Formulas fisicas caida libre
Fórmula del movimiento de un proyectil
Empezamos considerando un objeto que se deja caer desde una altura. Su velocidad inicial es cero. Dejaremos que el movimiento hacia abajo defina la dirección positiva. Empezamos con la fórmula de la distancia y observamos que la velocidad en esa ecuación es la velocidad media. Date cuenta de que la velocidad media de un objeto que cae (con aceleración constante) es sólo la velocidad final más la inicial, dividida por 2:
Esta animación es una simulación de 3 segundos de caída libre, en la que un objeto que cae recorre unos 44 metros. Las líneas horizontales están colocadas a intervalos de 0,1 segundos. La distancia vertical entre cada línea y la línea superior (el inicio de la caída libre) escala como el cuadrado del tiempo transcurrido.
Observe que la aceleración constante hacia abajo no tiene nada de especial. Podríamos utilizar fácilmente la ecuación de caída libre para una aceleración constante en sentido horizontal. Por ejemplo, para responder a la pregunta, ¿qué distancia recorre una ciclista si acelera desde el reposo a una velocidad de 2 m-s-2 durante 1 minuto? ... podríamos simplemente utilizar la ecuación de caída libre, sustituyendo 2 m-s-2 por g=9,8 m-s-2.
Resistencia del aire caída libre
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Conjunto de ecuaciones que describen las trayectorias de objetos sometidos a una fuerza gravitatoria constante en condiciones normales terrestres. Suponiendo constante la aceleración g debida a la gravedad terrestre, la ley de la gravitación universal de Newton se simplifica a F = mg, donde F es la fuerza ejercida sobre una masa m por el campo gravitatorio terrestre de intensidad g. Suponer constante g es razonable para objetos que caen a la Tierra en distancias verticales relativamente cortas de nuestra experiencia cotidiana, pero no es válido para distancias mayores implicadas en el cálculo de efectos más lejanos, como las trayectorias de naves espaciales.
Galileo fue el primero en demostrar y formular estas ecuaciones. Utilizó una rampa para estudiar las bolas rodantes; la rampa ralentizaba la aceleración lo suficiente como para medir el tiempo que tardaba la bola en rodar una distancia conocida[1][2] Midió el tiempo transcurrido con un reloj de agua, utilizando una "balanza extremadamente precisa" para medir la cantidad de agua[nota 1].
Ejercicios de física
Una aplicación interesante de la Ecuación 3.3.2 a la Ecuación 3.5.22 es la llamada caída libre, que describe el movimiento de un objeto que cae en un campo gravitatorio, como cerca de la superficie de la Tierra o de otros objetos celestes de tamaño planetario. Supongamos que el cuerpo cae en línea recta perpendicular a la superficie, por lo que su movimiento es unidimensional. Por ejemplo, podemos estimar la profundidad de un pozo vertical dejando caer una piedra en su interior y esperando a que toque el fondo. Pero "caer", en el contexto de la caída libre, no implica necesariamente que el cuerpo se desplace de una altura mayor a una altura menor. Si se lanza una pelota hacia arriba, las ecuaciones de la caída libre se aplican tanto a su ascenso como a su descenso.
El hecho más notable e inesperado sobre la caída de objetos es que si la resistencia del aire y la fricción son despreciables, entonces en un lugar dado todos los objetos caen hacia el centro de la Tierra con la misma aceleración constante, independientemente de su masa. Este hecho, determinado experimentalmente, es inesperado porque estamos tan acostumbrados a los efectos de la resistencia del aire y la fricción que esperamos que los objetos ligeros caigan más despacio que los pesados. Hasta que Galileo Galilei (1564-1642) demostró lo contrario, la gente creía que un objeto más pesado tenía una mayor aceleración en caída libre. Ahora sabemos que no es así. En ausencia de resistencia del aire, los objetos pesados llegan al suelo al mismo tiempo que los más ligeros cuando se dejan caer desde la misma altura Figura \(\PageIndex{1}\).
Simulador de caída libre
Cuando un objeto cae, su velocidad aumenta porque la gravedad tira de él. La aceleración de la gravedad cerca de la Tierra es g = -9,81 m/s^2. Para averiguar la rapidez (o velocidad) de algo después de cierto tiempo, basta con multiplicar la aceleración de la gravedad por el tiempo transcurrido desde que se soltó. Así se obtiene: velocidad = -9,81 m/s^2 * tiempo, o V = gt. El signo negativo sólo significa que el objeto se mueve hacia abajo. Si fuera positivo, se estaría moviendo hacia arriba. Para la velocidad en lugar de la rapidez, basta con eliminar el signo negativo.
Si tienes una velocidad inicial (si lanzas la pelota hacia arriba o hacia abajo en lugar de soltarla), también tienes que incluirla en la ecuación: V = Vo + gt, donde Vo es la velocidad inicial del objeto. Esta ecuación seguirá funcionando si lanzas la pelota hacia un lado, en lugar de hacia arriba o hacia abajo, salvo que sólo te dará la velocidad arriba-abajo, no la velocidad total. (Y el número que debes usar para Vo sigue siendo sólo la velocidad arriba-abajo con la que comienza el objeto).