¿Qué es la fórmula de caída libre? - Aprende a calcular este movimiento

Qué es la fórmula de caída libre

Cada una de las leyes de la física se encuentran bien estructuradas gracias a las ciencias aplicadas y a todos los aportes que han hecho científicos a lo largo de la historia humana. Por eso podemos comprender muy bien cuál es la ciencia que hay detrás de la caída libre de un cuerpo. Claro, este simple movimiento se ve influenciado por la gravedad de un planeta como la Tierra u otro cuerpo que posea gravedad. De cualquier forma, en breve te brindaremos más información detallada sobre el movimiento en caída libre que consideramos importante y necesario.

Índice()
  1. ¿Qué es la caída libre?
  2. Características de caída libre y lanzamiento vertical
  3. Trayectoria en caída libre
    1. Caída libre totalmente vertical
    2. Caída libre parabólica y casi-parabólica
    3. Caída libre desde grandes alturas
  4. Ejemplos de caída libre
  5. Fórmulas de caída libre y lanzamiento vertical
    1. Fórmula para hallar la altura
    2. Fórmula para hallar la velocidad inicial
    3. Fórmula para hallar la velocidad final
    4. Fórmula para hallar el tiempo
    5. Fórmula para hallar la gravedad

¿Qué es la caída libre?

Las fórmulas de caída libre son ecuaciones matemáticas en las que se toma en cuenta magnitudes como la velocidad, distancia, aceleración, gravedad y otras variables más como la altura, velocidad inicial y final. Es gracias a la base o ciencia que hay detrás de las fórmulas de caída libre, que podemos comprender cómo es el comportamiento de un cuerpo en el espacio, ya sea vacío o con gravedad.

Ahora bien, los puntos clave que definen a la caída libre y su fórmula son los siguientes:

  • La caída libre es una consecuencia de la gravedad y su efecto sobre un cuerpo.
  • Todo cuerpo en caída libre cuenta con una velocidad inicial, final y una aceleración.
  • El tiempo de caída libre depende de la gravedad, velocidad y altura a la que se encuentre un cuerpo.
  • La física tras la resistencia aerodinámica es un factor que puede influenciar el movimiento en caída libre.
  • Es posible hacer un cálculo de caída libre siempre y cuando se tengan todas las demás variables independientes.
  • Todos los objetos caerán hacía el centro de la tierra.
  • Es necesario calcular el tiempo que tarda un objeto en caer y esto se puede lograr usando una de las fórmulas relacionadas con el tema de caída libre.
  • Los principios de caída libre se pueden aplicar tanto para el campo de la ingeniería, álgebra lineal, así como en la física y astrofísica.

Es importante mencionar que esta es tan solo una de los diferentes tipos de movimientos rectilíneo uniforme acelerado. El otro es el lanzamiento vertical, el cual se relaciona con el de caída libre. En caso de que te preguntes como es esto, imagina que lanzas una pelota lo más fuerte al aire. Este podría ser un movimiento vertical, pero en cierto punto, se convertirá en un objeto en caída libre.

Características de caída libre y lanzamiento vertical

Ahora que ya sabes qué es la caída libre, es momento de pasar a las características. Entre todas las más destacadas, podemos mencionar las siguientes:

  1. Todo cuerpo u objeto que es lanzado de forma vertical o se deja caer libremente, siempre se mueve en línea recta.
  2. Dicho objeto contará con una aceleración constante de 9.8 m/s2. Esto pertenece a la aceleración de la gravedad de la tierra, por lo que es único en nuestro sistema solar.
  3. La aceleración de un cuerpo en caída libre se representa con un vector que apunta hacia abajo.
  4. Toda caída libre tiene una velocidad inicial 0.
  5. Todo cuerpo en caída libre alcanzará su velocidad final después de un tiempo en movimiento.
  6. Si se lanza un objeto verticalmente hacia arriba, tanto el tiempo de ascenso como el de descenso es exactamente el mismo.
  7. No importa cuál sea la masa de los cuerpos, todos caerán a la misma velocidad si son soltados o lanzados desde la misma altura.
  8. Si un cuerpo es lanzado hacia arriba, de forma matemática o física la magnitud se representa con un signo negativo, ya que va en contra de la gravedad de la tierra.

En teoría, estas son todas las características de la caída libre de un objeto. Sin embargo, solo se está considerando a los de movimiento rectilíneo uniforme acelerado verticalmente. Esto quiere decir que surgen nuevas características cuando hay variaciones en cuanto al ángulo de la trayectoria de un cuerpo, astro u objeto.

Trayectoria en caída libre

Con respecto a lo último mencionado, es aquí donde explicaremos más a detalle. Debido a diferentes factores ambientales, la trayectoria de un proyectil, objeto o cuerpo nunca cumplen con un recorrido completamente recto. Esto solo aplica para casos ideales, sin embargo, la realidad es otra, puesto que hay factores como el rozamiento, ángulo con el que sale el objeto, la fricción del proyectil con el viento, entre otros factores más. Claro, todo esto teniendo en cuenta que el objeto sea lanzado, ahora bien, cuando es soltado desde un estado en reposo, surgen las siguientes variantes.

Caída libre totalmente vertical

Para este caso, hay algunos factores que se deben tomar en cuenta si es que se pretende estudiar la caída libre totalmente vertical. Entre estas se encuentran:

  • La altura a la que se encuentra el objeto.
  • El tiempo que le tomará partir desde su estado en reposo, hasta el suelo o superficie final.
  • La aceleración provocada por la gravedad de la tierra.
  • Cuál es su posición final.
  • Cuál es su velocidad final, teniendo en cuenta su velocidad inicial cero.

Cada uno de estos parámetros cuentan con una magnitud en particular. Por lo general, se suele trabajar con medidas como el metro, segundos, metros sobre segundo al cuadrado, kilómetros por hora, entre otros más.

Este tipo de movimiento se caracteriza por tener una velocidad creciente, es decir, que parte de cero y va aumentando hasta alcanzar la velocidad máxima o final. Es importante tener en cuenta que este factor de cierta manera depende de la altura a la que se encuentre el objeto. Puesto que, de no estar a la altura suficiente, no se podrá alcanzar la velocidad máxima.

A partir de su ecuación base, se puede deducir otras ecuaciones mucho más complejas en el que se toma en consideración factores como el coeficiente aerodinámico, el área transversal, la fricción del objeto con algún fluido, entre otros.

Caída libre parabólica y casi-parabólica

Como su propio nombre lo indica, son movimientos que cumplen con la forma de una parábola perfecta o bien una casi parábola. Pero ¿Qué es lo que lo diferencia de uno y otro? Todo se resume al ángulo de salida y la forma que genera el objeto en movimiento de caída libre. Para saber si se trata de una caída libre en línea recta o parabólica, hay que tener en cuenta si este parte de un estado en reposo o no. Si estamos ante la presencia del segundo caso, la trayectoria toma forma de parábola.

En cuanto al cálculo de este parámetro, se toma en consideración la gravedad, la altura, velocidad, el rozamiento, entre otros. Ahora bien, en cuanto al movimiento semiparabólico, este surge a raíz del rozamiento con los fluidos. Esto teniendo en cuenta que tanto el aire, como el agua o líquidos son fluidos, ya que cuentan con volumen. Este simple parámetro influye muchísimo sobre la trayectoria que tendrá el objeto a soltar en caída libre. Claro, en este último caso, la ecuación cambia un poco y los cálculos son un tanto diferentes a raíz de un nuevo parámetro.

Caída libre desde grandes alturas

Esto es básicamente lo mismo que el primer tipo de caída libre del que hablamos, sin embargo, pasa algo curioso y todo va en función de la altura. A mayor altura, podemos decir que existe una mayor probabilidad de que la trayectoria cambie drásticamente. Es decir, que, si soltamos un objeto a una gran altura, este comenzará a tener una trayectoria recta, sin embargo, por cuestión de rozamiento, peso del objeto, corrientes de aire y otros factores influyen de tal manera, que la trayectoria en cierto momento dejará de ser recta.

Ejemplos de caída libre

Un ejemplo de lo más sencillo, es pararse en el último piso de un edificio y soltar un objeto cualquiera, ya sea una figura de acción, una pelota de goma, una moneda, entre otros. Este posiblemente no alcance su velocidad máxima, aunque todo depende de las dimensiones del objeto o cuerpo a dejar caer y si parte de un estado en reposo o si ya viene acelerado.

Por ejemplo, si sostienes una pelota y la sueltas sin más, estás partiendo del estado en reposo. Sin embargo, cuando lo lanzas verticalmente hacia abajo, este adquiere una velocidad inicial, por lo que no será cero, sino que tendrá un valor dependiendo de qué tan rápido lo arrojes.

Si nos vamos a un caso mucho más práctico, las gotas de agua que se generan en las lluvias o incluso el granizo son un claro ejemplo de esto. Ahora bien, si nos vamos a un caso más extremo, los astros, asteroides o un transbordador espacial que cae hacia la tierra cuenta como ejemplo de caída libre. Claro, son objetos que ya cuentan con una velocidad inicial definida y que se verán afectadas de forma positiva o negativa según sea el caso.

Fórmulas de caída libre y lanzamiento vertical

Es momento de que sepas cuáles son las fórmulas utilizadas en el cálculo de caída libre de un objeto. Ten en cuenta que no siempre tendrás todos los parámetros, por lo que tienes que hacer algunos cálculos adicionales en función de las variables que tengas y no tengas.

Fórmula para hallar la altura

Para el cálculo de esta variable, hay que diferenciar si se trata de caída libre o si de plano. En todo caso, tienes la siguiente ecuación.

  • H = Vo*t + (g*t2)/2

Fórmula para hallar la velocidad inicial

Por lo general, la velocidad inicial siempre es cero, siempre y cuando el cuerpo en caída libre parte de reposo. Sin embargo, no siempre será el caso, puesto que podemos estar ante la presencia de un lanzamiento vertical. En tal caso, puedes usar la siguiente ecuación:

  • Vf2 = Vo2+2gh

De esa ecuación lo único que tienes que hacer es despejar la variable velocidad inicial y luego despejar la potencia dos que tiene en forma de raíz cuadrada y listo.

Fórmula para hallar la velocidad final

En el apartado anterior tienes la ecuación de la velocidad final. Siempre que tengas todos los valores para el cálculo, al final puedes o no sacar la raíz cuadrada de la magnitud resultante.

  • Vo2 = Vf2 - 2gh

Fórmula para hallar el tiempo

El tiempo lo puedes hallar de diferentes maneras, es decir, que puedes partir de la ecuación de la gravedad o a partir de la altura. Todo va a depender de cuáles son las variables que tengas y conozcas su valor. La ecuación es la siguiente:

  • t = (Vf–Vo)/g

Fórmula para hallar la gravedad

Lo único que queda por decirte, es que la fórmula de la gravedad es la siguiente:

  • g = (Vf–Vo)/t
Cómo citar:
"¿Qué es la fórmula de caída libre? - Aprende a calcular este movimiento". En Quees.com. Disponible en: https://quees.com/formula-caida-libre/. Consultado: 17-06-2024 22:56:27
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