Estudio De Caida Libre

“Estudio de la caída libre y el efecto de la fuerza de roce del aire sobre 3 cuerpos distintos, determinando cuando deja de ser caída libre y sacando las velocidades limites mediante un sensor Pasco”

Resumen:

En el siguiente laboratorio se estudio la caída libre y el efecto de la fuerza de roce del aire sobre 3 cuerpos distintos: Una pelota de básquet, una pelota de plástico y un cono de material ligero. Para esto ocupamos un sensor Pasco, el cual nos dio los datos necesarios para sacar las velocidades límites de estos objetos, las cuales dieron:

4,2924 [m/s] ± 0,0001 [m/s]; 3,088 [m/s] ± 0.002 [m/s] y () respectivamente.

También se determinó que el momento en que deja de ser caída libre es cuando la fuerza de roce iguala al peso efectivo, lo que ocurre cuando el cuerpo alcanza la velocidad limite, momento en el cual la aceleración se hace nula.

Introducción:

La caída libre es algo muy relevante e importante en la rama de la física, pero a pesar de eso es algo que comúnmente se confunde con algo cotidiano, con la caída de un objeto o cuerpo, pero es importante dejar en claro que muchas veces en la vida real no nos encontramos con caída libre verdaderamente, la caída libre en física es un movimiento uniformemente acelerado donde el cambio de la velocidad es el mismo en cada intervalo, y por lo tanto la aceleración es constante. Fue Galileo Galilei quien dio una definición clara de este efecto, afirmando que la aceleración de gravedad actuará de igual forma en cada uno de los cuerpos, independiente de la masa, dando en la tierra un valor aproximado de 9,81 m/s^2 .

Es importante manejar las ecuaciones itinerario de caída libre, esto a una altura determinada y con movimiento hacia el centro de la tierra, en donde para posición, velocidad y aceleración se utilizan las siguientes formulas:

y(t)=y_0+v_0 t-1/2 gt^2 (1.0)

v(t)=v_0-gt (1.1)

a(t)=-g (1.2)

Sin embargo, la presencia de aire genera fuerzas contrarias, como el empuje del aire y la fuerza de roce por lo que las ecuaciones cambian.

Para obtener las velocidades limites, se hará uso de diferentes ecuaciones; para el caso de caída libre:

F ⃗=ma ⃗ (1.3)

Donde F es la fuerza, m la masa y a la aceleración.

Despejando se obtiene: F ⃗/m=a ⃗

Sabiendo que F es el peso: (g ⃗m)/m=a ⃗

g es la gravedad

g ⃗=a ⃗ (1.4)

Sin embargo, cuando las alturas son muy elevadas, o el objeto presenta una superficie poco esférica, se tiene que tomar en cuenta la resistencia fluido dinámica, quedando como fórmula:

...