caída libre

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
CAMPUS SANTIAGO
LABORATORIO FIS 110 / FIS 109
PRIMER SEMESTRE 2011
CAÍDA LIBRE
Introducción

Marco Teórico
El movimiento ha interesado a filósofos y científicos
desde la Antigüedad. En el siglo IV a.C., Aristóteles
pensaba que los objetos más pesados caen con mayor
rapidez que los livianos. Tiempo después, en el siglo XVI,
Galileo Galilei afirmó que los cuerpos caían con una
aceleración constante e independiente de su peso.
Las predicciones de Galileo Galilei son ciertas si
consideramos un modelo ideal, en que no se considera los
efectos del aire, la rotación terrestre y la disminución de la
aceleración con la altitud, este modelo se llama caída libre.
Figura 2: Caída libre, en forma simultánea, de una pluma y una
manzana.
El Marco Teórico presentado aquí debe
complementado con el estudio de los siguientes textos:
ser
Anexos:
- Análisis y Teoría del Error Experimental
- Uso de la cámara VideoCom
Libros de consulta:
- Sears, Zemansky, Young, Freedman. Física
Universitaria Volumen I Mecánica. Décimo
primera edición. Sección: 2.5
- Resnick, Halliday, Krane. Física Volumen 1.
Cuarta Edición. Secciones: 2.7, 2.8 y 2.9
- Serway. Física Tomo I. Cuarta edición. Ejemplo
conceptual 2.13
Figura 1: Galileo Galilei (1564-1642). Astrónomo, matemático y
físico italiano.
La Figura 2 muestra una foto de caída libre de una
pluma y una manzana. Esta foto es tomada con una lámpara
estroboscópica que produce destellos a intervalos iguales.
Se aprecia la caída de los dos cuerpos en forma simultánea y
que la velocidad cambia continuamente, acelerando hacia
abajo.
La aceleración de gravedad (g) varía dependiendo de la
latitud y la altura donde se registre, usualmente se utiliza
como valor 9,8 [m/s2]. Sin embargo, es factible calcular o
encontrar en algunas tablas los valores de g para distintas
ubicaciones geográficas (Tabla nº1).
Campus
Vitacura
San Joaquín
g [m/s2] ± 0,01%
9,7939
9,7943
Tabla nº1: Aceleración de gravedad en Campus Santiago.

Objetivos

Registrar el movimiento de caída libre usando la
cámara y el software VideoCom.

Describir el movimiento de caída libre a través de las
ecuaciones de cinemática.

Describir la velocidad de un cuerpo en caída libre.

Obtener la aceleración de gravedad usando el software
VideoCom.

Calcular la fuerza de roce que se ve afectado un cuerpo.

Calcular el tiempo de reacción de una persona
aplicando caída libre.
Desarrollo Experimental
En esta experiencia el movimiento de caída libre se
registrará con la cámara VideoCom, y los datos serán
procesados con el software VideoCom Movimientos.
La cámara se instala en el trípode y se calibra la burbuja
de nivel de la cámara para poder registrar un movimiento de
la tablilla vertical y paralelo a la cámara. Si es necesario,
ajuste la altura del pedestal para lograr la máxima amplitud
del movimiento, para esto los móviles deben ubicarse en el
extremo del área Visualización de los móviles en el software
VideoCom.
El cuerpo que se utilizará para la caída libre
corresponde a una tablilla de acrílico, en que están adosadas
dos cintas reflectantes separadas 20 [cm]. Luego, se calibra
la cámara con el software siguiendo las instrucciones del
Anexo Uso de la Cámara VideoCom. Al calibrar la cámara
y al realizar las mediciones la tablilla no debe oscilar, así
evitamos que se incline en la caída.
utilizando el botón de inicio de medición
del software
VideoCom y se registra la posición en función del tiempo.
Usando la herramienta Efectuar ajustes del software
VideoCom se realiza el ajuste Parábola para la curva del
gráfico de recorrido. Luego, los parámetros del ajuste se
deben interpretar y comparar con las predicciones teóricas
esperadas.
En el informe debe adjuntar el gráfico de recorrido con
el ajuste seleccionado, además del análisis cualitativo y
cuantitativo.

Descripción de la velocidad en caída libre
Para la misma medición, en el gráfico de velocidad se
realiza el ajuste Recta promedio. Los parámetros se
comparan con las predicciones teóricas de cinemática.
Adjunte el gráfico al Informe de Laboratorio y realice
un análisis cualitativo y cuantitativo.

Obtención de la aceleración de gravedad
En esta parte de la experiencia se deja caer la tablilla y
se analiza el gráfico de aceleración. En este gráfico se
calcula, usando la herramienta Valor medio de intervalos del
software VideoCom, la aceleración media de cada cinta
reflectante. Es importante que estos dos valores de las cintas
sean cercanos, ya que mientras menor es la diferencia entre
los dos valores, menor es la inclinación de la tablilla al caer.
Después, se calcula el promedio de estos valores que
corresponde a la aceleración de gravedad de la tablilla.
Figura 3: Pestaña Predeterminados de la ventana
Ajustes/Calibración del recorrido del software VideoCom.
La cámara debe registrar la mayor cantidad de fotos por
segundo, en la ventana de la Figura 3 se debe seleccionar
6,25 ms (USB) para el Campus San Joaquín y 12,5 ms (80
fps) para el Campus Vitacura.
En esta experiencia es recomendable que la parada de la
medición sea prefijada en el software después de 0,5
segundos de soltada la tablilla. (Ver Figura 3)
Genere una tabla con los datos de aceleración de cada
cinta reflectante y el promedio entre estos dos valores y
repita el procedimiento 8 veces para disminuir los errores
aleatorios. Exprese el promedio de la aceleración de
gravedad con su respectiva desviación estándar. Además,
calcule el error porcentual experimental respeto al valor
esperado en el campus de la universidad.
Adjunte el gráfico de aceleración de una de las
mediciones en el informe. Recuerde realizar siempre un
análisis cualitativo y cuantitativo.
Recordar que antes de realizar cada medición debe
calibrar el recorrido usando el botón Leer pixel del
visualizador.

La experiencia de Caída Libre del laboratorio se divide
en cinco partes:
A la tablilla se le adosan papeles post-it para aumentar
la fuerza de roce con el aire y así disminuir la aceleración de
caída de la tablilla.

Descripción del recorrido en caída libre
La tablilla se ajusta al electroimán que está conectado a
la cámara, y se espera que la tablilla no oscile antes de
iniciar la medición. Se suelta la tablilla del electroimán,
Obtención de la fuerza de roce
Se realiza una sola medición y se obtiene la aceleración
promedio de la caída con el software VideoCom de la misma
manera que en la parte anterior de la experiencia. Adjunte
este gráfico de aceleración en el informe.
Analice las fuerzas que actúan en la caída de la tablilla
y obtenga el valor de la fuerza de roce de la tablilla debido
al aire. Recuerde usar criterios de cifras significativas.

Medición del tiempo de reacción
Utilizando una regla métrica se debe realizar un análisis
del tiempo de reacción de cada integrante del grupo de
laboratorio.
Se debe soltar la regla por un integrante del grupo y ser
atajada por la otra persona. Se mide la distancia que se
desplazó la regla y en base a estos datos se calcula el tiempo
de reacción con la ecuación:
en que d es la distancia recorrida, g la aceleración de
gravedad y t el tiempo de reacción.
Se repite el ejercicio 8 veces para cada integrante y se
genera una tabla de datos con los valores obtenidos. Se
expresa el valor del tiempo de reacción y su respectivo
error. Si estima que el error es considerable debe realizar
más mediciones para disminuir la desviación estándar.
Bibliografía

Sears, Zemansky, Young, Freedman. Física
Universitaria Volumen I Mecánica. Décimo primera
edición.

Serway. Física Tomo I. Cuarta edición.

Tipler. Física para la Ciencia y la Tecnología Volumen
1. Cuarta edición.

Tipler, Mosca. Física para la Ciencia y la Tecnología
Volumen 1. Quinta edición.

Resnick, Halliday, Krane. Física Volumen 1. Cuarta
Edición.

Giancoli. Física Principio con Aplicaciones. Sexta
edición.

Tippens. Física Conceptos y Aplicaciones. Sexta
edición.

http://www.metrologia.cl/medios/images/GRAVEDAD
_EN_CHILE.pdf