dejo un ejemplo de un
12:21experto para que veas Las locuras que se
12:22pueden hacer si sabes manipular al 100%
12:25las fuerzas aerodinámicas todo esto
12:27sería completamente imposible en el
12:29vacío otro punto importante es la gente
12:31que cree que al lanzar un cuerpo hacia
12:32arriba luego caerá a la misma velocidad
12:35que lo lanzaste Esto es lo que nos
12:36enseñan en el instituto Bueno eso es en
12:38el vacío en la tierra donde hay
12:40atmósfera la velocidad de llegada
12:42seguramente sea la velocidad terminal y
12:44por eso si disparas al aire la velocidad
12:46a la que la bala llegará al suelo no
12:48será la misma que la velocidad a la que
12:50la bala salió del arma hay muchos otros
12:52experimentos interesantes como que si
12:54pones una hoja de papel justo encima de
12:56un libro y lo dejas caer la hoja caerá a
12:58la la misma velocidad que el libro
13:00porque en este caso le está apartando
13:02toda la fuerza de rozamiento a la hoja
13:04que como pesa tan poco y tiene bastante
13:06área transversal tiene una velocidad
13:08terminal muy baja y por eso cae muy
13:10lento una hoja sola Pero como hemos
13:12explicado en este vídeo si hiciéramos
13:13este mismo experimento en el vacío ambos
13:15caerían a la vez Espero que con esto
13:17hayas entendido todo lo relacionado con
13:19las caídas libres si tienes preguntas
13:21Ponlas en los comentarios y recordarte
13:23que tienes mi libro el manual para
13:24pensar como un ingeniero aeroespacial
13:26que lo está petando para aprender todo
13:27de forma práctica Muchas gracias y nos
13:29vemos en el próximo
13:36vídeo

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