APRENDAMOS SOBRE FÍSICA: Clase 04: Caída Libre y Tiro Vertical

UNSAM Universidad Nacional de San Martín Argentina

13 Mar 202310:44

Summary

TLDREl guion describe el movimiento de caída libre y tiro vertical de objetos bajo la influencia de la gravedad. Se explica que la aceleración de la gravedad es constante y aproximadamente 9,8 m/s², aunque varía ligeramente según la ubicación en la Tierra. Se menciona que, a excepciones menores, todos los objetos caen con la misma velocidad sin importar su peso, tamaño o forma. Las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente variado son utilizadas para calcular la posición, velocidad y altura máxima de los objetos en movimiento. El guion ilustra cómo la aproximación de despreciar la resistencia del aire es adecuada para ciertos objetos, como un bollo de papel, pero no para otros, como una hoja solitaria.

Takeaways

🌍 El movimiento de los cuerpos hacia la Tierra es conocido como caída libre y es un ejemplo de movimiento rectilíneo uniformemente variado.
💫 La aceleración que experimentan los cuerpos en caída libre se llama aceleración de la gravedad y tiene una magnitud aproximada de 9,8 m/s², pero puede variar ligeramente según la ubicación geográfica.
📉 La dirección de la aceleración de la gravedad es vertical hacia abajo, hacia el centro de la Tierra.
🔢 La aceleración de la gravedad es directamente proporcional a la masa del objeto y al cuadrado de la distancia al centro de la Tierra, según la fórmula de la ley gravitacional universal.
🏞️ La forma de la Tierra, que no es una esfera perfecta, afecta la magnitud de la aceleración de la gravedad en diferentes lugares, siendo ligeramente mayor en los polos que en el ecuador.
📚 En problemas de física, a menudo se hace la aproximación de despreciar la resistencia del aire para simplificar el análisis de la caída de objetos leves como hojas de papel.
🎯 Al hacer un bollo con una hoja de papel, se observa que cae con la misma velocidad que un bollo de boliche, lo que indica que la aproximación de despreciar la fricción del aire es adecuada para ciertos objetos.
⏫ La caída libre de todos los cuerpos, independientemente de su peso, tamaño o forma, es un movimiento con aceleración constante y trayectoria rectilínea.
📈 Las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente variado son utilizadas para describir la posición y la velocidad de los cuerpos en caída libre o tiro vertical.
🔑 La altura máxima alcanzada por un cuerpo lanzado verticalmente hacia arriba se puede calcular usando las mismas ecuaciones, y es el punto donde la velocidad del objeto es cero.
📉 El tiempo que tarda un objeto en alcanzar su altura máxima y su altura máxima propia se pueden determinar a partir de las ecuaciones del movimiento, considerando la aceleración de la gravedad.

Q & A

¿Qué es la aceleración de la gravedad y cuál es su magnitud aproximada en la superficie de la Tierra?
-La aceleración de la gravedad es la aceleración que experimentan los cuerpos en caída libre cerca de la superficie de la Tierra. Su magnitud aproximada es de 9,8 metros por segundo cuadrado.
¿Cómo se define el movimiento de caída libre y qué tipo de movimiento es?
-El movimiento de caída libre se refiere a la caída de un objeto bajo la influencia única de la gravedad, sin otras fuerzas significativas. Es un movimiento rectilíneo uniformemente variado, es decir, con aceleración constante.
¿Por qué la aceleración de la gravedad varía ligeramente en diferentes puntos de la Tierra?
-La aceleración de la gravedad varía debido a que la Tierra no es una esfera perfecta; está achatada en los polos, lo que hace que el radio en los polos sea menor que en el ecuador, afectando así la fuerza gravitacional.
¿Cuál es la relación entre la masa de un objeto y la fuerza gravitacional que experimenta?
-La fuerza gravitacional que experimenta un objeto es directamente proporcional a su masa. La fórmula que describe esta relación es F = G * (m1 * m2) / r^2, donde G es la constante gravitacional, m1 y m2 son las masas y r es la distancia entre los centros de masas.
¿Cómo se calcula la altura máxima que alcanza un objeto lanzado verticalmente hacia arriba?
-La altura máxima se calcula utilizando la ecuación de la posición para el movimiento con aceleración constante (en este caso, la gravedad). Al igual que se hizo en el script, se resuelve la ecuación de velocidad para encontrar el tiempo en que la velocidad es cero y luego se utiliza ese tiempo para encontrar la posición (altura) máxima.
¿Por qué la resistencia del aire afecta la caída de una hoja de papel pero no la de un bollo de boliche?
-La resistencia del aire afecta más a objetos con una superficie más grande y menos densos, como una hoja de papel, comparados con objetos más densos y compactos como un bollo de boliche, que caen prácticamente a la misma velocidad debido a la aproximación de despreciar la fricción del aire.
¿Qué ecuaciones se utilizan para describir el movimiento de caída libre y tiro vertical?
-Las ecuaciones horarias del movimiento rectilíneo uniformemente variado se utilizan para describir tanto la caída libre como el tiro vertical. Estas ecuaciones son y = y0 + v0*t - (1/2)*g*t^2 para la posición y v = v0 - g*t para la velocidad, donde g es la aceleración de la gravedad.
¿Cómo se determina el momento en que un objeto alcanza su altura máxima cuando es lanzado verticalmente hacia arriba?
-El momento en que un objeto alcanza su altura máxima se determina cuando su velocidad es cero. Esto se calcula resolviendo la ecuación de velocidad v = v0 - g*t, encontrando el tiempo t cuando v = 0.
¿Por qué todos los cuerpos caen con la misma aceleración en condiciones de caída libre?
-Todos los cuerpos caen con la misma aceleración en condiciones de caída libre porque la aceleración de la gravedad es constante y actúa de la misma manera en todos los objetos, independientemente de su peso, tamaño o forma.
¿Cómo se puede simplificar el cálculo de problemas de caída libre o tiro vertical en física?
-Se pueden realizar ciertas aproximaciones, como despreciar la resistencia del aire en objetos densos y esferoidales, para simplificar los cálculos y entender mejor los problemas de caída libre o tiro vertical.

Outlines

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🌍 La caída libre y la aceleración por gravedad

El primer párrafo explica el concepto de caída libre y la aceleración de la gravedad. Se menciona que cualquier objeto que se suelte cerca de la superficie de la Tierra experimenta una aceleración constante, conocida como aceleración de la gravedad, que es aproximadamente de 9,8 m/s² hacia abajo. La aceleración de la gravedad es directamente proporcional a la masa del objeto y al cuadrado inverso de la distancia al centro de la Tierra. Aunque la aceleración de la gravedad varía ligeramente en diferentes puntos de la Tierra debido a su forma no esférica, para efectos prácticos se utiliza un valor aproximado de 10 m/s². Además, se destaca que en la caída libre, todos los objetos alcanzan la misma velocidad independientemente de su peso, tamaño y forma, a excepción de la resistencia del aire, que puede ser despreciada en ciertos casos, como cuando se forma un bollo con una hoja de papel.

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📚 Ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente variado

El segundo párrafo se enfoca en las ecuaciones matemáticas que describen el movimiento de caída libre y tiro vertical. Se introducen las coordenadas cartesianas para medir la posición vertical y se define la aceleración de la gravedad como una aceleración negativa debido a su dirección hacia abajo, tomando un valor de -10 m/s². Las ecuaciones de movimiento se presentan en forma de ecuaciones diferenciales para la posición y la velocidad en función del tiempo. Se discute cómo calcular la altura máxima que alcanza un objeto lanzado verticalmente hacia arriba, considerando la velocidad inicial y el efecto de la gravedad. Se resalta que tanto la caída libre como el tiro vertical son casos particulares de movimiento rectilíneo uniformemente variado, y las ecuaciones proporcionadas son fundamentales para resolver problemas relacionados con estos tipos de movimiento.

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🔢 Aplicación de las ecuaciones a problemas de movimiento

El tercer párrafo no contiene información adicional relevante para el resumen, ya que simplemente indica que las ecuaciones mencionadas anteriormente serán utilizadas para resolver problemas de caída libre y tiro vertical bajo la acción de la gravedad. Se incluye una sección de música como indicativo de final de la explicación teórica antes de pasar a la aplicación práctica de los conceptos.

Mindmap

Keywords

💡Movimiento con aceleración constante

Este concepto se refiere a un tipo de movimiento en el que la aceleración (cambio de velocidad) es constante a lo largo del tiempo. En el video, se utiliza para describir la caída libre y el tiro vertical, donde la aceleración es la de la gravedad, que es constante y se dirige hacia abajo.

💡Caída libre

La caída libre es un movimiento en el que un objeto se solta y cae hacia la Tierra sin ser afectado por otras fuerzas, como el viento. En el video, se explica que todos los objetos en caída libre experimentan la misma aceleración de la gravedad, independientemente de su masa, tamaño o forma.

💡Aceleración de la gravedad

La aceleración de la gravedad es la fuerza que actúa sobre todos los objetos cerca de la superficie de la Tierra, haciendo que se muevan hacia abajo. En el video, se menciona que su valor aproximado es de 9,8 m/s², pero puede variar ligeramente en diferentes lugares de la Tierra debido a su forma no esférica.

💡Movimiento rectilíneo uniformemente variado

Este término describe un movimiento en línea recta con una aceleración constante. En el video, se relaciona con tanto la caída libre como el tiro vertical, donde la aceleración es proporcionada por la gravedad.

💡Ecuaciones del movimiento

Las ecuaciones del movimiento son fórmulas que describen la posición, velocidad y aceleración de un objeto en movimiento. En el video, se utilizan para representar matemáticamente la caída libre y el tiro vertical, incluyendo la posición vertical 'y', la velocidad vertical 'b' y la aceleración 'a'.

💡Resistencia del aire

La resistencia del aire es la fuerza que se opone al movimiento de un objeto a través del aire. En el video, se menciona cómo la resistencia del aire afecta la caída de una hoja de papel, pero se puede despreciar en el caso de un bollo de papel, lo que ilustra la importancia de las aproximaciones en la física.

💡Tiro vertical

El tiro vertical es un movimiento en el que un objeto es lanzado垂直向上, opuesto a la dirección de la gravedad. En el video, se discute cómo la aceleración de la gravedad sigue afectando al objeto, reduciendo su velocidad hasta que alcanza el punto más alto y comienza a caer de nuevo.

💡Altura máxima

La altura máxima es el punto más alto que alcanza un objeto en un tiro vertical, donde su velocidad se convierte en cero. En el video, se calcula el tiempo que tarda un objeto en alcanzar esta altura y cómo se relaciona con su trayectoria.

💡Ecuación de la posición

La ecuación de la posición es una de las ecuaciones del movimiento que relaciona la posición 'y' de un objeto con el tiempo 't', la velocidad inicial 'b₀' y la aceleración 'a'. En el video, se utiliza para calcular la posición de un objeto en caída libre o tiro vertical.

💡Ecuación de la velocidad

La ecuación de la velocidad describe cómo la velocidad de un objeto cambia con el tiempo debido a una aceleración constante. En el video, se usa para determinar la velocidad de un objeto en cualquier momento durante su caída libre o tiro vertical.

Highlights

Los cuerpos en caída libre experimentan una aceleración constante conocida como aceleración de la gravedad, que es aproximadamente de 9,8 m/s² hacia abajo.

La aceleración de la gravedad es directamente proporcional a la masa del objeto y al cuadrado de su radio.

La forma de la Tierra, que está achatada en los polos, afecta la magnitud de la aceleración de la gravedad en diferentes puntos de la superficie.

En la práctica, para simplificar cálculos, se utiliza un valor aproximado de la aceleración de la gravedad de 10 m/s².

La caída libre es un movimiento rectilíneo uniformemente variado, donde la posición y velocidad pueden calcularse mediante ecuaciones del movimiento.

La aproximación de despreciar la fricción del aire es adecuada para objetos con forma esférica, como un bollo de papel.

Todos los cuerpos caen con la misma aceleración, independientemente de su peso, tamaño y forma, cuando están en caída libre.

El movimiento de un cuerpo lanzado verticalmente hacia arriba es similar al de la caída libre, pero con una dirección de lanzamiento opuesta.

La altura máxima alcanzada por un cuerpo lanzado verticalmente hacia arriba se puede calcular utilizando las ecuaciones del movimiento.

La velocidad de un cuerpo en el punto más alto de su trayectoria es cero, momento en el cual la aceleración de la gravedad frena su ascenso.

El tiempo que tarda un cuerpo en alcanzar su altura máxima se puede determinar resolviendo simultáneamente las ecuaciones del movimiento.

La aceleración de la gravedad afecta tanto a los objetos en caída libre como a aquellos lanzados verticalmente hacia arriba o abajo.

Las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente variado son fundamentales para resolver problemas de caída libre y tiro vertical.

El valor de la aceleración de la gravedad se adopta como -10 m/s² en las ecuaciones para representar su dirección hacia abajo.

El movimiento de caída libre y tiro vertical son casos particulares de movimiento rectilíneo con aceleración constante debido a la atracción gravitatoria de la Tierra.

Los problemas de caída libre y tiro vertical pueden resolverse utilizando las ecuaciones y dt = y0 + v0*t - 5*t² y v = v0 - 10*t.