Caída Libre

Como la mayoría de nosotros sabemos, caída libre, se denomina  al movimiento que se debe exclusivamente  a la influencia de la gravedad.

Necesariamente todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida hacia abajo a la cual se le da un valor dependiendo del lugar donde se encuentren. Aquí en la tierra, este valor es de 9.8 m/s². Un punto importante es que en la caída libre no se tiene en cuenta la resistencia del aire.

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.

Valores aproximados de gravedad en el sistema solar

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

Leyes fundamentales de la Caída Libre: a)Todo cuerpo que cae libremente tiene una trayectoria vertical b) La caída de los cuerpos es un movimiento uniformemente acelerado c)Todos los cuerpos caen con la misma aceleración.

EJEMPLOS:

Supongamos que un sujeto tira una canica por la ventana

Todo cuerpo que cae con la fuerza de la gravedad es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Por eso este sujeto tiene razón. 

 Aquí tenemos la caída de un objeto “x” pero si ponemos el objeto de forma horizontal tenemos:

 Es así como obtenemos un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.  Es decir que un problema de caída libre no se diferencia para nada de un problema de MRUA. Es más, la caída libre esun MRUA. Para resolver los problemas de caída libre o tiro vertical puedo aplicar los mismos razonamientos y las mismas ecuaciones que en MRUV. Todo lo mismo. La única diferencia es que antes todo pasaba en un eje horizontal. Ahora todo pasa en un eje vertical. Lo demás es igual.

Historia

¿Quién fue el que descubrió esto?

Fue el célebre italiano Galileo Galilei quien rebatió la  concepción de Aristóteles al afirmar que, en ausencia  de resistencia de aire, todos los objetos caen con una  misma aceleración uniforme. Pero Galileo no disponía  de medios para crear un vacío succionando el aire.  Las primeras máquinas neumáticas capaces de hacer  vacío se inventaron después, hacia el año 1650.  Tampoco disponía de relojes suficientemente exactos  o de cámaras fotográficas de alta velocidad. Sin  embargo, ingeniosamente probó su hipótesis usando  planos inclinados, con lo que conseguía un movimiento más lento, el que podía medir con los rudimentarios  relojes de su época. Al incrementar de manera gradual  la pendiente del plano dedujo conclusiones acerca de  objetos que caían libre mente.  

En el año 1971 un astronauta realizó en la Luna, donde  no existe atmósfera, el experimento de soltar desde  una misma altura y simultáneamente un martillo y una  pluma. Ambos objetos hicieron contacto con la superficie lunar al mismo tiempo.

Tiro Vertical

Tiro vertical

El tiro vertical en pocas palabras es igual a la caída libre pero en este caso la gravedad se opone al movimiento inicial del objeto, por lo tanto para los problemas de tiro vertical en la aceleración se utiliza – 9.8 m/s². Este movimiento sigue siendo un rectilíneo uniformemente acelerado. 

El tiro vertical comprende subida, bajada de los cuerpos u objetos y se  consideran los siguientes puntos:

·         ☻Nunca la velocidad inicial es igual a 0. 

·       ☻Cuando el objeto  alcanza su altura máxima, su velocidad en este punto es 0. Mientras que el objeto se encuentra se subida el signo de la V es positivo; la V es 0 a su altura máxima cuando comienza a descender su velocidad será negativa 

·      ☻ Si el objeto tarda por ejemplo 2s en alcanzar su altura máxima tardará 2s en regresar a la posición original, por lo tanto el tiempo que permaneció en el aire el objeto es de 4s. 

·      ☻ Para la misma posición del lanzamiento la velocidad de subida es igual a la velocidad de bajada.

Ecuación para resolver problemas

Caída libre y tiro vertical

S = V * T

S =  Vf+ Vo  x T                              2

Vf = Vo+ A x T

A = Vf - Vo    T

S = Vo * T + ½ A * T2

2AS = Vf2 – Vo2

Problema #1: Tiro Vertical

Solución del ejercicio n° 1 de Tiro vertical:

Problema n° 1) Se lanza un cuerpo verticalmente hacia abajo con una velocidad inicial de 7 m/s.

a) ¿Cuál será su velocidad luego de haber descendido 3 s?.

b) ¿Qué distancia habrá descendido en esos 3 s?.

c) ¿Cuál será su velocidad después de haber descendido 14 m?.

d) Si el cuerpo se lanzó desde una altura de 200 m, ¿en cuánto tiempo alcanzará el suelo?.

e) ¿Con qué velocidad lo hará?.

Usar g = 10 m/s ².

Desarrollo

Datos:

v₀ = 7 m/s

t = 3 s

y = 200 m

h = 14 m

Ecuaciones:

(1) v_f = v₀ + g.t

(2) y = v₀.t + g.t ²/2

(3) v_f ² - v₀ ² = 2.g.h

a) De la ecuación (1):

v_f = (7 m/s) + (10 m/s ²).(3 s)
v_f = 37 m/s

b) De la ecuación (2):

Δh = (7 m/s).(3 s) + (10 m/s ²).(3 s) ²/2
Δ h = 66 m

c) De la ecuación (3):

v_f = 18,14 m/s

d) De la ecuación (2):

0 = v₀.t + g.t ²/2 - y

Aplicamos la ecuación cuadrática que dará dos resultados:

t₁ = 5,66 s

t₂ = -7,06 s (NO ES SOLUCION)

e) De la ecuación (3):

v_f = 63,63 m/s