LA CAIDA LIBRE Amiguitos, un cuerpo tiene una caída libre si desciende sobre la superficie de la Tierra y no sufre ninguna resistencia originada por el aire. De manera práctica cuando la resistencia del aire sobre los cuerpos es tan pequeña que se puede despreciar es posible interpretar su movimiento como una caída libre. Para cualquiera de nosotros es muy común observar la caída de los cuerpos sobre la superficie de la Tierra, pero, ¿nos hemos puesto a pensar en el tiempo que tardan en caer dos cuerpos de diferentes tamaños desde una misma altura y de manera simultanea? Demos respuesta a esta interrogante experimentando con una hoja de papel y un cuaderno. Observemos que la hoja de papel cae mas despacio y con un movimiento irregular, mientras la caída del cuaderno es vertical y es el primero en llegar al suelo. Ahora, hagamos una bolita con la hoja de papel comprimiéndola con las manos y dejémosla caer en forma simultánea con el cuaderno, el resultado será que ambos cuerpos caen verticalmente y al mismo tiempo, porque al comprimir la hora de papel casi hemos eliminado los efectos de la resistencia del aire. Cuando en un tubo al vacío se dejan caer simultáneamente una pluma de ave, una piedra, una moneda y un pedazo de metal, su caída será vertical y al mismo tiempo, independientemente de su tamaño y peso, por tanto, su movimiento es en caída libre. Aunque al caer al suelo, un cuerpo sufre los efectos de la resistencia del aire, por lo general son despreciables y los consideramos como si fueran en caída libre. LA CAÍDA LIBRE ES UN MOVIMIENTO VARIADO El italiano Galileo Galilei (1564 – 1642) fue el primero en afirmar y demostrar que todos los cuerpos en caída libre sufren cambios en el valor de su velocidad de manera uniforme, debido a la presencia de una aceleración que sería la misma para todos si el medio fuera el vacío. El inglés Robert Boyle, 30 años después de la muerte de galileo, confirmó la hipótesis de que “en el vacío todos los cuerpos caen con la misma aceleración”, utilizando para ello la bomba de vacío. La caída libre es la aceleración constante que experimenta un cuerpo hacia el centro del planeta debido a la fuerza de atracción que la tierra ejerce sobre él. La aceleración con la que caen los cuerpos es conocida con el nombre de aceleración de la gravedad, y su valor es prácticamente constante para un mismo lugar a poca altura. Entonces, si permitimos que un cuerpo caiga en el vacío, de modo que la resistencia del aire no afecte su movimiento, encontraremos un hecho notable: todos los cuerpos independientemente de su tamaño, forma o masa, caen con la misma aceleración en la misma región cerca a la superficie de la Tierra. VALORES DE LA ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD (g) El valor de la aceleración de la gravedad (g) es propia para cuerpos celeste. En el caso particular de la Tierra, ésta tiene un valor estándar de 9,81 m/s2 aproximadamente, aunque a decir verdad, tiene distintos valores en torno a aquel, para cada punto de la superficie terrestre. Por ejemplo: En el polo : 9,83 m/s2 A 45° Latitud Norte : 9,805 m/s2 En el Ecuador : 9,78 m/s2 En Lima-Perú : 9,8 m/s2 MOVIMIENTOS VERTICALES Los movimientos verticales pueden ser de dos tipos: v a) Hacia abajo: el movimiento es acelerado. 3 v b) Hacia arriba: el movimiento es retardado. c) Hacia abajo: gravedad positiva. d) Hacia arriba: gravedad negativa. e) Observando la figura diremos que: v1 = v5 v2 = v4 + g t s 2 v t v 4 1 v b g v3 = 0 (altura máxima) ts = tiempo de subida tb = tiempo de bajada ts = tb La aceleración de la gravedad es una magnitud vectorial cuyo sentido está dirigido hacia el centro de la Tierra. Se sabe que los vectores dirigidos hacia arriba son positivos y los dirigidos hacia abajo son negativos; entonces, puesto que la aceleración de la gravedad está dirigida hacia abajo, pero por cuestiones prácticas para la resolución de problemas y/o ejercicios se considerará con signo positivo y cuando el movimiento es hacia arriba se considerará con signo negativo. Se considera como caída libre los siguientes casos: Cuando el cuerpo se deja caer. En este caso parte con velocidad inicial igual a cero, es decir parte del reposo. Cuando el cuerpo es lanzado hacia abajo. En este caso parte con una velocidad inicial. Cuando el cuerpo es lanzado hacia arriba. En este caso parte necesariamente con velocidad, si no el cuerpo no sube. ACTIVIDADES En tu cuaderno de actividades desarrolla correctamente las siguientes preguntas: 1. Elabora una ficha biográfica de Galileo Galilei. 2. ¿Qué trató demostrar Galileo Galilei? 3. Ilustra la caída libre. 4. Cuando se deja caer un cuerpo, su velocidad inicial es igual a ______. 5. Escribe V (Verdadero) o F (Falso) donde corresponda: ( ) El tiempo de subida es diferente al tiempo de bajada. ( ) El valor de la aceleración de la gravedad varía de acuerdo a la ubicación geográfica. ( ) En el vacío todos los cuerpos caen al mismo tiempo y con la misma velocidad. ( ) El signo del valor de la gravedad cuando sube, es positiva. 6. Investiga: ¿Por qué la aceleración de la gravedad depende de la latitud? 7. ¿Por qué al soltar una hoja de papel y una piedra, el papel cae después de la piedra? 8. Relaciona correctamente: A) Altura máxima. ( ) Robert Boyle. B) Gravedad negativa. ( ) En el vacío. C) Una pluma y una piedra caen al mismo tiempo. ( ) Velocidad final igual a cero. D) Confirmó la hipótesis de Galileo. ( ) Movimiento hacia arriba. 9. Deja caer a la vez desde una ventana dos cuerpos con la misma forma, uno con el doble de masa que el otro. Por ejemplo 1 Kg. de piedras y otro de 2 Kg. ¿Cómo llegaran al suelo? A) Los dos a la vez B) Primero el más pesado C) El que tenga menos masa 10. Si dejamos caer una esponja de 1, 2 y 3 metros, el tiempo de la esponja en caer al piso en los tres casos será: A) Iguales B) A mayor altura mayor tiempo C) A menor altura mayor tiempo. 11. La aceleración de la gravedad es una magnitud: A) Escalar B) Colineal C) Vectorial D) Nula 12. El sentido que tiene la magnitud de la aceleración de la gravedad se dirige hacia el ____ de la Tierra. A) Sur B) Centro C) Norte D) Este E) No se sabe 13. Si un cuerpo demoró 10 s en subir hasta su máxima altura, para bajar empleó ___ s. 14. La aceleración de la gravedad es menor en __________ y mayor en ___________. A) Los polos; el Ecuador B) El Ecuador; los polos C) Lima; Ecuador 101
