En física y ciencia de los materiales , una torre de caída o tubo de caída es una estructura que se utiliza para producir un período controlado de ingravidez para un objeto en estudio. A veces se utilizan bolsas de aire, bolitas de poliestireno y frenos magnéticos o mecánicos para detener la caída de la carga experimental . En otros casos, el impacto a alta velocidad con un sustrato en la parte inferior de la torre es una parte intencional del protocolo experimental.
No todas estas instalaciones son torres: la Instalación de Investigación de Gravedad Cero Glenn de la NASA está basada en un eje vertical que se extiende hasta 510 pies (155 m) por debajo del nivel del suelo.
En un experimento típico de ciencia de materiales, se carga una muestra del material en estudio en la parte superior del tubo de caída, que se llena con gas inerte o se evacua para crear un entorno de baja presión. Después de cualquier preprocesamiento deseado (por ejemplo, calentamiento por inducción para fundir una aleación de metal ), la muestra se suelta para que caiga al fondo del tubo. Durante su vuelo o tras el impacto, la muestra se puede caracterizar con instrumentos como cámaras y pirómetros .
Las torres de caída también se utilizan habitualmente en la investigación de la combustión . Para este trabajo, debe haber oxígeno presente y la carga útil puede estar encerrada en un escudo de resistencia para aislarla del "viento" de alta velocidad a medida que el aparato acelera hacia la parte inferior de la torre. Vea un video de un experimento de combustión en microgravedad en la instalación de caída de cinco segundos Glenn de la NASA en [1].
También es posible realizar experimentos de física de fluidos y desarrollar y probar hardware espacial utilizando una torre de caída libre. En ocasiones, la investigación terrestre realizada con una torre de caída libre sirve como preludio de una investigación en vuelo más ambiciosa; se pueden lograr períodos de ingravidez mucho más largos con aeronaves de trayectoria parabólica o con laboratorios espaciales a bordo del transbordador espacial o de la Estación Espacial Internacional .
La duración de la caída libre producida en un tubo de caída depende de la longitud del tubo y de su grado de evacuación interna. El tubo de caída de 105 metros del Centro Marshall de Vuelos Espaciales produce 4,6 segundos de ingravidez cuando está completamente evacuado. En la instalación de caída Fallturm Bremen de la Universidad de Bremen se puede utilizar una catapulta para lanzar el experimento hacia arriba y prolongar la ingravidez de 4,74 a casi 9,3 segundos. [1] [2] Al anular el espacio físico necesario para la aceleración inicial, esta técnica duplica el período efectivo de ingravidez. El Centro de Investigación Glenn de la NASA tiene una torre de caída de 5 segundos (The Zero Gravity Facility) y una torre de caída de 2,2 segundos (The 2.2 Second Drop Tower).
Gran parte del coste operativo de una torre de caída se debe a la necesidad de evacuar el tubo de caída, para eliminar el efecto de la resistencia aerodinámica. Otra posibilidad es colocar el experimento dentro de una caja exterior (el escudo de resistencia) para la cual, debido a su peso, durante su caída la reducción de la aceleración debida a la resistencia del aire es menor.
Aunque la historia puede ser apócrifa, se cree popularmente que Galileo utilizó la Torre Inclinada de Pisa como torre de caída para demostrar que los cuerpos que caen se aceleran a la misma velocidad constante independientemente de su masa.
Las torres de caída, llamadas torres de perdigones, solían ser útiles para fabricar perdigones de plomo . Un breve período de ingravidez permite que el plomo fundido se solidifique en una esfera casi perfecta cuando llega al suelo de la torre.
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