Caida Libre

LABORATORIO III DE FISICA

CARLOS ANDRES GUARIN DIAZ

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

INGENIERIA ELECTROMECANICA

FISICA MECANICA

IBAGUE

2013

LABORATORIO III DE FISICA

CARLOS ANDRES GUARIN DIAZ

AUGUSTO ALEXANDER RIOS

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

INGENIERIA ELECTROMECANICA

FISICA MECANICA

IBAGUE

2013

INTRODUCCION

El siguiente trabajo tiene como objetivo comprender la importancia de la caída libre y como en la cotidianidad se hace real.

Posteriormente a través de un taller analizaremos mediante fórmulas matemáticas y operaciones y con la ayuda de la hoja de cálculo Excel y el uso de un free fall timer analizaremos la caída libre encontraremos datos de movimiento uniforme acelerado que completaremos utilizando el grafico en la hoja de cálculo Excel .

OBJETIVOS

• Aplicar los conceptos de caída libre con el free fall timer en la práctica.

• Determinar la aceleración y velocidad.

• Calcular mediante la ayuda de la hoja de cálculo Excel velocidad y aceleración conceptos trabajados teóricamente y desarrollados en la práctica del taller para una mejor comprensión.

MARCO TEORICO

CAIDA LIBRE

En física, se denomina caída libre al movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definición formal excluye a todas las caídas reales influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia aerodinámica del aire, así como a cualquier otra que tenga lugar en el seno de un fluido; sin embargo es frecuente también referirse coloquialmente a éstas como caídas libres, aunque los efectos de la viscosidad del medio no sean por lo general despreciables.

El concepto es aplicable también a objetos en movimiento vertical ascendente sometidos a la acción desaceleradora de la gravedad, como un disparo vertical; o a satélites en órbita alrededor de la Tierra o de cualquier otro cuerpo celeste. Otros sucesos referidos también como caída libre lo constituyen las trayectorias geodésicas en el espacio-tiempo descritas en la teoría de la relatividad general.

Caída libre totalmente vertical

El movimiento del cuerpo en caída libre es vertical con velocidad creciente (aproximadamente movimiento uniformemente acelerado con aceleración g) (aproximadamente porque la velocidad aumenta cuando el objeto disminuye en altura, en la mayoría de los casos la variación es despreciable). La ecuación de movimiento se puede escribir en términos la altura y:

(1)

donde:

, son la aceleración y la velocidad verticales.

, es la fuerza de rozamiento fluido dinámico (que aumenta con la velocidad).

• Si, en primera aproximación, se desprecia la fuerza de rozamiento, cosa que puede hacerse para caídas desde pequeñas alturas de cuerpos relativamente compactos, en las que se alcanzan velocidades moderadas, la solución de la ecuación diferencial para las velocidades y la altura vienen dada por:

donde v0 es la velocidad inicial, para una caída desde el reposo v0 = 0 y h0 es la altura inicial de caída.

• Para grandes alturas u objetos de gran superficie (una pluma, un paracaídas) es necesario tener en cuenta la resistencia fluidodinámica que suele ser modelizada como una fuerza proporcional a la velocidad, siendo la constante de proporcionalidad el llamado rozamiento aerodinámico kw:

En este caso la variación con el tiempo de la velocidad y el espacio recorrido vienen dados por la solución de la ecuación diferencial:

Nótese que en este caso existe una velocidad límite dada por el rozamiento aerodinámico y la masa del cuerpo que cae:

• Un análisis más cuidadoso de la fricción de un fluido revelaría que a grandes velocidades el flujo alrededor de un objeto no puede considerarse laminar, sino turbulento y se producen remolinos alrededor del objeto que cae de tal manera que la fuerza de fricción se vuelve proporcional al cuadrado de la velocidad:

Donde:

, es el coeficiente aerodinámico de resistencia al avance, que sólo depende de la forma del cuerpo.

, es el área transversal a

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