Galileo y la gravedad

Galileo fue uno de los padres de la ciencia moderna, se le podría considerar el primer astrónomo moderno ya que fue la primera persona que dirigió un telescopio al firmamento con la intención de estudiarlo. Como ya saben el año pasado se cumplían 400 años desde que Galileo apuntara su telescopio al cielo. Para conmemorar dicho evento ese año se nombró como el año Internacional de la Astronomía.

Galileo nació en Pisa un 15 de febrero de 1564, fue educado en privado hasta que su familia se mudo a Florencia en el año 1575. Estudió en un monasterio hasta 1581, posteriormente regresaría a Pisa donde iniciaría sus estudios en medicina, estudios que no acabó ya que su pasión estaba en otro lado, en las matemáticas y la física. Gracias a su pasión por estas disciplinas se convirtió en un gran teórico, y lo que es más importante, en un buen experimentador. Dicha pasión por estas disciplinas le llevaría a ocupar el puesto de profesor de matemáticas en la Universidad de Pisa, donde según parece gano gran fama por refutar una vieja creencia que hundía sus raíces en los antiguos filósofos griegos, a saber, que un objeto pesado caía más rápido que uno más ligero, y ello era debido a su masa. Galielo mostró que esto no era cierto, si los cuerpos caían a distinto ritmo era debido a como les afectaba a dichos cuerpos la resistencia del aire no porque sus masas fueran diferentes.

Para entender la caída de los cuerpos y como les afecta la gravedad, Galileo realizo varios experimentos usando planos inclinados sobre los que dejaba deslizar bolas de distintos masas midiendo el tiempo que tardaban en alcanzar el fin de dicha rampa. Estos experimentos y estudios fueron el pistoletazo de salida para entender como la gravedad acelera los cuerpos en caída libre, poniendo así los cimientos e iniciando el camino del estudio de la mecánica, disciplina que encontraría su mayor valedor años más tarde, en la persona de Isaac Newton.

Tal vez la forma más llamativa de ver un experimento en el que dos objetos de distinta masa caen a la vez en ausencia de atmósfera sea ver el experimento que realizo el astronauta David R. Scott de la misión Apolo XV. También podemos diseñar un experimento casero para probar que Galileo tenia razón. Para ello basta con coger la tapa de madera de uno de los tarros de nuestra cocina y por otro lado recortar un trozo de papel que tenga la misma forma y tamaño que la superficie de la tapa del tarro. Si dejamos caer a la vez ambos objetos veremos que la tapa de madera llega antes al suelo que el papel, si ahora colocamos el trozo de papel encima de la tapa y dejamos caer la tapa veremos que ambos objetos caen a la vez, lo cual se explica porque el papel al no estar en contacto con el aire sino con la tapa cae tan rápido como le deja la tapa, es decir, Galileo tenía razón, si anulamos la influencia del aire ambos objetos caen con la misma aceleración.

Además de comprobarlo por nosotros mismo también podemos deducir las expresiones que gobiernan dicho movimiento.

Llamaremos g a la aceleración a la que cae el objeto y v(t) será la velocidad a la que se desplaza el objeto en cada instante de tiempo, la relación entre las mismas es:

Hemos supuesto que el objeto partía del reposo, de no ser así, sólo habría que añadirle la velocidad que ya poseía, la cual llamaremos a v₀:

La distancia recorrida será la velocidad media por el tiempo. La velocidad media es fácil de calcular ya que la aceleración es constante, si el cuerpo partió del reposo la velocidad media será:

Y por tanto la distancia recorrida es:

Sustituyendo la velocidad media por su expresión nos queda:

En el caso de que el cuerpo no partiera del reposo, tendría una velocidad inicial y ya habría recorrido una cierta distancia. En dicho caso, es fácil, obtener la expresión para la distancia recorrida:

Aunque sus estudios y trabajos le ocupaban mucho tiempo, Galileo tuvo una interesante vida social. Nunca se caso, pero mantuvo una intensa relación con Marina Gamba con la que llegaría a tener tres hijos. Su vida amorosa no interrumpió su trabajo y pronto llegaría el año 1609, momento en el cual Galileo estaba llamado a cambiar la astronomía para siempre. En ese año es cuando Galileo oyó hablar del telescopio, que más bien por aquel entonces era un catalejo. Al principio, Galileo veía el telescopio como un objeto con importantes aplicaciones practicas, en una carta dirigida a Leonardo Donato Duque Viena se expresaba así:

"acerca hasta tal punto al ojo los objetos visibles y los representa tan claros y distintos que si un objeto se encuentra, por ejemplo, a nueve millas de distancia, aparece como si sólo estuviera alejado una milla, lo que en todo negocio o empresa marítima o terrestre puede ser de un provecho inestimable"

Galileo pronto puso manos a la obra para construirse su propio telescopio, empezó estudiando las lentes que lo componían para entender como trabajaban y poder así mejorar el rendimiento del telescopio lo máximo posible.

Si galileo ya había demostrado ser un experimentador meticuloso, con el uso del telescopio no iba a ser menos. Observó con precisión el firmamento, y recopilo todas sus observaciones en una obra que le haría famoso Sidereus Nucius (El mensajero sideral). Esta fama llego hasta oídos del Gran Duque de Toscana que se convertiría en su patrón mientras Galileo continuaba con sus investigaciones en Florencia.

Ya en el año 1613 Galileo apoyaría públicamente el modelo copernicano del Sistema Solar. Dicho modelo defendía que era el Sol y no la Tierra el que se hallaba en su centro y respecto al cual giraban el resto de objetos, desde este momento sus problemas con la Iglesia Católica no pararían de aumentar. En 1616 la Iglesia Católica declaro que el sistema copernicano era herejía y ordeno a Galileo que abandonara el apoyo a dicho modelo. Galileo obedeció, hasta el año 1624 año en el que Urbano VIII se convirtió en papa. Para ese año Galileo solicitó permiso para redactar una obra en la que se defenderían de forma equilibrada ambas posturas, a saber, el modelo de Copérnico con el Sol en el centro y el modelo de Ptolomeo con la Tierra en el centro. Así ,en 1634 se publicó Dialogo i due massini sistemi del mondo Tolemaico e Copernicano (Dialogo sobre los dos máximos sistemas del mundo, ptolemaico y copernicano). El libro, redactado en forma de dialogo entre tres personajes, Salviati, Sagredo y Simplicio no conseguía ocultar cual era la verdadera posición de su autor, se podía ver con facilidad que Galileo era un copernicano convencido.

Este Dialogo i due massini sistemi del mondo que probablemente sea su obra magna, fue la que le llevo ante los tribunales de la Inquisición, donde amenazado de tortura se vio obligado a retractarse y rechazar oficialmente la tesis copernicana. Fue condenado a prisión de por vida, pena que se ejecuto en forma de arresto domiciliario. Ocho años después Galileo moría prácticamente ciego, ceguera que probablemente estuviera causada por observar el Sol directamente a través de su telescopio. A pesar de su ceguera y del arresto domiciliario, Galileo, con la ayuda de sus discípulos Vicenzo Vivani y Evangelista Torriceli, consiguió finalizar un libro que resumía el trabajo de toda su vida, los Discursos. Dicha obra tuvo que ser sacada clandestinamente de Italia y en 1638 vería la luz en Holanda.

Es difícil resaltar sólo uno de los logros de Galileo, pero tal vez lo más importante, es que demostró que la observación y el experimento eran de capital importancia en la empresa científica. El año pasado se conmemoró la primera vez que un ser humano, Galileo Galilei, observo el Universo a través de un telescopio, hecho que cambio para siempre nuestra concepción del Universo.

Ismael Pérez Fernández.