Caída Libre

Caída vertical de cuerpos

Pedreira, S. (junio 2020)

Movimiento de

Índice

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Objetivos

Aristóteles y Galileo

¿Cuál caerá primero?

¿Qué es la caída libre?

Cuestionario

Créditos

Caída libre

Caída real

OBJETIVOS

Estudiar el movimiento de caída de cuerpos en ausencia y con resistencia con el aire.

Analizar el movimiento desde el punto de vista dinámico y cinemático.

Trabajar con un simulador y escribir un informe.

Responder un cuestionario de autoevaluación.

Aristóteles vs Galileo

Si dejamos caer dos cuerpos de diferente masa, de forma parecida, desde la misma altura...

¿caen al mismo tiempo?

video: ¿cuál caerá primero?

Cuentan que Galileo subió a la Torre de Pisa y dejó caer varias esferas de diferente masa, las que llegaron en el mismo instante al suelo, contrariamente a lo que planteaba Aristóteles. Galileo no tenía cómo medir un tiempo tan pequeño. Para poder aumentar los tiempos de caída utilizó planos inclinados, de los que dejaba caer las esferas.

La leyenda del experimento de la torre

+info

Aristóteles (300 A.C.), creía que los tiempos de caída de objetos de diferente masa desde la misma altura sería diferente: los de mayor masa llegarían antes al suelo que los más livianos. Galileo (siglo XVII) , creador del método experimental, estudió mediante experimentos la caída de los cuerpos. Utilizó planos inclinados, de los que dejaba caer esferas de diferentes masas, observando que el tiempo de llegada al final del plano no difería. A partir de los mismos pudo concluir que: si se dejan caer de forma simultánea y desde la misma altura dos cuerpos de diferente masa, ambos caerán con la misma aceleración, llegando al final del plano en el mismo instante. Los historiadores creen que Galileo nunca pudo realizar el experimento en la Torre de Pisa.

video: ¿qué es la caída libre?

El video está en inglés. Si lo deseas, puedes activar los subtítulos automáticos en inglés y luego elegir que los traduzca al español.

Observa el video

• Considera despreciable la fuerza de rozamiento con el aire.
• La Fuerza neta del movimiento es el peso del cuerpo.
• La aceleración del cuerpo es la gravitatoria, del lugar en que se produzca el movimiento.

Caída libre

Se trata de un Movimiento rectilíneo uniformemente variado. La aceleración del movimiento es constante y su módulo cerca de la superficie terrestre es g = 9,8 m/(s.s).

Características

Caída libre

Ecuaciones del movimiento

Sistema de referencia: se toma y positivo hacia arriba, la aceleración graviatoria tiene sentido hacia abajo, por eso en las ecuaciones tiene signo negativo.

Ecuaciones del movimiento

Estudiaremos el movimiento que describe una pelota que es lanzada verticalmente hacia arriba desde cierta altura, retornando después de cierto tiempo a la misma altura.

Análisis gráfico de un movimiento de caída libre

+info

Tener en cuenta que el movimiento se considera desde el momento en que la mano deja de tener contacto con la pelota. Además se desprecia la fuerza de resistencia del aire con la pelota.

velocidad vs. tiempo

Gráficos del movimiento

y vs. tiempo

Gráficos del movimiento

Fuerza neta vs. tiempo

aceleración vs. tiempo

• La resistencia del aire no es despreciable, su valor aumenta al aumentar la velocidad y tiene sentido opuesto al movimiento del cuerpo.
• La fuerza neta sobre el cuerpo depende de la velocidad.

Caída real

Persona en caída...

Una persona que cae por la acción de su peso y recibe la acción de la fuerza de resistencia del aire. Al principio de la caída:

Comienzo de la caída

• La velocidad del cuerpo es pequeña y la fuerza de resistencia del aire tiene menor módulo que su peso, como se ve en la imagen.
• La fuerza neta es hacia abajo, y el movimiento del cuerpo será acelerado, su velocidad está aumentando.
• La aceleración del cuerpo es menor que la aceleración gravitatoria.

Como el valor de la velocidad del cuerpo aumenta, también aumenta el valor de la fuerza de resistencia del aire. Esto sucede hasta que en determinado instante el módulo de esta fuerza es igual al módulo del peso. Allí la fuerza neta será nula y la velocidad del cuerpo permanecerá constante.

La Fuerza neta es nula,

Luego de un rato...

velocidad constante

La velocidad del cuerpo inicialmente aumenta, con una aceleración menor a la gravitatoria, hasta alcanzar un valor que se llama velocidad límite o velocidad terminal; a partir de este momento la velocidad no aumentará más y el cuerpo continuará su caída en movimiento uniforme con la velocidad terminal.

En resumen... en una caída real:

• Hoja de papel.
• Pluma de ave.
• Pequeño trozo de algodón.
• Gota de lluvia.
• Paracaídas.

Algunos cuerpos alcanzan rápidamente la velocidad terminal

1

Una persona en caída libre alcanzará una velocidad terminal (aunque no se abra su paracaídas), pero tardará más en hacerlo. El tiempo que tardará en llegar a la velocidad terminal va a depender de su peso, del área de su sección recta horizontal y de otros factores.

2

Muchos cuerpos que caen a través de la atmósfera terrestre experimentan la caída real:

Otros cuerpos tardan un poco más

Ingresa a la consigna haciendo clic sobre la imagen y realiza las actividades que se proponen utilizando el simulador. Escribe un informe de la actividad en un archivo y entrégalo.

Actividad con un simulador

¡SUERTE!

cuestionario

Contesta las siguientes preguntas para autoevaluarte

EMPEZAR

PREGUNTA 1 de 5

se puede despreciar la fuerza de resistencia del aire, si la fuerza neta es el peso y si su aceleración es la gravitatoria.

Se considera que un cuerpo está en caída libre si

alcanza su velocidad límite.

no se puede despreciar la fuerza de resistencia del aire, si la fuerza neta es el peso y si su aceleración es la gravitatoria.

¡CORRECTO!

SIGUIENTE PREGUNTA

PREGUNTA 2 de 5

40 m

10 m

20 m

Si dejamos caer una pelota desde un balcón y ella tarda 2,0 s en llegar al suelo. Considera despreciable la resistencia del aire y toma el valor de g como 9,8 m/(s.s). La altura del edificio es

¡CORRECTO!

SIGUIENTE PREGUNTA

PREGUNTA 3 de 5

Si dejamos caer simultáneamente dos hojas de papel idénticas, desde la misma altura, una de ellas abierta y la otra en forma de bola

La fuerza peso que actúa sobre ambas es igual

Llegan juntas al suelo.

La fuerza neta que actúa sobre en ambas es cero

¡CORRECTO!

SIGUIENTE PREGUNTA

PREGUNTA 4 de 5

Desde un helicóptero se deja caer verticalmente una caja. Tarda 10 s en alcanzar su velocidad terminal. Si consideramos el movimiento en este intervalo de 5,0 s:

La fuerza de resistencia del aire es mayor que el peso de la caja.

La aceleración de la caja es igual a la gravitatoria.

La fuerza de resistencia del aire va aumentando.

¡CORRECTO!

SIGUIENTE PREGUNTA

PREGUNTA 5 de 5

Después que la caja anterior alcanza su velocidad terminal...

La fuerza de resistencia del aire es mayor que la fuerza peso

La fuerza resultante sobre la caja es vertical hacia arriba

La caja describe un movimiento rectilíneo uniforme

¡CORRECTO!

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Bibliografía

créditos

• Alvarenga, B. y Máximo, A. (1997). Física General, con experimentos sencillos. 4ta Edición. México DF, México: Oxford University Press.
• Hecht, E. (2000). Física, álgebra y trigonometría. Tomo 1. México DF, México: International Thompson Editores. Serway, R. (1997). Física Tomo I. Bogotá, Colombia: Mc Graw Hill.
• Serway, R. (1997). Física Tomo I. Bogotá, Colombia: Mc Graw Hill.

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créditos

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créditos

¡muchas gracias!

Fin de la caída libre...por ahora...