CLASE CAÍDA LIBRE Por Maria Camila Mosquera Wagner Objetivos: ● Comprender el concepto físico de caída libre ● Manejo de las ecuaciones relacionadas a la caída libre ● Identificar el comportamiento de movimiento de un cuerpo que realiza caída libre, y las aplicaciones de la caída libre en el mundo real. ● Comprender la relación de la caída libre con el movimiento uniformemente acelerado. Conceptos que deben quedar claros para lograr la comprensión del tema: ● Aceleración. ● Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. ● Caída libre. Clase: ¿Algune ha escuchado la historia sobre que Isaac Newton descubrió la gravedad cuando estaba sentado debajo de un árbol y le cayó una manzana en la cabeza? Definición: La caída libre, es un movimiento que se debe a la acción de la gravedad. Los cuerpos que experimentan caída libre presentan una aceleración hacia abajo, cuyo valor depende del lugar en el que se encuentre, en la Tierra el valor es de aproximadamente 9.8 m/s2, lo que significa que un cuerpo que cae libremente aumenta su velocidad (hacia abajo) en 9.8 m/s cada segundo. La aceleración por la gravedad se representa con la letra g. Un cuerpo que se deja caer en el vacío, se desplaza en línea recta vertical con una aceleración constante, o gravedad, hace que la velocidad aumente uniformemente en el transcurso de su caída. Es por esto que el Movimiento Rectilíneo Uniforme tiene semejanza con el movimiento de caída libre, pues tiene la misma velocidad constante. El cuerpo al dejarse caer aumenta su aceleración atraída por la gravedad, con una velocidad uniforme. En situaciones ideales de caída libre, se supone que no existe resistencia del aire. Los experimentos de Galileo demostraron que bajo esas condiciones, todos los cuerpos que caen están sometidos a la misma aceleración constante, hacia abajo. Hablemos ahora de la caída libre en nuestra vida cotidiana: El ejemplo más claro de la aplicación de la caída libre en la vida cotidiana es el movimiento que realiza un ascensor. Otro ejemplo, es la caída de un balón a nuestras manos, cuando se nos cae un plato desde una mesa o cuando cae una bomba desde un avión. ¿Cuáles son las ecuaciones de la caída libre? La caída libre de los cuerpos y el tiro ascendente son movimientos rectilíneos uniformemente variados, sus ecuaciones son las mismas del M.R.U.V., donde la aceleración es la de la gravedad (g). 𝑦 = 𝑦0 + 𝑣0𝑡 + 1 2 2 𝑎𝑡 con 𝑎 = 𝑐𝑡𝑒 𝑣 = 𝑣0 + 𝑎𝑡 Sistema de referencia: Entonces, 𝑣0 = 0; 𝑦0 = 𝐻 y 𝑎 =− 𝑔. Entonces, las ecuaciones anteriores quedan así: 𝑦=𝐻− 1 2 2 𝑔𝑡 𝑣 =− 𝑔𝑡 Donde: ● ● ● ● ● ● y: Posición final del cuerpo (m) v: Velocidad final del cuerpo (m/s) a: Aceleración del cuerpo durante el movimiento (m/s2). t: Intervalo de tiempo durante el cual se produce el movimiento (s) H: Altura desde la que se deja caer el cuerpo (m) g: Aceleración de la gravedad que, como se mencionó anteriormente en la superficie terrestre se considera igual a 9.8 m/s2 ¿Notaste que la masa no hace parte de las ecuaciones? El sentido común nos dice que un cuerpo pesado, por ejemplo, un martillo, debería caer a mayor velocidad que un cuerpo ligero, como una pluma. Pero en realidad no es así. El hecho es que si la pluma y el martillo estuvieran en el vacío, ambos caerían a igual velocidad. Cuando no están en el vacío y el aire se encuentra ofreciendo resistencia a estos cuerpos, su efecto es más evidente sobre la pluma, que llegará al suelo más tarde. Por último pero no menos importante, hagamos un ejemplo aplicando estas ecuaciones: Ejemplo: Un vaso de agua situado al borde de una mesa cae hacia el suelo desde una altura de 1.5 m. Considerando que la gravedad es de 9,8 m/s2, calcular: a) El tiempo que está el vaso en el aire. b) La velocidad con la que impacta en el suelo. Solución: 𝐻 = 1, 5 𝑚 Cuando llegue al suelo 𝑦 = 0 𝑚 𝑔 = 9, 8 𝑚/𝑠 2 a) Aplicamos la ecuación de caída libre despejando el tiempo para cuando el vaso está en la posición 𝑦 = 0 𝑚: 𝑦=𝐻− 1 2 2 𝑔𝑡 Despejando t: 𝑡= −2*(𝑦−𝐻) 𝑔 −2*(0−1,5) 9,8 = ⇒ 𝑡= 3 9,8 ⇒ 𝑡 = 0, 55 𝑠 b) Conocido el tiempo que tarda en caer al suelo, se aplica la ecuación de velocidad para este tiempo: 2 𝑣 =− 𝑔𝑡 =− 9, 8 𝑚/𝑠 * 0, 55 𝑠 ⇒ 𝑣 = 5, 39 𝑚/𝑠 ℎ𝑎𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 Ahora practica tú realizando este ejercicio: Un cuerpo cae libremente desde el reposo durante 6 segundos hasta llegar al suelo. Calcular la distancia que ha recorrido y la altura desde donde se soltó.
