Un objeto que cae en el vacío está sometido a una sola fuerza externa, la fuerza gravitatoria, expresada como el peso del objeto. La ecuación del peso define que el peso W es igual a la masa del objeto m por la aceleración gravitatoriag:
W = m * g
el valor de g es de 9,8 metros por segundo cuadrado en la superficie de la tierra. La aceleración gravitatoria g disminuye con el cuadrado de la distancia al centro de la tierra. Pero para muchos problemas prácticos, podemos suponer que este factor es una constante. Un objeto que se mueve sólo por la acción de la gravedad se dice que es de caída libre.Si el objeto cae a través de la atmósfera, hay una fuerza de arrastre adicional que actúa sobre el objeto y la física involucrada con el movimiento del objeto es más compleja.
El movimiento de cualquier objeto en movimiento se describe mediante la segunda ley del movimiento de Newton, fuerza Fequals masa m por aceleración a:
F = m * a
Podemos hacer un poco de álgebra y resolver la aceleración del objeto en términos de la fuerza externa neta y la masa del objeto:
a = F / m
Para un objeto en caída libre, la fuerza externa neta es sólo el peso del objeto:
F = W
Sustituyendo en la ecuación de la segunda ley da:
a = W / m = (m * g) / m = g
La aceleración del objeto es igual a la aceleración gravitatoria. La masa, el tamaño y la forma del objeto no son un factor que describa el movimiento del objeto, por lo que todos los objetos, independientemente de su tamaño, forma o peso, caen libremente con la misma aceleración. En el vacío, una pelota de playa cae a la misma velocidad que un avión de pasajeros. Conociendo la aceleración, podemos determinar la velocidad y la ubicación de cualquier objeto en caída libre en cualquier momento.
La notable observación de que todos los objetos en caída libre caen con la misma aceleración fue propuesta por primera vez porGalileo Galilei hace casi 400 años. Galileo realizó experimentos utilizando una bola en un plano inclinado para determinar la relación entre el tiempo y la distancia recorrida. Descubrió que la distancia dependía del cuadrado del tiempo y que la velocidad aumentaba a medida que la bola descendía por la pendiente. La relación era la misma independientemente de la masa de la bola utilizada en el experimento. El experimento tuvo éxito porque utilizó una pelota para el objeto que caía y la fricción entre la pelota y el plano era mucho menor que la fuerza gravitatoria. También utilizó una pendiente muy poco pronunciada, por lo que la velocidad era pequeña y el arrastre de la pelota era muy pequeño en comparación con la fuerza gravitatoria. (La historia de que Galileo demostró sus descubrimientos dejando caer dos balas de cañón desde la Torre de Pisa es sólo una alegación).
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