Caida Libre

CAIDA LIBRE

Objetivo

El alumno aplicara sus conocimientos en caída libre para determinar el valor de la aceleración gravitacional bajo las condiciones de la ciudad de Querétaro.

Analizara el valor obtenido, lo comparara con la constante de 9.81m/s2 y será capaz de explicar el porqué de las diferencias numéricas entre ambos valores.

Cuestionario de antecedentes conceptuales.

Explica brevemente en que consiste la caída libre

Cuando las cosas caen a causa de la fuerza de gravedad, y un objeto que cae es libre de toda restricción: sin fricción de aire o de cualquier otra especie, y cae bajo la sola influencia da la gravedad, ese objeto se encuentra en caída libre.

Definir gravedad, fricción, fuerza, masa y área de un cuerpo.

Gravedad: La gravedad es la fuerza de atracción que efectúa la masa de la Tierra sobre los cuerpos situados en el campo gravitatorio terrestre. Esta fuerza produce la caída de los cuerpos hacia la superficie terrestre con una aceleración independiente de la masa del cuerpo que cae, cuyo valor es g = 9,81 m/s2 y que se conoce por aceleración de la gravedad. Por el efecto de la gravedad tenemos la sensación del peso.

Fricción: cuando se aplica una fuerza a un objeto que se encuentran sobre una superficie, hay unan fuerza de fricción que suele reducir la fuerza neta y la aceleración que resulta. Se debe a la irregularidad en las superficies que están en contacto mutuo, y depende de los materiales y de cuanto se opriman entre sí.

La fricción no se restringe a solidos que se deslizan entre sí. También se presenta en líquidos y gases. La fricción en los fluidos se llama resistencia. En el aire, para movimientos con grandes rapideces, la resistencia es directamente proporcional al cuadrado de la rapidez.

Masa: la cantidad de materia en un objeto. También, la medida de la inercia o indolencia que muestra un objeto en respuesta a algún esfuerzo para ponerlo en movimiento detenerlo o cambiar de cualquier forma su estado de movimiento.

Área: se refiere a un espacio de tierra que se encuentra comprendido entre ciertos límites. En este sentido, un área es un espacio delimitado por determinadas características geográficas, zoológicas, económicas o de otro tipo.

Bajo qué condiciones se da el valor de 9.8m/s2 de la gravedad.

La gravedad es la fuerza gravitatoria específica que actúa sobre un cuerpo en el campo gravitatorio de otro.

Es la aceleración que sufre un cuerpo en caída libre sobre otro, en ausencia de la resistencia del aire, así un cuerpo que cae cerca de la superficie de la tierra, lo hace con la misma aceleración constante de 9.8 m/s2 sin importar su masa o peso.

La gravedad sobre la superficie de un planeta esférico viene dada por:

gsup= (GM / R2 )(ur)

gravedad=(peso/unidad de masa)

Dónde:

G= constante gravitacional

M=Masa del planeta

R=Radio del planeta

ur= Vector unitario (modulo 1) dirigido al centro del paneta.

¿en qué situaciones físicas la aceleración de la formula F=ma, está representada por la gravedad?

Todos los objetos son atraídos hacia la tierra. La fuerza de atracción que ejerce la Tierra sobre un objeto se llama fuerza gravitacional (Fg). Esta fuerza se dirige hacia el centro de la Tierra y su magnitud varía con la ubicación. La magnitud de la fuerza de gravedad se conoce como peso del objeto:

W= (m) X (g)

Ya se ha mencionado que un objeto en caída libre experimenta una aceleración (g) que actúa hacia el centro de la tierra.

Al aplicar la segunda ley de Newton ΣF= (m) X (a) a un objeto en caída libre de masa m, con a =g y ΣF=Fg se obtiene que:

Fg= (m) (g)

Puesto que depende de g, el peso varía con la ubicación geográfica. Dado que g disminuye a medida que crece la distancia al centro de la tierra, los objetos pesan menos a mayores altitudes que a nivel del mar.

¿Qué significa el término “velocidad terminal”?

Cuanto mayor es la rapidez de descenso, tanto más aumenta la resistencia, porque es necesario apartar más aire cada segundo. Por último se alcanza un equilibrio en el que ya no puede aumentar la rapidez. A esta rapidez se le lama velocidad terminal y depende de la forma, superficie y peso del objeto.

¿Por qué la tierra acelera un cuerpo que cae?

Debido a la gravedad, por ejemplo el agua de lluvia que escurre de un techo comienza su descenso en forma de una corriente continua que después se rompe y forma un roció de gotas. Esto porque las gotitas aceleran, y las que caen más tiempo se mueven con más rapidez, y se separan de las más lentas que van detrás.

¿Por qué el área de un cuerpo es directamente proporcional a la resistencia que opone al aire?

La resistencia del aire se da cuando un objeto en movimiento choca con moléculas de aire, por tanto, la fuerza de resistencia del aire que actúa sobre un objeto que cae depende de dos factores; en primer lugar, depende de su área frontal y de su forma (que determina el área del objeto que está expuesto a choques), esto es, de la cantidad de aire que debe hender en su caída; en segundo lugar de la rapidez del objeto que cae. Cuanto mayor sea el área de un objeto y cuanto más rápidamente se mueva, mayor será el número de moléculas de aire con las que chocará.

¿cita dos casos en los que valor de la gravedad se considera negativo?

Se acostumbra usar Y para representar la dirección vertical y considerar positivo hacia arriba. Dado que la aceleración debida a la gravedad siempre es hacia abajo, está en la dirección y negativa. Esta aceleración negativa, a=-g = -9.81m/s2.

Dos ejemplos serian:

Al revotar una pelota, esta va hacia arriba y abajo.

Al tirar una piedra hacia arriba.

Cuando se lanza un objeto en tiro vertical con una velocidad inicial de 20 m/s, ¿Cómo que velocidad caerá al punto de lanzamiento?¿por qué?

Un cuerpo lanzado hacia arriba tiene movimiento uniformemente retardado debido a la fuerza de gravedad, que finalmente lo detiene. Luego desciende con movimiento uniformemente acelerado a causa de la misma fuerza de gravedad.

¿Por qué en la fórmula de w=mg, si se utiliza el valor de 9.81m/s2?

La segunda ley de Newton indica que un cuerpo de masa m que cae libremente se obtiene F= (m) (a), debido que a=g (gravedad), y la fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo en caída libre se denomina peso del cuerpo, entonces se tiene que: W= (m) (g).

Material

Cronometro

Dos objetos de diferente forma y masa, por ejemplo; una bola de algodón y un pedazo de papel de forma cuadrada de 20X20cm.

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