Caida Libre

CARACTERÍSTICAS DEL MOVIMIENTO

DE CAIDA LIBRE.

La caída libre, es un tipo particular de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, y está determinado exclusivamente por fuerzas gravitatorias, que adquieren los cuerpos al caer, partiendo del reposo, hacia la superficie de la Tierra y sin estar impedidos por un medio que pudiera producir una fuerza de fricción o de empuje. Algunos ejemplos son el movimiento de la Luna alrededor de la Tierra o la caída de un objeto a la superficie terrestre.

El científico italiano Galileo Galilei realizó la siguiente experiencia:

Desde la parte superior de un plano, dejó caer libremente esferas y observó que en todas ellas la velocidad se incrementaba uniformemente en intervalos iguales de tiempo. Galileo varió la inclinación del plano y observó que a medida que este se hacía mayor, el incremento de la velocidad era mayor, pero aun el movimiento era uniformemente acelerado. Cuando el plano inclinado se hace completamente vertical, el movimiento de la esfera es en caída libre.

1s

2s. En el vacío todos los

cuerpos, con independencia

de su forma o de su masa,

3s caen con

idéntica aceleración en un

lugar determinado,

4s próximo a la

superficie terrestre. La

comprobación

5s experimental la

llevó a cabo mediante el

experimento realizado con

el tubo de Newton en donde

6s es posible hacer el vacío,

dejando caer en los dos

tubos una pluma y una

moneda; en el tubo que

contiene aire (no vacío),

la moneda cae más rápido,

mientras que en el tubo al vacío, la pluma y la moneda caen con igual velocidad.

Galileo fue el primero en demostrar experimentalmente que, “si se desprecia la resistencia que ofrece el aire, todos los cuerpos caen hacia la tierra con la misma velocidad y aceleración gravitacional”.

El movimiento de caída libre es un movimiento uniformemente acelerado, es decir, la aceleración instantánea es la misma en todos los puntos del recorrido y coincide con la aceleración media, y esta aceleración es la aceleración de la gravedad que equivale a g = 9,8 m/s2 ó

g =980cm/s2, aunque también es válido tomarse un valor aproximado de

ALGUNOS VALORES DE LA

ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD

Polo Norte y Sur 983,216 cm./seg.2

New York 980,2 cm./seg.2

Paris 980;8 cm./seg.2

Bogotá 979,66 cm./seg.2

Londres 981,2 cm./seg.2

México 977,9 cm./seg.2

Madrid 979,98 cm./seg.2

Zona del canal 978,24 cm./seg.2

Como la aceleración es una magnitud de carácter vectorial, se advierte que está dirigida hacia el centro de la tierra, o sea en el sentido positivo y por tanto su valor será ; pero si el movimiento de los cuerpos, es vertical de ascenso, se considera que el sentido de la gravedad es negativo, en este caso se tomará la gravedad como

Ya mencionamos arriba que la caída libre es un tipo particular de movimiento rectilíneo acelerado uniformemente, entonces tal movimiento está regulado por las ecuaciones cinemáticas del M.U.A que son:

: Es la velocidad final.

: Es la velocidad inicial

y : Es el espacio vertical recorrido

t : Es el tiempo de vuelo por la partícula

g : Es el valor de la aceleración de la gravedad.

Nota: Usted amigo estudiante, debe tener presente que si un objeto cae libremente partiendo del reposo, entonces su velocidad inicial es cero.

Para efectos de solución de problemas, estos se resolverán mediante la aplicación directa de alguna de las tres ecuaciones denotadas arriba. Veamos los siguientes ejemplos:

Ejemplo 1:

Desde una torre se deja caer una piedra que tarda 6 segundos en llegar al suelo. Calcular la velocidad con que llega y la altura de la torre.

Solución:

Conocido

(Porque parte del reposo) t = 6 s

Desconocido

;

Calculamos la altura de la torre mediante:

, esta distancia desciende la piedra, y esta es la altura de la torre.

La velocidad con la que la piedra llega al suelo se calcula mediante:

que es la velocidad con la que llega al suelo

Ejemplo 2:

Se lanza una piedra verticalmente hacia arriba con

velocidad de 9 m/s. Calcular:

a. El tiempo de subida de la piedra.

b. La altura máxima que alcanza.

Conocido Desconocido

t =?

y =?

Solución

Cuando la piedra llega a la máxima altura su velocidad es cero. Calculamos el tiempo de ascenso mediante:

, ,

. Para calcular la altura máxima, utilizamos la expresión:

de donde

1. Si dos cuerpos de diferente peso se dejan caer libremente en forma simultánea desde la misma altura, ¿cuál de los dos cuerpos llegará primero al suelo?

2. Realiza la siguiente experiencia:

Deja caer una hoja de papel y un borrador. ¿Cuál llega primero al suelo? ¿Será correcto pensar que el cuerpo mas pesado llegue primero?

3. Considérese una pelota que se dispara verticalmente hacia arriba. Tomando en cuenta la resistencia del aire, ¿Esperaría usted que el tiempo que tarda en subir sea mayor o menor que el tiempo que tarda en caer?

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