Caída de los cuerpos
¿Se ha dado cuenta que cuando una bola cae desde una cierta altura, se mueve con velocidad creciente?
Este en un ejemplo de movimiento uniformemente acelerado, ya estudiado por el filósofo, matemático, físico, astrónomo e ingeniero italiano Galileo Galilei desde 1638. (https://fisica1011tutor.blogspot.com/2019/06/galileo-galilei.html).
Galileo encontró que, si se supone que la resistencia del aire es despreciable, lo
cual se puede aceptarse para cuerpos pequeños compactos que caen distancias
pequeñas encima de la superficie de la Tierra, digamos menores que 100 metros,
entonces la aceleración que experimentan es constante, independiente
de su masa.
Eso es los que se llama "caída libre".
La magnitud de esa aceleración es el conocido valor promedio de 9,8 metros/segundo cada segundo, dirigido hacia abajo.
Así que para calcular la velocidad que adquiere una bola que usted deja caer (velocidad inicial cero), simplemente multiplique 9,8 m/s2 por el número de segundos transcurridos, siempre que este tiempo no sobrepase el valor requerido para que el cuerpo llegue al suelo.
Pero si usted lanza la bola verticalmente hacia abajo, entonces a los valores determinados por las multiplicaciones anteriores súmele el valor de esta velocidad inicial.
Si la caída del cuerpo ocurre en otro planeta, solo sustituya 9,8 m/s2, por el
valor local de la aceleración de la gravedad en dicho planeta. En la Luna los objetos caen más lentamente
que en la Tierra, porque la gravedad lunar es menor ().
Si pudiésemos estar
en la capa nubosa superior de Júpiter, veríamos que los cuerpos aceleran unas
2,5 veces más rápido, ya que la aceleración de la gravedad en ese planeta
gigante es 24,8 m/s2.
Ahora bien, suponga
que usted logra lanzar la bola verticalmente hacia arriba, con una cierta
velocidad inicial por ejemplo 49,2 m/s.
Como la aceleración de la gravedad es
siempre vertical hacia abajo, entonces por ser de dirección opuesta a la
velocidad inicial, va ¡restando! 9,8 m/s cada segundo.
Llegará un momento en
que la aceleración ha restado todo el valor inicial de la velocidad y entonces
ésta toma el valor cero (¡por un instante!) y la bola se detiene (¡ni sube ni
baja), ha alcanzado la altura máxima.
Pero en un instante posterior lógicamente comenzará a descender partiendo con
una velocidad cero y entonces de nuevo usted puede aplicar lo que ya conoce
para el movimiento descendente.
Le dejo de tarea probar que, bajo las condiciones de rozamiento con el aire, supuestamente despreciables, la bola regresa al suelo con la misma rapidez con que fue lanzada y tarda el mismo tiempo en descender desde la altura máxima, que el que tomó para subir hasta allí.
Pero la velocidad no
es la misma, ahora su dirección obviamente es hacia abajo.
Galileo también encontró que, bajo las condiciones anteriores, no importa si el cuerpo va hacia abajo o hacia arriba, la distancia recorrida es proporcional a la segunda potencia del tiempo transcurrido (distancia ∝ t2).
Quizás razonó de la
siguiente manera:
Calculó una rapidez promedio entre el valor inicial (cero) y el valor final (g
t), cuyo resultado es (0 + g t) ÷ 2 = g t/ 2
Y para calcular la
distancia recorrida simplemente multiplicó este valor promedio de la rapidez
por el tiempo trascurrido:
Esto no es una caída
libre, su análisis es más complejo.
Tampoco lo llame un salto al vacío, porque
no lo es. El concepto de vacío, como ausencia de partículas solo se puede
aproximar en el espacio interplanetario, interestelar, o en el interior de un
recipiente conectado a una eficiente bomba de vacío, que haya extraído la gran
mayoría de la partícula del aire que estaban inicialmente adentro.
Proyectiles.
Me refiero al
movimiento como el de una bola de béisbol en “home run”, o a una fútbol en
“saque del portero”.
Un proyectil
es un objeto no autopropulsado, al contrario, de lo que es un misil, o un
cohete.
Si la fuerza de
fricción con el aire se considera despreciable, la trayectoria del proyectil es una un segmento de parábola, porque el proyectil describe ese tipo de curva.
Si usted ha visto un proyectil en vuelo habrá notado que:
- Es afectado por la fuerza de gravedad.
- Sube hasta una altura máxima y luego empieza a caer (¡no verticalmente!).
- Tiene un máximo alcance cuando el ángulo con que se lanza es muy cercano a los 45° (lanzadores de jabalina, disco y bala lo saben).
- Tarda el mismo tiempo en llegar a la parte más alta que en descender desde allí.
Con métodos de análisis (simple fotografía en cámara lenta), se verifica que:
- “horizontalmente” avanza con velocidad constante y ]
- “verticalmente” se comporta
como un objeto en “caída libre”.
Esto es, si vemos su sombra en el suelo (los físicos dirían la componente ”x” del movimiento,) observaríamos que es con rapidez constante
Si vemos la sombra proyectada sobre una pared vertical (la componente “y”), observaríamos que
se mueve “exactamente” como un objeto en caída libre (vertical hacia arriba y luego hacia abajo). En la partes de descenso:
(o si quiere conviene en que tenga un signo negativo).
(medida
hacia abajo desde el punto más alto).
No hay comentarios.:
Publicar un comentario