Guía de Estudio Caida Libre

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN U.E. “TALENTO DEPORTIVO” ACARIGUA- PORTUGUESA GUÍA DE ESTUDIO DE CAÍDA LIBRE FÍSICA 4 TO AÑO PROFESORA: BETZY MENDOZA

Caída libre:

Es un movimiento de un cuerpo dónde solamente influye la gravedad. En este movimiento se desprecia el rozamiento del cuerpo con el aire, es decir, se estudia en el vacío. El movimiento de la caída libre es un movimiento uniformemente acelerado. La aceleración instantánea es independiente de la masa del cuerpo. La caída libre es un desplazamiento que se efectúa en una sola dirección que corresponde al eje vertical, es decir, al eje “Y” La única fuerza que influye en la caída libre (recordamos que se desprecia el rozamiento con el aire) es el peso, que es igual al producto entre la masa del cuerpo y la constante gravitatoria g.

De acuerdo a la segunda ley de Newton sabemos que la fuerza es igual al producto entre la masa del cuerpo y la aceleración.

Como la caída libre de un cuerpo es un caso de movimiento con aceleración constante, es decir, un movimiento acelerado, la velocidad no será constante, por lo que irá cambiando a medida que transcurra el tiempo.

Si la caída libre se realiza en la Tierra, la aceleración será la gravedad terrestre, cuyo valor tomaremos igual a 9,8 m/s2. La aceleración de la gravedad

La aceleración de la gravedad es un vector que apunta siempre verticalmente hacia abajo, es decir, es negativa. La caída libre de los cuerpos fue estudiada a través de los años por diferentes científicos los cuales buscaban a través de sus investigaciones identificar todas las causas que este producía, de estos estudios fueron saliendo distintas hipótesis como la de Galileo.

Se puede definir la caída libre así:

La caída libre de un cuerpo es el movimiento en dirección vertical adquirido por él, cuando se deja caer en el vacío.

Fue Galileo quien comprobó que: 

Todos los cuerpos que caen en el vacío se desplazan con aceleración constante, lo que hace que su velocidad aumente en la medida que aumenta la distancia recorrida. Esta aceleración, llamada aceleración de gravedad (g), tiene un valor constante para cada lugar, puesto que depende de la latitud y de la altura sobre el nivel del mar. Además, tiene dirección vertical y sentido hacia abajo.



Su movimiento es uniformemente acelerado.

La razón por la cual el valor de g depende de la latitud y de la altura sobre el nivel del mar, hace que los cuerpos cambien de peso al pasar de un lugar a otro. El máximo valor de la gravedad en la Tierra se alcanza en los polos y va disminuyendo a medida que nos acercamos al ecuador. La aceleración de gravedad suele designarse con la letra (g) por ser un valor constante y su valor al nivel del mar y latitud 45º es: g= -9,8 m/seg2 Para simplificar los cálculos, algunas veces usamos 10 m/seg2. El signo negativo significa que por ser una aceleración tiene carácter vectorial y como consecuencia estará dirigido hacia el centro de la Tierra, o sea, en el sentido negativo del eje (y).

Para los efectos de problemas, haremos las siguientes consideraciones: 

Cuando el movimiento es hacia abajo, seleccionaremos el eje (y) dirigido hacia abajo y el signo de g es positivo.



Cuando el movimiento es hacia arriba, seleccionaremos el eje (y) hacia arriba y el valor de g es negativo.

COMPARACION DE FORMULAS: MOVIMIENTO HORIZONTAL Vf = a.t

CAIDA LIBRE

X= a.t2 2 2 Vf =2.a.X

Y= G. T2 2 2 Vf = 2.g.Y

Vf= g.t

PROBLEMA RESUELTO: Un Señor está parado a 20 m de altura. Calcular qué tiempo tarda y con qué velocidad toca el suelo una piedra el individuo: a)- La deja caer. b)- La tira para abajo con V0 = 10 m/s. Hago un esquema de lo que pasa. Tengo el tipo arriba de la terraza que tira la piedra:

Voy al caso a) donde el tipo deja caer la piedra. Elijo mi sistema de referencia y marco v0 y g con su signo. En este caso Vo vale cero porque la piedra se deja caer.

Reemplazo por los valores. Voy a calcular todo con g = 10 m/s2 . Las ecuaciones del movimiento quedan así:

El tiempo que la piedra tarda en caer lo despejo de la 1ª ecuación. Cuando la piedra toca el suelo su posición es y = 0. Entonces en la primera ecuación reemplazo y por cero. Me queda :

Reemplazando este tiempo en la segunda ecuación tengo la velocidad con que toca el piso :

El signo negativo de Vf me indica que la velocidad va en sentido contrario al eje y. Siempre conviene aclarar esto. b) - La tira para abajo con V0 = 10 m/s. Tomo el mismo sistema de referencia que tomé antes. Eje Y positivo vertical hacia arriba. Ahora la velocidad inicial es (-) porque va al revés del eje Y. ( Atento ).

Igual que antes, cuando la piedra toca el suelo, y = 0. Entonces:

Esto es una ecuación cuadrática. Fijate que te marqué los valores de a, b y c. Entonces reemplazo los valores de a, b y c en la fórmula de la ecuación cuadrática.

Taché la 1ª solución porque tiempos negativos no tienen sentido físico. Ahora voy a reemplazar este tiempo de 1,236 segundos en la otra ecuación que es Vf = Vo + g t y calculo la velocidad final. ( = al tocar el piso ). Me queda :