FATIMA

CAÍDA LIBRE

El aprendizaje de las cualidades del movimiento de objetos físicos debe empezar con el estudio de la caída libre. El ejemplo más común de movimiento con aceleración constante es el de un cuerpo que cae en dirección a la Tierra. Al dejar caer un cuerpo desde una gran altura se tendrá que al comienzo el movimiento es uniformemente acelerado, siendo la velocidad muy pequeña y como consecuencia lo será también la resistencia del aire (R).

A CONTINUACION VEREMOS UN VIDEO SOBRE LA CAIDA LIBRE

La caída libre resalta dos características importantes:

1) Los objetos en caída libre no encuentran resistencia del aire.

2) Todos los objetos en la superficie de la Tierra aceleran hacia abajo a un valor de aproximadamente 10 m/seg² (Para ser más exacto 9.8 m/seg² ).

En el vacío, todos los cuerpos caen con igual velocidad. Esto se puede demostrar experimentalmente utilizando el tubo de Newton. Se trata de un tubo de vidrio cerrado por sus extremos, uno de los cuales lleva una llave de paso a través de la cual se le puede extraer el aire.

Se toma el tubo, en el cual hay contenidos una pluma y una moneda. Invirtiendo el tubo se ven caer estos cuerpos uno detrás de otro, cuando el tubo contiene aire; pero al abrir la llave y extraer el aire, se repite el experimento y los cuerpos caen todos a una misma velocidad. Caen simultáneamente.

Ecuaciones del movimiento de caida libre

Las ecuaciones del movimiento de un objeto que se mueve en dirección vertical bajo la acción de la fuerza de gravedad son las mismas del movimiento con aceleración constante

Los símbolos en la ecuación tienen un significado específico:

Características conceptuales.

El uso de estas cuatro ecuaciones se puede ayudar con una comprensión apropiada de las características conceptuales del movimiento de objetos en caída libre.

Ejemplo

Se deja caer un objeto desde la parte superior de una ventana que está a una altura de 8,52 m. Determinar el tiempo requerido para el objeto tocar el piso.

Solución

Primer paso: Construir un diagrama informativo de la situación física.

Segundo paso: Identificar la información conocida en forma de variable. En el ejemplo solamente hay un dato explícito: 8,52 m; el resto de información debe ser extraída de acuerdo al entendimiento de los principios de la caída libre. La distancia o altura (y) es �8,52 m. El signo negativo (-) indica el desplazamiento del objeto es hacia abajo.
La velocidad inicial (Vo) puede deducirse como 0 m/seg .

La aceleración de la gravedad (g) se puede tomar como �9,8 m/seg2.

Tercer paso: Identificar la variable desconocida

Cuarto paso: Determinar la ecuación que nos permite encontrar cantidad o magnitud desconocida.

Quinto paso: Sustituir los valores conocidos. Se resuelve la ecuación utilizando propiedades algebraicas para encontrar el resultado final

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EJEMPLO 1 :

Un señor tira una piedra para arriba con una velocidad inicial de 40 m / s . Calcular :

a ) – Qué tiempo tarda en llegar a la altura máxima.

b ) – Cuál es la altura máxima.

c ) - Trazar los gráficos de posición, velocidad y aceleración en función del tiempo.

Bueno, lo primero que hago es un dibujito de lo que plantea el problema. Elijo mi sistema de referencia. En este caso lo voy a tomar positivo para arriba. g = (-) .

Las ecuaciones horarias para un tiro vertical son :

Y = Y0 + V0y t + ½ g t2
Vf y = V0 y + g t

Reemplazo por los datos. Fijate que tomé el sistema de referencia para arriba. Quiere decir que g es negativa. La voy a tomar como 10 m / s2. Pongo el sistema de referencia exactamente en la mano del tipo. Me queda:

Y = 0 + 40 m /s t + ½ ( - 10 m/s 2 ) .t2

Vf = 40 m /s + ( - 10 m/s2) . t

Fijate que cuando el cuerpo llega a la altura máxima su velocidad es cero. Entonces reemplazo Vf por cero en la ecuación de la velocidad. Me queda:

Reemplazando tmax = 4 segundos en la ecuación de la posición, calculo la altura máxima:

Para construir los gráficos puedo dar valores o puedo hacerlos en forma cualitativa. Grafico cualitativo quiere decir indicar la forma que tiene sin dar todos los valores exactos. Podés hacerlos como quieras. En este caso quedan así: