CAIDA LIBRE Juan Martín Correa Miranda, Dayana Segrid Marriaga Lozano, Silvana Liley Vergara Blanco, Carlos Pájaro Fernández, Diego Segura Bermúdez. RESUMEN El movimiento de caída libre es un movimiento en el cual se maneja una aceleración constante, es decir, es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado; durante la práctica de laboratorio se pudo demostrar que esta aceleración no varía cambiando la masa de los objetos que caen, ya que dicha aceleración es misma fuerza de gravedad. Para éste laboratorio se necesitó un montaje que consistió en unos sensores instalados en una barra vertical, en cuya base se iban a detener las esferas con las que se trabajó. Los tiempos obtenidos con las esferas de diferentes masas fueron muy parecidos, esto nos permite demostrar la masa poco influye en la velocidad de los objetos que caen libremente, esto debido a lo dicho anteriormente (la aceleración constante).
INTRODUCCIÓN Se le llama caída libre al movimiento que
Y (t) = Yo + Vot - 1/2 gt2
se debe únicamente a la influencia de la
V (t) =Vo - gt
gravedad. Todos los cuerpos con este tipo
de
movimiento
tienen
una
aceleración dirigida hacia abajo cuyo valor depende del lugar en el que se encuentren. En la Tierra este valor es de aproximadamente 9,8 m/s², es decir que
Donde Yo= Altura inicial, Vo= Velocidad inicial g= Gravedad t= Tiempo MATERIALES
los cuerpos dejados en caída libre
☼ Barrera óptica compacta (5)
aumentan su velocidad (hacia abajo) en
☼ Contador 4-4 (1)
9,8
m/s
cada
segundo.
.
En la caída libre no se tiene en cuenta la
☼ Regla 1000 mm (1)
resistencia del aire. La aceleración a la
☼ Esfera
que se ve sometido un cuerpo en caída libre es tan importante en la Física que recibe el nombre especial de aceleración de la gravedad y se representa mediante la letra g. (1) Las ecuaciones que describen el movimiento de un cuerpo en caída libre están dada por
MONTAJE
Y0=o cm 1t 2t 3t T T2
Y1=15cm 0.151 o.151 0.151 0.151 0.022
Y2=32cm 0.224 0.224 0.230 0.226 0.052
Y3=46cm 0.082 0.289 0.281 0.284 0.080
Y4=59cm 0.323 0.324 0.322 0.323 0.104
Tabla 1. Esfera De Cristal PROCEDIMIENTO Tomamos la distancia que hay entre cada uno de los sensores con la regla de 1000 mm, luego dejamos caer la esfera en forma vertical a través de los sensores para así activarlos. Procedemos a anotar los tiempos registrados en el cual atraviesa nuestra partícula por cada uno de los sensores. Este procedimiento lo realizamos en repetidas ocasiones y por último hallamos el tiempo promedio.
Y0=o cm 1t 2t 3t T T2
Y1=15cm 0.146 o.15º 0.151 0.149 0.022
Y2=32cm 0.219 0.223 0.224 0.222 0.049
Y3=46cm 0.277 0.282 0.281 0.281 0.078
Y4=59cm 0.323 0.325 0.327 0.325 0.1056
Tabla 2. Esfera De Hierro
DIAGRAMA DEL PROCEDIMIENTO ANALISIS DE RESULTADOS. Con la regla de 1000 mm
La esfera en forma vertical
MEDIR
SOLTAR
REPETIR
Proceso 3 veces RESULTADOS
La distancia que hay entre cada uno de los sensores A través de los sensores para activarlos
Según los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio se puede decir que en el movimiento de caída libre poco infiere la masa de un objeto para determinar el tiempo en que recorre una distancia determinada, esto es debido a que la aceleración que presenta es la misma fuerza de gravedad Fg≈ 9,8 m/s2 y es por esto que las velocidades de esos objetos son muy parecidas lo cual se hizo evidente al comparar los tiempos que tardaron en llegar al suelo la esfera de caucho y la esfera de cristal. De acuerdo a la grafica 1 que muestra la relación existente entre la altura y el tiempo que experimenta la esfera al caer libremente hasta el suelo podemos decir
que la práctica se realizó con un rango de certeza apropiado debido a que los resultados obtenidos se ajustan a lo esperado. CUESTIONARIO
3.) ¿Qué relación existe entre la distancia recorrida y el tiempo? RTA/: La relación que existe entre la distancia recorrida y el tiempo transcurrido es la velocidad.
1.) ¿Depende el tiempo de caída de un cuerpo de su peso? Explique su respuesta.
4.) Realice la gráfica de altura (h) en función del tiempo al cuadrado (t2) ¿qué tipo de grafica obtiene?
RTA/: No depende; Puesto que en nuestra practica de laboratorio pudimos evaluar y comparar el tiempo que tarda en recorrer cierta distancia dos esferas que tenían masas diferentes y el tiempo que experimentaron ambas fue muy parecido, tenían una mínima diferencia.
RTA/: La grafica que se obtiene es una línea casi recta.
Altura vs Tiempo2 800
Altura
600
200
2.) Realice la gráfica de altura (h) en función del tiempo (t) ¿qué tipo de grafica obtiene? RTA/: El tipo de gráfica que se obtiene es una parábola.
Altura vs tiempo 800
400
0 0
0.05
0.1
0.15
Tiempo (s2)
Grafica 2. Altura Vs Tiempo2 h(mm) 0
148
294
t(s2)
0,019
0,044 0,076 0,106
0
436
644
Altura (mm)
600 400
5.) Halle la pendiente de la gráfica (h) en función del tiempo al cuadrado (t2) ¿Qué unidades posee?
200 0 0
0.1
-200 y = 1889.1x - 56.036 R² = 0.9331
0.2
0.3
0.4
ESFERA DE CRITAL
Tiempo (s)
Grafica 1. Altura Vs Tiempo h(mm) 0 t(s)
148
294
436
RTA/: Las unidades que posee son m/s2.
644
0 0,140 0,210 0,277 0,327
= -5.66 m/s2
m=
= -5.41 m/s2
m=
ESFERA HIERRO
m=
=-6.30m/s
2
= -4.71m/s2
m=
6.) Halle es la ecuación que relaciona las variables h y t RTA/: hf =hi+vi-1/2at2 hf =altura final, hi =altura inicial a = aceleración t2= tiempo al cuadrado Y=1/2(vf-vi)t vf = Velocidad final vi = Velocidad inicial t = tiempo
7.) ¿Qué posibles errores se cometieron en la realización del experimento y como los corregiría? RTA/: El primer posible error que se cometió durante la práctica pudo ser cuando se midió la distancia que hay entre los sensores, debido a que la regla que se utilizó nos permite medir con una precisión de 0,1 mm, por lo tanto ahí encontramos el primer margen de error; En este caso como la distancia es grande no podíamos utilizar el pie de rey que es un instrumento de mayor precisión. Otro posible error pudo haberse cometido al momento de transcribir los resultados, para corregir éste error se necesita tener más cuidado cuando se toma nota de los datos. Sin duda alguna era indispensable no mover el montaje ya que podíamos ocasionar un desnivel en el equipo, a esta advertencia se hizo caso omiso puesto que en algunas ocasiones por descuido de compañeros el montaje fue movido. Este error lo corregimos prestando atención y acatando las indicaciones dadas por el profesor. 8.) ¿Es posible determinar el valor de la aceleración de la gravedad usando los datos del anterior experimento? Si su respuesta es afirmativa calcule, en caso contrario justifique. RTA/: no.
9. ¿Conoce situaciones reales en las cuales se presente este tipo de movimiento en la naturaleza? RTA/: Las situaciones reales que se dan en la naturaleza de acuerdo al movimiento de caída libre son: La caída de un fruto maduro como pueden ser manzanas, mangos, peras. La lluvia, como sabemos la lluvia cumple un ciclo, ella se evapora se condensa y vuelve a caer. La caída de una hoja que se desprende de un árbol.
CONCLUSIONES. Después de haber realizado la experiencia y analizado el movimiento de caída libre podemos plantear las características que describe este movimiento. - En caída libre un cuerpo se deja caer desde cierta altura para permitir que la fuerza de gravedad actué sobre él. -La velocidad inicial es siempre cero. -Todo cuerpo que cae libremente tiene una trayectoria vertical. -La Gravedad es una fuerza que trata de jalar los objetos hacia abajo. -En la caída libre no se toma en cuenta la resistencia al aire. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS (1) www.educaplus.org/movi/4_2caidalibr e.html (2) http://www.resueltoscbc.com.ar/teoric os/biofisica/pdf/T1-3.pdf
