MOVIMIENTO DE CAÍDA DE LOS CUERPOS
LEER, ANALIZAR Y RESOLVER EL TALLER QUE ESTA AL FINAL
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 coloquial mente 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 des-aceleradora de la gravedad, como un disparo vertical; o satélites no propulsados en órbita alrededor de
la Tierra. Otros sucesos
referidos también como caída libre lo constituyen las trayectorias geodésicas en el espacio-tiempo descritas en la teoría de la relatividad general.
Ejemplos de caída libre deportiva los encontramos en actividades basadas
en dejarse caer una persona a través de la atmósfera sin sustentación de paracaídas durante un cierto trayecto.
En la caída libre ideal, se desprecia la
resistencia aerodinámica que presenta el aire al movimiento del cuerpo,
analizando lo que pasaría en el vacío. En esas
condiciones, la aceleración que adquiriría el cuerpo sería debida
exclusivamente a la gravedad, siendo independiente de su masa; por ejemplo, si
dejáramos caer una bala de cañón y una pluma en el vacío, ambos adquirirían la
misma aceleración, ,
que es la aceleración de la gravedad
Para resolver problemas con movimiento de caída libre utilizamos
las siguientes fórmulas:
Cuando un movimiento acelerado (MUA) se debe a la aceleración gravitacional "g", las fórmulas cinemáticas para la caída libre son las mismas; sólo que a = g y x = h, o sea:
Movimiento de subida o de tiro
vertical
Al igual que la caída libre, este
es un movimiento uniformemente acelerado.
Tal como la caída libre, es un
movimiento sujeto a la aceleración de la gravedad (g), sólo que
ahora la aceleración se opone al movimiento inicial del objeto.
A diferencia de la caída libre, que
opera solo de bajada, el tiro vertical comprende subida y bajada de los cuerpos
u objetos y posee las siguientes características:
- La velocidad inicial siempre es
diferente a cero.
- Mientras el objeto sube, el signo
de su velocidad (V) es positivo.
- Su velocidad es cero cuando el
objeto alcanza su altura máxima.
- Cuando comienza a descender, su
velocidad será negativa.
- Si el objeto tarda, por ejemplo,
2 s en alcanzar su altura máxima, tardará 2 s en regresar a la posición
original, por lo tanto el tiempo que permaneció en el aire el objeto es 4 s.
- Para la misma posición del
lanzamiento la velocidad de subida es igual a la velocidad de bajada.
Para resolver problemas con
movimiento de subida o tiro vertical utilizamos las siguientes fórmulas:
GRÁFICAS DE CAÍDA LIBRE
La caída libre es un caso particular del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, en el cual la aceleración
es siendo
En
consecuencia, las ecuaciones del movimiento serán:
Para el caso
de la caída libre, la velocidad inicial es cero; la propia frase lo indica: se deja caer el cuerpo en caída
libre.
Como 
, queda
, queda
Por
otra parte, para el espacio, o altura a la que se encuentra el cuerpo:
La representación gráfica del movimiento será:
Lanzamiento vertical
Para el lanzamiento
vertical nos encontramos con que V0 es positiva, y así
se mantendrá aun cuando su módulo llegue a valer cero. Esto ocurrirá en el
punto más alto de la trayectoria, en el cual la V0=0, pues pasará de
valores positivos a negativos. En ese punto de la altura máxima, el móvil se
encontrará parado durante un instante, después del cual comenzará caer. Durante
todo el movimiento la aceleración que sufrirá la partícula será la de la
gravedad, la cual siempre tiene el mismo sentido, hacia abajo y, por convenio,
negativo.
La
representación gráfica del movimiento será:
Para 
, la tangente a la
gráfica 
es horizontal, se
corresponde con la altura máxima y con el instante en que la gráfica 
se hace cero.
, la tangente a la
gráfica es horizontal, se
corresponde con la altura máxima y con el instante en que la gráfica se hace cero.
TALLER
RESOLVER
LOS SIGUIENTES EJERCICIOS
1.
Una
bola se deja caer desde lo alto de un edificio de 125 m de altura.
Calcular cuánto
tardará en caer y con qué velocidad llegará al suelo (g = 10 m/s2).
2.
Se
lanza un cuerpo verticalmente hacia abajo con una velocidad inicial de
7 m/s.
a. ¿Cuál será su
velocidad luego de haber descendido 3 s?.
b. ¿Qué distancia
habrá descendido en esos 3 s?.
Usar g = 10 m/s ².
3.
Un
auto choca a 60 km/h contra una pared sólida, ¿desde qué altura habría que
dejarlo caer para producir el mismo efecto?.
Se lanza una pelota de tenis
hacia abajo desde una torre con una velocidad de 5 m/s.
a. ¿Qué velocidad tendrá la
pelota al cabo de 7 s?.
b. ¿Qué espacio habrá
recorrido en ese tiempo?.
4. Se
lanza una pelota de tenis hacia abajo desde una torre con una velocidad de 5
m/s.
a. ¿Qué velocidad tendrá la pelota al cabo de
7 s?.
b. ¿Qué espacio habrá recorrido en ese tiempo?.
5. Un
cuerpo es soltado desde un globo que desciende a una velocidad constante de 12
m/s. Calcular:
a. La velocidad adquirida al cabo de 10s.
b. La
distancia recorrida al cabo de 10 s.
6.
¿De qué altura cae un cuerpo que tarda 4 s en
llegar al suelo?
Usar g = 10 m/s ².
7.
Un cuerpo cae libremente desde el reposo.
Calcular:
a) la distancia recorrida en 3 s,
b) la velocidad después de haber recorrido 100 m,
c) el tiempo necesario para alcanzar una
velocidad de 25 m/s,
d) el tiempo necesario para recorrer 300 m, desde
que cae.
8.
Desde el balcón de un edificio se deja caer
una manzana y llega a la planta baja en 5 s.
a) ¿Desde qué piso se dejó caer, si cada piso
mide 2,88 m?.
b) ¿Con qué velocidad llega a la planta baja?.
EVALUACIÓN
1.Puede tener un objeto velocidad creciente y aceleración constante?
Si. En caída libre por ejemplo. Se sitúa el sistema de referencia con el origen en el punto desde donde se deja caer el objeto , con el eje de las ordenadas apuntando hacia donde va cayendo. La aceleración de gravedad "g" actúa constantemente y en el sentido de la velocidad.
2.¿Puede ser la velocidad de un objeto igual a cero cuando su aceleración no es cero?
Si, un objeto que está detenido suspendido por ejemplo en tu mano, no cae, tiene velocidad 0 pero la aceleración de la gravedad sigue estando allí.
3-¿Si un cuerpo se deja caer a una altura mayor genera diferencia en aceleraron del cuerpo?
Si. Fuera y lejos de la Tierra, la aceleración de gravedad se podría considerar casi nula. El cuerpo casi no cae a la Tierra.
4.¿Qué es la gravedad?
La gravedad (o más correctamente aceleración de gravedad) es la aceleración con la cual se mueven los cuerpos al caer
5.¿Qué dirección tiene la aceleración de gravedad?
La aceleración de gravedad tiene dirección vertical y sentido hacia abajo. Estrictamente hablando, su dirección es hacia el centro de la tierra.
6.¿De que factores depende la aceleración de la gravedad sobre la superficie terrestre?
De ningún factor
7.¿Cuando un cuerpo cae libremente ¿varia su velocidad y aceleración?
Todo cuerpo al cae varia su velocidad, la aceleración sera constante ya que esta es precisamente al aceleración de gravedad
8. ¿Que significa la expresión caída libre ?
Significa que al momento de considerar la caída de un cuerpo solamente se tomara en cuenta la aceleración de la gravedad
9.¿Cual fue la teoría de Aristotelismo acerca de la caída libre ?
La teoría de Aristóteles se basaba en que todos los cuerpos pesados caían más rápido que los ligeros. Él mencionaba que existían dos tipos de movimientos: naturales, éste a su vez se dividía en dos movimientos que era el movimiento circular de los cosmos y el movimiento hacia la superficie o hacia la atmósfera; y violentos.
10.¿Cual fue el descubrimiento de Arìstoteles ?
Uno de los grandes aportes que hay en la Física, es sin duda alguna el que realizó el científico Galileo Galilei que demostró que en todos los cuerpos la aceleración de la gravedad, es igual sin importar su peso, en otras palabras, todos los cuerpos caen al mismo tiempo sin importar su peso.
Esto lo pudo comprobar con su experimento realizado desde la Torre de Pisa. Galileo arrojó dos objetos de diferente peso y mostró que caían al mismo tiempo.
