Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Instituto de Ingeniería y Tecnología Laboratorio de Física Física II y Dinámica Práctica 2 Caída libre de cuerpos I. Introducción. Es un hecho observado repetidamente que todos los cuerpos tienden a caer sobre la superficie terrestre. Este fenómeno se debe a la atracción que la tierra ejerce sobre los cuerpos próximos a su superficie y que recibe el nombre de gravedad. Esto es sólo un caso particular de una propiedad general de la materia denominada gravitación universal. La naturaleza de este movimiento fue descubierta hace poco más de 300 años por el físico italiano Galileo. Galileo dijo: “Dos o más cuerpos, en ausencia de la fricción del aire, caerán exactamente con la misma velocidad y aceleración, no importando cual masa sea mayor”. Las ecuaciones de movimiento para un objeto que cae libremente despreciando la perdida de energía debida a la fricción del aire son: 𝑔= 𝑣𝑓 − 𝑣𝑜 𝑡𝑓 − 𝑡𝑜 𝑣𝑓2 = 𝑣𝑜2 + 2𝑔𝑦 1 𝑦 = 𝑣𝑜 𝑡 + 2 𝑔𝑡 2 II. (1) (2) (3) Material/ Equipo. Aparato de caída libre (ME-9889). 1 soporte universal. 1 regla 1 Pelota plástica de 10 cm de diámetro de 40 g 1 Pelota amarilla de nylon de 2.5 cm de diámetro de 10 g 1 Balín de acero inoxidable de 2.5 cm de diámetro de 70 g 1 Balín de acero inoxidable de 1.6 cm de diámetro de 16 g Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física II y Dinámica 1 III. Procedimiento. Fig. 1. Montaje experimental del aparato de caída libre. 1. Para empezar a obtener los datos del tiempo de caída, en el software Pasco Capstone debes de tener una ventana abierta lista para obtener los datos del tiempo. El encargado del laboratorio te explicará el funcionamiento del software. a) Coloca la pelota grande (40g) en el imán de la caja de caída (drop box). En la ventana del software Capstone pon el cursor en el botón rojo (RECORD) y aprieta el botón verde de tu timer para poder visualizar el tiempo de caída. Repite el procedimiento por lo menos dos veces más y anota los datos que obtuviste. Repite el procedimiento para los balines y la pelota amarilla. Mide la altura de caída para cada objeto (mide con el metro la altura desde la superficie de la base negra hasta la base del objeto) Objeto Altura (m) Tiempo de caída 1 Tiempo de caída 2 Tiempo de caída 3 Pelota Plástica Pelota Amarilla Balín grande Balín pequeño Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física II y Dinámica 2 2. Contesta lo que se pide enseguida. b) Tiempo real de caída de la pelota plástica (promedia los tres ensayos):__________ c) Tiempo real de caída de la pelota amarilla (promedia los tres ensayos):___________ d) Tiempo real de caída del balín grande (promedia los tres ensayos):_____________ e) Tiempo real de caída del balín pequeño (promedia los tres ensayos):____________ f) Compara los tiempos anteriores. ¿Cómo son?______________________________ g) ¿A qué atribuyes lo encontrado en el inciso anterior? h) ¿Lo que has encontrado, hasta aquí, producto de esta experimentación, coincide con lo que esperabas? Explica: 3. a) Empleando las ecuaciones generales de movimiento, responde: ¿Cuál es la rapidez máxima alcanzada por cada uno de los objetos que dejaste caer? ( toma la constante gravitacional que conoces 10 m/s2) Objeto 𝑣𝑓 (m/s) Pelota Plástica Pelota Amarilla Balín grande Balín pequeño b) ¿Cuál es la aceleración de los objetos que dejaste caer? (utiliza la ecuación 3 para obtenerla) Objeto Pelota Plástica g (m/s2) Pelota Amarilla Balín grande Balín pequeño Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física II y Dinámica 3 c) ¿Cuál es la rapidez máxima alcanzada por cada uno de los objetos que dejaste caer tomando en cuenta la constante de la aceleración gravitacional que obtuviste en el inciso anterior? Objeto 𝑣𝑓 (m/s) Pelota Plástica Pelota Amarilla Balín grande Balín pequeño d) ¿Qué puedes concluir acerca de la rapidez máxima alcanzada con la aceleración de la gravedad que ya conocías con respecto a la aceleración de la gravedad que obtuviste? 4. Dos objetos de distintas masas son arrojados desde una misma altura como se muestra en la figura 2. Fig. 2 Esquema para posicionar los objetos a una misma altura Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física II y Dinámica 4 Predice ¿Será mayor que, menor que o igual el tiempo de caída de la pelota plástica grande comparado con el tiempo de caída del balín grande? Experimentación Para corroborar tu predicción, modifica la posición de la caja de caída como se muestra en la figura 2 para que la base de los objetos se encuentre a la misma altura. Trabaja esta actividad únicamente con la pelota plástica grande y el balín grande. En la tabla anota la altura y el tiempo de caída. Objeto Altura (m) Tiempo de caída Pelota Plástica Balín grande ¿Cómo son los tiempos de caída para ambos objetos? ¿A qué crees que se debe esto? Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Laboratorio de Física Física II y Dinámica 5
