colegio cooperativo canapronort

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TALLER GUIA No. 3.4
DECIMO GRADO.
AREA: CIENCIAS NATURALES Y EDUCACIÓN AMBIENTAL.
ASIGNATURA: FÍSICA.
UNIDAD No. 3.
NOMBRE: CAIDA LIBRE.
OBJETIVO: Desarrollar la capacidad de comprensión mediante la traducción, interpretación y
extrapolación de conceptos relacionados con el estudio de la Cinemática en una y dos dimensiones.
ESTANDARES DE DESEMPEÑO.
DESARROLLO INTELECTUAL.
 Posee la capacidad para definir los movimientos uniforme, uniformemente acelerado y caída libre.
 Es capaz de identificar cada uno de los movimientos en el planteamiento de ejercicios aplicados a la
vida diaria.
 Posee la capacidad para explicar las características de cada movimiento en el despeje de ecuaciones.
 Posee la capacidad para interpretar los movimientos con velocidad relativa, movimientos
semiparabólico, parabólico y circular correspondientes a la Cinemática en dos dimensiones.
DESARROLLO PSICOMOTOR.
 Organiza por separado las gráficas correspondientes a cada movimiento de la Cinemática en una y
dos dimensiones.
 Demuestra por medio de ejemplos la importancia de la Cinemática en la vida diaria.
 Ordena las ecuaciones para el desarrollo de ejercicios planteados en talleres complementarios.
DESARROLLO AFECTIVO.
 Se interesa por realizar gráficas de espacio-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo para el
movimiento uniformemente acelerado.
 Respeta la opinión ajena de sus compañeros al desarrollar ejercicios sobre Cinemática.
DESARROLLO VOLITIVO.
 Se esfuerza por la participación en clase e investigación personal de problemas relacionados con la
Cinemática.
 Se motiva al desarrollar ejercicios relacionados con la Cinemática aplicando las ecuaciones
correspondientes.
DESARROLLO ESPIRITUAL.
 Interioriza la importancia de la Cinemática como rama de aplicación en el estudio de la Física.
 Colabora con el desarrollo de ejercicios en el tablero como orientación hacia sus compañeros.
ORIENTACIÓN DIDÁCTICA.
 Responde los interrogantes planteados en la evaluación inicial.
 Lee detenidamente la formación intelectual.
 Comprende la solución de cada ejercicio planteado en la formación intelectual con respecto a cada
movimiento de la Cinemática.
 Desarrolla la formación psicomotríz en tu cuaderno de actividades.
 Responde la auto evaluación final.
EVALUACIÓN INICIAL.
 ¿Qué idea tienes sobre movimiento vertical?
 ¿Cómo se define la gravedad?
 ¿Cuáles son las características del movimiento vertical?
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CAIDA LIBRE Y MOVIMIENTO VERTICAL HACIA ARRIBA.
Analiza el siguiente razonamiento:
“Una piedra con determinada velocidad bajo la acción de su propia fuerza de gravedad. Si se coloca sobre
ella otra piedra igual, a la que se encuentra arriba empujará a la de abajo y como resultado la velocidad de la
de abajo aumentará”.
Todos los cuerpos sin importar su naturaleza, tamaño o forma caen de igual manera en el vacío. Ganan la
misma cantidad de velocidad en un intervalo de tiempo dado.
CARACTERÍSTICAS DEL MOVIMIENTO DE CAÍDA LIBRE
Para identificar el tipo de movimiento que posee un cuerpo en caída libre el científico italiano Galileo
Galilei, realizó esta experiencia.
Desde la parte superior de un plano, dejó caer diferentes esferas y observó que en todas ellas la velocidad se
incrementada uniformemente en intervalos iguales de tiempo. Galileo varió la inclinación del plano y
observó que a medida que éste se hacía mayor, el incremento de la velocidad era mayor, pero aún el
movimiento era uniformemente acelerado.
Cuando el plano inclinado se hace completamente vertical el movimiento de la esfera es en caída libre, por lo
tanto éste último movimiento es uniformemente acelerado.
Como hemos visto, todos los cuerpos en caída libre lo hacen de igual manera y por lo tanto con la misma
aceleración. A esta aceleración de caída se le denomina “aceleración de la gravedad” y se denota por g. Su
valor es aproximadamente 9.8 m/s2 ó 980 cm/s2 al nivel del mar, lo cual significa que un cuerpo que se deja
caer libremente aumenta su velocidad en 9.8 m/s ó 980 cm/s cada segundo de caída.
ECUACIONES DE CAÍDA LIBRE
Como el movimiento de caída libre es un caso particular del movimiento uniformemente acelerado, sus
ecuaciones son idénticas. Lo único que se debe cambiar es que el valor de la aceleración “a” siempre va a
ser la gravedad “g” y en lugar de considerar el desplazamiento en “x” lo haremos en “y”.
Como el desplazamiento “y”, las velocidades Vi, Vf y la aceleración “g” son magnitudes de carácter
vectorial se debe hacer un convenio para el empleo de los signos. El más sencillo es el siguiente: vectores
que van dirigidos hacia arriba son positivos y vectores dirigidos hacia abajo, son negativos.
Otro criterio para utilizar las ecuaciones de caída libre consiste en considerar el movimiento hacia abajo con
aceleración gravitacional positivo ( g = 9.8 m/s2) y el movimiento hacia arriba con aceleración gravitacional
negativa ( g = -9.8 m/s2), ya que el cuerpo se va deteniendo a medida que asciende.
Entonces: La gravedad g hacia arriba ↑ es negativa (-) y gravedad g hacia abajo ↓ es positiva (+)
Y = V1.t + ½ g t2
y  vi . t  ½ g t 2
V22 = (V1)2 + 2g y
v 2f  vi2  2 g y
V2 = V1 + g.t
v f  vi  g t
EJEMPLO 1.
Desde una torre se deja caer una piedra que tarda 6 segundos en llegar al suelo. Calcular la velocidad con
que llega y la altura de la torre.
Datos:
Incógnita:
Vi = 0m/s
g = 9,8 m/s2
t = 6s
Vf = ?
Y =?
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Solución:
Vf = ?
Y =?
La velocidad con que llega la piedra al
suelo la calculamos con la expresión:
Se calcula la altura de la torre por medio de
la ecuación:
Y = Vi.t + ½ gt2
Vf = Vi + g.t
Vf = (0 m/s) + (9,8 m/s2)*(6s)
Vf = 0 m/s + 58,8 m/s
Y = (0 m/s) * (6 s) + ½ (9,8 m/s2) (6 s)2
Y = 0 m + ½ (9,8 m/s2) (36 s2)
Y = 0 m + ½ * 352,8 m
Y = 176 ,4 m
Vf = 58,8 m/s
EJEMPLO 2.
Se lanza una piedra verticalmente hacia arriba con velocidad de 9 m/s. Calcular:
a. El tiempo de subida de la piedra:
b. La altura máxima que alcanza.
Datos:
Incógnita:
Vi = 9 m/s
g = - 9,8 m/s2
Vf = 0 m/s
t = ?
Y =?
Solución:
t =?
Y =?
Cuando la piedra llega a la altura máxima,
su velocidad es cero Vf = 0 m/s. Por lo
tanto, el tiempo de subida lo calculamos
con la expresión:
Para calcular la altura máxima alcanzada
por la piedra, utilizamos la expresión:
Vf = Vi + g.t
De donde despejando t se obtiene:
Vf - Vi = g.t
Vf - Vi
 t
g
Se reemplazan los datos:
t
t
Vf 2 = Vi2 – 2gY
De donde al despejar Y se obtiene:
2gY = Vi2 – Vf 2
Vi2 - Vf2
Y
2g
Se reemplazan los datos:
2
2

0 m/s  - 9 m/s 
Y
2 * - 9,8 m/s 2 
0 m/s  9 m / s 
 9,8 m / s 2
 9 m/s
 9,8 m / s 2
t  0,918367346s
Por consiguiente:
t  0,92 s
Y
0 m 2 /s 2 - 81 m 2 /s 2
- 19,6 m/s 2
- 81 m 2 /s 2
Y
- 19,6 m/s 2
Y  4,132653061 m
Por lo tanto se obtiene: Y = 4,13 m
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FORMACION PSICOMOTRIZ.
DESARROLLO INTELECTUAL.
1. Si se lanza un cuerpo verticalmente hacia arriba, ¿Cuáles son su velocidad inicial y aceleración cuando
alcanza su altura máxima? ¿Cuál es su aceleración precisamente antes de chocar contra el piso?
2. Describe la trayectoria que percibirá una persona que observa cada uno de los siguientes movimientos
situados en el marco de referencia dado:
1. La caída de un objeto de un avión si el observados está:
Situado en el aire.
Situado en el suelo.
2. El desplazamiento de un gusano que se arrastra hacia el exterior de un disco
Fonográfico en dirección radial si el observador está:
Situado en el centro del disco.
Situado encima del disco.
Situado en el punto de llegada.
3. La caída de una piedra si el observador está:
Situada en el suelo.
Si está cayendo.
DESARROLLO PSICOMOTOR.
1. Una bomba que se deja caer libremente desde un avión, tarda 10 segundos en dar en el blanco. ¿A qué
altura volaba el avión?
2.
 Un objeto es lanzado verticalmente hacia arriba. Cuando alcanza la mitad de la altura máxima, su
velocidad es de 24 m/s.
a. ¿Qué altura máxima alcanza?
b. ¿Qué tiempo tarda en alcanzarla?
c. ¿Con qué velocidad se lanzó?
d. ¿Qué tiempo tarda en alcanzar una velocidad de 24 m/s?
 Por una llave de la ducha cae una gota de agua cada segundo. En el instante en que va a caer la cuarta
gota, ¿ qué distancia separa la primera de la segunda gota? ¿Qué velocidad posee la tercera gota?
 Una persona lanza verticalmente hacia arriba un objeto de masa m y lo recoge cuando vuelve al punto de
partida; sabiendo que la altura que alcanza dicho objeto es 48 m:
a. ¿Cuánto tiempo tardó en alcanzar la altura máxima?
b. ¿Con qué velocidad se lanzó el objeto?
c. ¿Cuánto tiempo estuvo el objeto en el aire?