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Caída libre Formulas

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Caída libre
Física I
Resumen
Para esta práctica de laboratorio sobre caída libre, el soporte de caída libre medirá el
tiempo de caída de las esferas de acero de diferentes tamaños y masas. Usando un metro
y un soporte universal para medir la altura de la esfera de acero para posteriormente
dejarle caer y tomar datos. Para la obtención de datos se realizaron mediciones de
tiempos de caída a diferentes alturas para así establecer el valor experimental de la
gravedad y su respectivo porcentaje de error.
Abstract
For this free fall laboratory practice, the free fall adapter will measure the decay time of
steel spheres of different sizes and masses. Using a meter and a universal support to
measure the height of the steel sphere to later drop and take data. To obtain data,
measurements of decay times were made at different heights in order to establish the
experimental value of the severity and its respective error rate.
MARCO TEORICO
INTRODUCCIÓN
En cinemática, la caída libre es un movimiento de un cuerpo donde solamente influye la
gravedad. En este movimiento no se aprecia el rozamiento del cuerpo con el aire, es
decir, se estudia el vacío. El movimiento de la caída libre es un movimiento
uniformemente acelerado. La aceleración instantánea es independiente de la masa del
cuerpo, es decir, si dejamos caer un coche y una pulga, ambos cuerpos tendrán la misma
aceleración, que coincide con la aceleración de la gravedad (g).
Se verifica que si el cuerpo se encuentra cerca de la superficie de la tierra (alturas
pequeñas comparadas con el radio de la tierra Rtierra= 6400km) la aceleración de la
gravedad se puede considerar constante y su valor aproximado es:
g= 9.8 m/s^2
Este movimiento se puede considerar un caso particular del MRUV donde la
aceleración constante (la aceleración de la gravedad g se aproxima a:
g= 10 m/s^2
Un objeto en caída libre es un objeto que está cayendo bajo la única influencia de la
gravedad. Se dice que cualquier objeto sobre el que se actúa sobre la fuerza de la
gravedad se encuentra en estado de caída libre . Hay dos características de movimiento
importantes que son verdaderas de los objetos en caída libre:

Los objetos en caída libre no encuentran resistencia al aire.

Todos los objetos en caída libre (en la Tierra) aceleran hacia abajo a una velocidad
de 9.8 m / s / s (a menudo se aproximan a 10 m / s / s para los cálculos de la
parte posterior del sobre )Debido a que los objetos en caída libre se
aceleran hacia abajo a una velocidad de 9.8 m / s / s, un diagrama de
puntos de su movimiento representaría una aceleración. El diagrama
de puntos a la derecha muestra la aceleración de un objeto en caída
libre. Se muestra la posición del objeto en intervalos de tiempo
regulares, es decir, cada 0,1 segundos. El hecho de que la distancia
que recorre el objeto en cada intervalo de tiempo esté aumentando es
una señal segura de que la bola se está acelerando a medida que cae
hacia abajo. Recuerde, que, si un objeto se desplaza hacia abajo y se
acelera, entonces su aceleración es hacia abajo.
La aceleración a la que se ve sometido un cuerpo en caída libre es tan importante en la
Física que recibe el nombre especial de aceleración de la gravedad y se representa
mediante la letra g.
Lugar
g (m/s²)
Mercurio
2.8
Venus
8.9
Tierra
9.8
Marte
3.7
Júpiter
22.9
Saturno
9.1
Urano
7.8
Neptuno
11.0
Luna
1.6
Hemos dicho antes que la aceleración de un cuerpo en caída libre dependía del lugar en
el que se encontrara. A la izquierda tienes algunos valores aproximados de g en
diferentes lugares de nuestro Sistema Solar.
Para hacer más cómodos los cálculos de clase solemos utilizar para la aceleración de la
gravedad en la Tierra el valor aproximado de 10 m/s² en lugar de 9.8 m/s², que sería más
correcto.
tiempo (s)
0 1 2 3 4
5
6
7
posición (m) 0 -5 -20 -45 -80 -125 -180 -245
Ahora es un buen momento para repasar las páginas que se refieren a la interpretación
de las gráficas e-t y v-t y recordar lo que hemos aprendido sobre ellas.
Ya hemos visto que las gráficas posición- tiempo y velocidad- tiempo pueden
proporcionarnos mucha información sobre las características de un movimiento.
Para la caída libre, la gráfica posición
tiempo tiene la siguiente apariencia:
Recuerda que en las gráficas posicióntiempo, una curva indicaba la existencia de
aceleración.
La pendiente cada vez más negativa nos
indica que la velocidad del cuerpo es cada
vez más negativa, es decir cada vez mayor
pero dirigida hacia abajo. Esto significa que
el movimiento se va haciendo más rápido a medida que transcurre el tiempo.
Observa la gráfica v-t de la derecha que
corresponde a un movimiento de caída libre.
Su forma recta nos indica que la aceleración es
constante, es decir que la variación de la
velocidad en intervalos regulares de tiempo es
constante.
tiempo (s) 0 1
2
3
4
5
velocidad (m/s) 0 -9.8 -19.6 -29.4 -39.2 -49
La pendiente negativa nos indica que la aceleración es negativa. En la tabla anterior
podemos ver que la variación de la velocidad a intervalos de un segundo es siempre la
misma (-9.8 m/s). Esto quiere decir que la aceleración para cualquiera de los intervalos
de tiempo es:
g = -9.8 m/s / 1s = -9.8 m/s/s = -9.8 m/s2
PROCEDIMIENTO
MATERIALES
-Equipo de caída libre con contador digital.
-Esferas de acero de diferentes masas.
- Soporte
-Metro
-Canastilla de recepción
PROCEDIMIENTO
1. Ya contando con el equipo debidamente montado, se procede a encender el
contador digital.
2. Se revisa que el electroimán coincida verticalmente con la goma de la placa de
contacto.
3. Se debe poner la esfera en el electroimán de la siguiente manera:
4. Se deja caer la esfera de acero oprimiendo el botón que hay en la parte inferior
del soporte cerca a la canastilla de recepción.
5. Oprimir el botón hasta que el balín golpee la placa y el reloj se detenga. Si
el dispositivo está bien armado el electroimán soltará al balín, el cual caerá y se
activará el cronómetro. El cronómetro se detendrá cuando el balín golpee la
placa de contacto.
6.
7.
8. Anotar el tiempo indicado en el cronómetro en la tabla asignada y repetir el paso
anterior hasta que la tabla esté completada.
RESULTADOS
90
75
60
45
30
15
0
PROMEDIOS 𝑡(𝑠)
0,435
0,394
0,353
0,305
0,249
0,174
0
GRAFICAS
Regresión cuadrática
𝑡(𝑠)2
0,189
0,155
0,124
0,093
0,062
0,030
0
Regresión lineal
PORCENTAJE DE ERROR
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
𝑔 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 − 𝑔 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
∗ 100
𝑔 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎
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