2.5: Objetos de caída libre

objetivos de aprendizaje

• Resolver problemas básicos relacionados con la caída libre y distinguirla de otros tipos de movimiento

El movimiento de los objetos que caen es el ejemplo más simple y común de movimiento con velocidad cambiante. Si una moneda y un trozo de papel se dejan caer simultáneamente uno al lado del otro, el papel tarda mucho más en golpear el suelo. Sin embargo, si arruga el papel en una bola compacta y vuelve a dejar caer los artículos, parecerá que tanto la moneda como el papel golpearon el piso simultáneamente. Esto se debe a que la cantidad de fuerza que actúa sobre un objeto es función no sólo de su masa, sino también de su área. La caída libre es el movimiento de un cuerpo donde su peso es la única fuerza que actúa sobre un objeto.

Caída Libre: Este clip muestra un objeto en caída libre.

Galileo también observó este fenómeno y se dio cuenta de que no estaba de acuerdo con el principio Aristóteles de que los artículos más pesados caen más rápidamente. Galileo planteó entonces la hipótesis de que existe una fuerza ascendente ejercida por el aire además de la fuerza descendente de la gravedad. Si la resistencia del aire y la fricción son insignificantes, entonces en una ubicación determinada (porque la gravedad cambia con la ubicación), todos los objetos caen hacia el centro de la Tierra con la misma aceleración constante, independiente de su masa, esa aceleración constante es la gravedad. La resistencia del aire se opone al movimiento de un objeto a través del aire, mientras que la fricción se opone al movimiento entre los objetos y el medio por el que se desplazan. La aceleración de los objetos de caída libre se conoce como la aceleración debida a la gravedad gg. Como dijimos anteriormente, la gravedad varía dependiendo de la ubicación y altitud en la Tierra (o cualquier otro planeta), pero la aceleración promedio debida a la gravedad en la Tierra es de 9.8\(\mathrm{\frac{m}{s^2}}\). Este valor también se expresa frecuentemente como una aceleración negativa en los cálculos matemáticos debido a la dirección descendente de la gravedad.

La mejor manera de ver las características básicas del movimiento que involucra la gravedad es comenzar considerando el movimiento recto hacia arriba y hacia abajo sin resistencia al aire ni fricción. Esto significa que si se deja caer el objeto, sabemos que la velocidad inicial es cero. Una vez que el objeto está en movimiento, el objeto está en caída libre. En estas circunstancias, el movimiento es unidimensional y tiene aceleración constante, gg. Las ecuaciones cinemáticas para los objetos que experimentan caída libre son:

\[\begin{align} \mathrm{v} & \mathrm{=v_0−gt} \\ \mathrm{y} & \mathrm{=y_0+v_0t−\frac{1}{2}gt^2} \\ \mathrm{v^2} & \mathrm{=v^2_0−2g(y−y_0),} \end{align}\]

dónde\(\mathrm{v=velocity, g=gravity, t=time,}\) y\(\mathrm{y=vertical \; displacement}\).

Video\(\PageIndex{1}\): Movimiento de caída libre - Describe cómo calcular el tiempo para que un objeto caiga si se le da la altura y la altura que cayó un objeto si se le da el tiempo para caer.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\):

Algunos ejemplos de objetos que están en caída libre incluyen:

• Una nave espacial en órbita continua. La caída libre terminaría una vez que se encendieran los dispositivos de propulsión.
• Una piedra cayó por un pozo vacío.
• Un objeto, en movimiento de proyectil, en su descenso.

Puntos Clave

• A la aceleración de los objetos que caen libremente se le llama la aceleración debida a la gravedad, ya que los objetos son arrastrados hacia el centro de la tierra.
• La aceleración debida a la gravedad es constante en la superficie de la Tierra y tiene el valor de 9.80\(\mathrm{\frac{m}{s^2}}\).

Glosario

Aceleración

La cantidad por la que una velocidad o velocidad cambia dentro de un cierto período de tiempo (y así una cantidad escalar o una cantidad vectorial).

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