Caida libre


*Se le llama caída libre al movimiento que se debe únicamente a la influencia de la gravedad.
  • Todos los cuerpos con este tipo de movimiento tienen una aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. En la Tierra este valor es de aproximadamente 9,8 m/s², es decir que los cuerpos dejados en caída libre aumentan su velocidad (hacia abajo) en 9,8 m/s cada segundo .
  • 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.
Lugar
g (m/s²)

Hemos dicho antes que la aceleración de un cuerpo en caída libre dependía del lugar en el que se encontrara. A la izquierda tienes algunos valores aproximados de g en diferentes lugares de nuestro Sistema Solar.
Para hacer más cómodos los cálculos de clase solemos utilizar para la aceleración de la gravedad en la Tierra el valor aproximado de 10 m/s² en lugar de 9,8 m/s², que sería más correcto.
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
En el gráfico y en la tabla se puede ver la posición de un cuerpo en caída libre a intervalos regulares de 1 segundo.
Para realizar los cálculos se ha utilizado el valor g = 10 m/s².
Observa que la distancia recorrida en cada intervalo es cada vez mayor y eso es un signo inequívoco de que la velocidad va aumentando hacia abajo.
tiempo (s)
0
1
2
3
4
5
6
7
posición (m)
0
-5
-20
-45
-80
-125
-180
-245
Ahora es un buen momento para repasar las páginas que se refieren a la interpretación de las gráficas e-t y v-t y recordar lo que hemos aprendido sobre ellas.
Ya hemos visto que las gráficas posición-tiempo y velocidad-tiempo pueden proporcionarnos mucha información sobre las características de un movimiento.
Para la caída libre, la gráfica posición tiempo tiene la siguiente apariencia:
Recuerda que en las gráficas posición-tiempo, una curva indicaba la existencia de aceleración.
La pendiente cada vez más negativa nos indica que la velocidad del cuerpo es cada vez más negativa, es decir cada vez mayor pero dirigida hacia abajo. Esto significa que el movimiento se va haciendo más rápido a medida que transcurre el tiempo.


Observa la gráfica v-t de la derecha que corresponde a un movimiento de caída libre.
Su forma recta nos indica que la aceleración es constante, es decir que la variación de la velocidad en intervalos regulares de tiempo es constante.

tiempo (s)
0
1
2
3
4
5
velocidad (m/s)
0
-10
-20
-30
-40
-50

La pendiente negativa nos indica que la aceleración es negativa. En la tabla anterior podemos ver que la variación de la velocidad a intervalos de un segundo es siempre la misma (-10 m/s). Esto quiere decir que la aceleración para cualquiera de los intervalos de tiempo es:
g = -10 m/s / 1s = -10 m/s/s = -10 m/s²

Formulas :
Vf= Vo +gt
Vf2= Vo2 +2gh
h= Vo t + g t2 /2
caida_libre.gif


Ecuaciones para la caída libre
Recuerda las ecuaciones generales del movimiento:
e = vo·t + ½·a·t²
vf = vo + a·t

Podemos adaptar estas ecuaciones para el movimiento de caída libre. Si suponemos que dejamos caer un cuerpo (en lugar de lanzarlo), entonces su velocidad inicial será cero y por tanto el primer sumando de cada una de las ecuaciones anteriores también será cero, y podemos eliminarlos:

e = ½·a·t²
vf = a·t

Por otro lado, en una caída libre la posición que ocupa el cuerpo en un instante es precisamente su altura h en ese momento.
Como hemos quedado en llamar g a la aceleración que experimenta un cuerpo en caída libre, podemos expresar las ecuaciones así:
h = ½·g·t²
vf = g·t

caida_libre.jpg

Ejemplos:
1) Se deja caer una pelota desde la parte alta de un edificio, si tarda 3s en llegar al piso ¿Cuál es la altura del edificio? ¿Con qué velocidad se impacta contra el piso?
a) Xf = 0 + 0 . 3s + 4,9m/s² . 3²s²
Xf = 44,1m

b) Vf = 0 + 9,8m/s² . 3s
Vf = 29,4m/s
imagesCAJFH5RF.jpg

2) Se deja caer una pelota desde una altura de 20 m.
a) ¿Cuánto tarda en llegar al suelo?
b) ¿Con qué velocidad llega?.

a) 20m = 0 + 0 . t + 4,9m/s² . t²
t = 4,08s
b) Vf = 0 + 9,8m/s² . 4,08s
Vf = 39,98m/s

imagesCASKC4QA.jpg


3) Si dejamos caer un objeto desde 50 m de altura:
a) ¿Cuál será su posición y la velocidad a los 3s de haberlo soltado?.


a) 50m = Xi + 4,9m/s² . 9s²
50m - 44,1m = Xi
5,9m = Xi

Vf = 0 + 9,8m/s² . 3s
Vf = 29,4m/s
imagesCA2RLKM3.jpg


Todo cuerpo que cae libremente al vacío su aceleración será de 9.8 m/s2, siempre y cuando inicie con una velocidad igual a cero.

Para calcular la distancia y la velocidad en este tipo de movimiento se utilizan las siguientes fórmulas,
d o h = m
v= m/s
h=d=vit + 172gt2
v= vi + gt
t= s
g= 9.8 m/s2
v2= v2i + 2gd

imagesCA9GUOHI.jpg

PROBLEMA DE CAÍDA LIBRE:

Desde un avión fue arrojado un cuerpo con una velocidad de 3.5 mIs, calcular el tiempo y la velocidad que alcanzó al caer 0.8 km.

Primero se calcula la velocidad con la siguiente fórmula.

v2 = v 2i+ 2 gd = (3.5m/s)2 + 2(9.8m/s2)(800m)

v = raí z 15,698.25 m2/s2 = 125.29 m/s

Ahora calculamos el tiempo.
v = vi + gt

t= v-vi / g = 125.29 m/s - 3.5 m/s / 9.8 m/s2= 12.42 s
images.jpg