Objetos que caen con aceleración mayor a la de la gravedad
De acuerdo con las Leyes de Newton, el movimiento descrito por el Centro de Masa (CM) de un cuerpo depende apenas de las fuerzas externas ejercidas sobre él.
Así, si un cuerpo estuviese sujeto a un campo gravitatorio externo uniforme, como el existente en las proximidades de la superficie de la Tierra y libre de otras acciones exteriores, su CM será acelerado verticalmente en dirección hacia abajo, a una razón de 9,8 m/s 2, aproximadamente.
En tanto, si ese cuerpo no fuese rígido, es posible que existan interacciones entre sus partes. En ese caso, en tanto el CM describe efectivamente un movimiento de caída libre, algunas partes pueden sufrir aceleraciones mayores o menores que la aceleración de la gravedad.
La figura muestra dos instantes del movimiento de caída libre de una bola de mini pool y de un resorte de plástico.
En la foto 1, la bola y el resorte se encuentran en reposo, sostenidos por las manos de un científico.
En la foto 2 se presenta una instantánea de sus caídas simultáneas.
Comparándose las imágenes, se percibe que en el mismo intervalo de tiempo en que la bola cayó aproximadamente 6 cm, con una aceleración de 9,8 m/s 2, el desplazamiento del eje superior del resorte (la primer vuelta completa del espiral) fue aproximadamente 47 cm, lo que implica una caída con aceleración meda de cerca de 77 m/s 2!
En tanto eso, el eje inferior no se desplazó!
¿Cuál es la explicación? Analicemos las fuerzas que actúan sobre el eje superior.
En la situación inicial, de equilibrio son ejercidas tres fuerzas sobre el: las del científico que mantiene el resorte sostenido, su propio peso y una fuerza elástica hacia abajo, ejercida por el restante del resorte.
Esa fuerza elástica posee la misma intensidad del peso de todos los ejes que se encuentran debajo del primero. Por tanto el resorte en cuestión, que pose 32 ejes (diversos ejes están unidos en la parte inferior del resorte), la fuerza elástica sobre el eje superior, equivale al peso de los otros 31 ejes.
Cuando el resorte es liberado, la fuerza ejercida para mantenerlo asido deja de existir. Entre tanto, inmediatamente luego de la liberación, las deformaciones en el resorte aún son idénticas a las de la situación de equilibrio, lo que hace con que las fuerzas elásticas también se mantengan.
El eje superior queda entonces bajo la acción de dos fuerzas hacia abajo, su propio peso y la fuerza elástica. O sea, la intensidad de la fuerza resultante sobre él , es 32 veces mayor que la de su peso.
Así, inmediatamente luego de la liberación del resorte, su extremidad superior estará sujeta a una aceleración 32 veces mayor que la aceleración de la gravedad.
Enseguida, como la fuerza elástica ejercida sobre el eje superior comienza a disminuir, su aceleración también se reduce.
Además de esto, con el resorte aún en equilibrio, sus deformaciones y fuerzas elásticas son mayores en la parte de arriba que en la de debajo.
Entonces, luego de la liberación, los ejes sucesivos, comenzando por los superiores, son acelerados y transcurrirá algún tiempo, a pesar que muy breve, hasta que el último de ellos inicie la caída.
O sea, la punta inferior del resorte “flotará” estática por algún tiempo, en tanto la parte superior experimenta una aceleración inicial mucho mayor que la de la gravedad. Pero esto ocurre de forma que la aceleración del CM sea idéntica a la gravitacional.
