Entre 1589 y 1592, [1] se dice que el científico italiano Galileo Galilei (entonces profesor de matemáticas en la Universidad de Pisa ) dejó caer "pesos desiguales del mismo material" desde la Torre Inclinada de Pisa para demostrar que su tiempo de descenso era independiente de su masa, según una biografía del alumno de Galileo, Vincenzo Viviani , compuesta en 1654 y publicada en 1717. [2] [3] : 19–21 [4] [5] La premisa básica ya había sido demostrada por experimentadores italianos unas décadas antes.
Según la historia, Galileo descubrió a través de este experimento que los objetos caían con la misma aceleración, demostrando que su predicción era cierta, al mismo tiempo que refutaba la teoría de la gravedad de Aristóteles (que afirma que los objetos caen a una velocidad proporcional a su masa). La mayoría de los historiadores consideran que fue un experimento mental más que una prueba física. [6]
El filósofo griego bizantino y comentarista aristotélico del siglo VI, Juan Filopono, argumentó que la afirmación aristotélica de que los objetos caen proporcionalmente a su peso era incorrecta. [7] En 1544, según Benedetto Varchi , la premisa aristotélica fue refutada experimentalmente por al menos dos italianos. [8] En 1551, Domingo de Soto sugirió que los objetos en caída libre se aceleran uniformemente. [8] Dos años más tarde, el matemático Giambattista Benedetti cuestionó por qué dos bolas, una de hierro y otra de madera, caerían a la misma velocidad. [8] Todo esto precedió al nacimiento de Galileo Galilei en 1564 .
Un experimento similar fue realizado en Delft , Países Bajos , por el matemático y físico Simon Stevin y Jan Cornets de Groot (el padre de Hugo de Groot ). El experimento se describe en el libro de Stevin de 1586 De Beghinselen der Weeghconst ( Los principios de la estática ), un libro histórico sobre estática :
Tomemos (como lo hemos hecho el altamente educado Jan Cornets de Groot, el diligente investigador de los misterios de la Naturaleza, y yo) dos bolas de plomo, una diez veces más grande y pesada que la otra, y dejémoslas caer juntas desde 30 pies de altura, y demostrará que la bola más ligera no dura diez veces más que la más pesada, sino que caen juntas al mismo tiempo al suelo. ... Esto prueba que Aristóteles está equivocado. [9] [10] [11]
Cuando Viviani afirma que se llevó a cabo el experimento, Galileo aún no había formulado la versión final de su ley de la caída de los cuerpos . Sin embargo, había formulado una versión anterior que predecía que los cuerpos del mismo material que cayeran a través del mismo medio caerían a la misma velocidad. [3] : 20 Esto era contrario a lo que Aristóteles había enseñado: que los objetos pesados caen más rápido que los más ligeros, y en proporción directa a su peso. [3] : 9 [12] Si bien esta historia ha sido contada nuevamente en relatos populares, el propio Galileo no relata tal experimento, y muchos historiadores creen que fue un experimento mental . [13] Una excepción es Stillman Drake , quien sostiene que tuvo lugar, más o menos como lo describió Viviani, como una manifestación para estudiantes. [3] : 19–21, 414–416
Galileo expuso sus ideas sobre la caída de personas y sobre los proyectiles en general en su libro Dos nuevas ciencias (1638). Las dos ciencias fueron la ciencia del movimiento, que se convirtió en la piedra angular de la física, y la ciencia de los materiales y la construcción, una importante contribución a la ingeniería. Galileo llegó a su hipótesis mediante un famoso experimento mental descrito en su libro Sobre el movimiento . [14] Escribe:
Salviati . Si, pues, tomamos dos cuerpos cuyas velocidades naturales son diferentes, es claro que al unirlos, el más rápido será parcialmente retardado por el más lento, y el más lento será algo acelerado por el más rápido. ¿No estás de acuerdo conmigo en esta opinión?
Simplicio . Tienes razón sin duda.
Salviati . Pero si esto es cierto, y si una piedra grande se mueve con una velocidad de, digamos, ocho, mientras que una más pequeña se mueve con una velocidad de cuatro, entonces cuando estén unidas, el sistema se moverá con una velocidad menor que ocho; pero las dos piedras, cuando se unen, forman una piedra más grande que la que antes se movía a una velocidad de ocho. Por tanto, el cuerpo más pesado se mueve con menor velocidad que el más ligero; un efecto que es contrario a su suposición. Así ves cómo, a partir de tu suposición de que el cuerpo más pesado se mueve más rápidamente que el más ligero, infiero que el cuerpo más pesado se mueve más lentamente. [15]
Su argumento es que si asumimos que los objetos más pesados caen más rápido que los más livianos (y a la inversa, los objetos más livianos caen más lentamente), la cuerda pronto se tensará cuando el objeto más liviano retarde la caída del objeto más pesado. Pero el sistema considerado en su conjunto es más pesado que el objeto pesado por sí solo y, por tanto, debería caer más rápido . Esta contradicción lleva a concluir que la suposición es falsa.
El astronauta David Scott realizó una versión del experimento en la Luna durante la misión Apolo 15 en 1971, dejando caer una pluma y un martillo de sus manos. Debido a la insignificante atmósfera lunar, no hubo arrastre sobre la pluma, que alcanzó la superficie lunar al mismo tiempo que el martillo. [dieciséis]
La premisa básica detrás de estos experimentos se conoce ahora como principio de equivalencia (débil) . La hipótesis de Galileo de que la masa inercial (resistencia a la aceleración) es igual a la masa gravitacional (peso) fue ampliada por Albert Einstein para incluir la relatividad especial y esa combinación se convirtió en un concepto clave que condujo al desarrollo de la teoría moderna de la gravedad, la relatividad general . Los experimentos físicos posteriores a Galileo aumentaron la precisión de la equivalencia a más de una parte en un billón. [17]