Leyes fundamentales de la caída libre

Caída libre y Velocidad Un objeto al dejarse caer comienza su caída muy lentamente, pero aumenta su velocidad constantemente, acelera con el tiempo. Su velocidad aumenta a una razón constante. La velocidad de un objeto que cae desde un lugar elevado aumenta cada segundo una cantidad constante.
Al comienzo   --  0 (cero) 
después de 1 segundo  --  g (m/seg) 
después de 2 segundos -- 2.g (m/seg) 
después de 3 segundos -- 3.g (m/seg)
después de t segundos --  t.g = g.t (m/seg)

La rapidez instantánea de un objeto que cae libremente desde el reposo es igual al producto de la aceleración por el tiempo de caída. En notación abreviada. 

Caída libre y distancia recorrida
La distancia que viaja un objeto uniformemente acelerado es proporcional al cuadrado del tiempo. Para el caso de un cuerpo en caída libre se expresa como:

Dónde:
y distancia recorrida o altura.
t tiempo de caída.

Así por ejemplo dos objetos de masas diferentes, que se dejan caer sobre una altura “y” llegan al suelo en el mismo tiempo.

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.

Hasta aquí se ha considerado objetos que se desplazan directamente hacia abajo por efecto de la gravedad.

Ahora bien, cuando se lanza un objeto hacia arriba se sigue moviendo en esa dirección durante cierto tiempo, al cabo del cual vuelve a bajar.

En el punto más elevado, cuando el objeto cambia su dirección de movimiento la rapidez instantánea es cero. Entonces empieza a moverse hacia abajo como si se hubiese dejado caer desde el reposo y a esa altura.

El término caída libre, es aplicado tanto al movimiento de descenso como de ascenso, sólo que para ascender es necesario proporcionarle al campo una velocidad inicial y al descender puede ser que la velocidad inicial es cero.

Convenciones de signos
Es muy importante llevar un control de los signos del desplazamiento, velocidad y aceleración, porque indican la dirección de tales cantidades.
Se debe ser muy cuidadoso en las aplicaciones que incluyen movimiento ascendente y descendente. Es indispensable decidir al inicio de la solución de los problemas de caída libre que dirección será positiva. La elección es arbitraria, pero una vez hecha en 
un problema particular, hay que conservarla a lo largo de él.

Ecuaciones del movimiento de caída libre.

Las ecuaciones del movimiento de un objeto que se mueve en dirección vertical bajo la acción de la fuerza de gravedad son las mismas del movimiento con aceleración constante, cambiando por , y  por 

Los símbolos en la ecuación tienen un significado específico:

Características conceptuales.
El uso de estas cuatro ecuaciones se puede ayudar con una comprensión apropiada de las características conceptuales del movimiento de objetos en caída libre.

Características Conceptuales

Caída Libre

1. Un objeto en caída libre experimenta una aceleración de - 9,8 m/seg2 ( negativo (-) indica una aceleración hacia abajo.)
2. Si un objeto se cae (en comparación con ser lanzado) de una cierta altura, la velocidad inicial del objeto es 0 m/seg.

3. La velocidad final ( ) después de viajar a la altura máxima será asignado un valor de 0 m/seg .

4. Si un objeto se proyecta hacia arriba en una dirección vertical, después la velocidad en la cual se proyecta es igual en magnitud y contrario a la velocidad que tiene cuando vuelve a la misma altura.

Ejemplo
Se deja caer un objeto desde la parte superior de una ventana que está a una altura de 8,52 m. Determinar el tiempo requerido para el objeto tocar el piso.

Solución
Primer paso: Construir un diagrama informativo de la situación física.
Segundo paso: Identificar la información conocida en forma de variable. En el ejemplo solamente hay un dato explícito: 8,52 m; el resto de información debe ser extraída de acuerdo al entendimiento de los principios de la caída libre. La distancia o altura (y) es –8,52 m. El signo negativo (-) indica el desplazamiento del objeto es hacia abajo. 
La velocidad inicial (Vo) puede deducirse como 0 m/seg .
La aceleración de la gravedad (g) se puede tomar como –9,8 m/seg2.
Tercer paso: Identificar la variable desconocida.

Cuarto paso: Determinar la ecuación que nos permite encontrar cantidad o magnitud desconocida.

Quinto paso: Sustituir los valores conocidos. Se resuelve la ecuación utilizando propiedades algebraicas para encontrar el resultado final

 

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