CAÍDA LIBRE

Introducción

Marco Teórico

El movimiento ha interesado a filósofos y científicos

desde la Antigüedad. En el siglo IV a.C., Aristóteles

pensaba que los objetos más pesados caen con mayor

rapidez que los livianos. Tiempo después, en el siglo XVI,

Galileo Galilei afirmó que los cuerpos caían con una

aceleración constante e independiente de su peso.

Las predicciones de Galileo Galilei son ciertas si

consideramos un modelo ideal, en que no se considera los

efectos del aire, la rotación terrestre y la disminución de la

aceleración con la altitud, este modelo se llama caída libre.

Figura 1: Galileo Galilei (1564-1642). Astrónomo, matemático y

físico italiano.

La Figura 2 muestra una foto de caída libre de una

pluma y una manzana. Esta foto es tomada con una lámpara

estroboscópica que produce destellos a intervalos iguales.

Se aprecia la caída de los dos cuerpos en forma simultánea y

que la velocidad cambia continuamente, acelerando hacia

abajo.

La aceleración de gravedad (g) varía dependiendo de la

latitud y la altura donde se registre, usualmente se utiliza

como valor 9,8 [m/s2]. Sin embargo, es factible calcular o

encontrar en algunas tablas los valores de g para distintas

ubicaciones geográficas (Tabla nº1).

Campus g [m/s2] ± 0,01%

Vitacura 9,7939

San Joaquín 9,7943

Tabla nº1: Aceleración de gravedad en Campus Santiago.

Figura 2: Caída libre, en forma simultánea, de una pluma y una

manzana.

El Marco Teórico presentado aquí debe ser

complementado con el estudio de los siguientes textos:

Anexos:

- Análisis y Teoría del Error Experimental

- Uso de la cámara VideoCom

Libros de consulta:

- Sears, Zemansky, Young, Freedman. Física

Universitaria Volumen I Mecánica. Décimo

primera edición. Sección: 2.5

- Resnick, Halliday, Krane. Física Volumen 1.

Cuarta Edición. Secciones: 2.7, 2.8 y 2.9

- Serway. Física Tomo I. Cuarta edición. Ejemplo

conceptual 2.13

Objetivos

Registrar el movimiento de caída libre usando la

cámara y el software VideoCom.

Describir el movimiento de caída libre a través de las

ecuaciones de cinemática.

Describir la velocidad de un cuerpo en caída libre.

Obtener la aceleración de gravedad usando el software

VideoCom.

Calcular la fuerza de roce que se ve afectado un cuerpo.

Calcular el tiempo de reacción de una persona

aplicando caída libre.

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

CAMPUS SANTIAGO

LABORATORIO FIS 110 / FIS 109

PRIMER SEMESTRE 2011

Desarrollo Experimental

En esta experiencia el movimiento de caída libre se

registrará con la cámara VideoCom, y los datos serán

procesados con el software VideoCom Movimientos.

La cámara se instala en el trípode y se calibra la burbuja

de nivel de la cámara para poder registrar un movimiento de

la tablilla vertical y paralelo a la cámara. Si es necesario,

ajuste la altura del pedestal para lograr la máxima amplitud

del movimiento, para esto los móviles deben ubicarse en el

extremo del área Visualización de los móviles en el software

VideoCom.

El cuerpo que se utilizará para la caída libre

corresponde a una tablilla de acrílico, en que están adosadas

dos cintas reflectantes separadas 20 [cm]. Luego, se calibra

la cámara con el software siguiendo las instrucciones del

Anexo Uso de la Cámara VideoCom. Al calibrar la cámara

y al realizar las mediciones la tablilla no debe oscilar, así

evitamos que se incline en la caída.

Figura 3: Pestaña Predeterminados de la ventana

Ajustes/Calibración del recorrido del software VideoCom.

La cámara debe registrar la mayor cantidad de fotos por

segundo, en la ventana de la Figura 3 se debe seleccionar

6,25 ms (USB) para el Campus San Joaquín y 12,5 ms (80

fps) para el Campus Vitacura.

En esta experiencia es recomendable que la parada de la

medición sea prefijada en el software después de 0,5

segundos de soltada la tablilla. (Ver Figura 3)

Recordar que antes de realizar cada medición debe

calibrar el recorrido usando el botón Leer pixel del

visualizador.

La experiencia de Caída Libre del laboratorio se divide

en cinco partes:

Descripción del recorrido en caída libre

La tablilla se ajusta al electroimán que está conectado a

la cámara, y se espera que la tablilla no oscile antes de

iniciar la medición. Se suelta la tablilla del electroimán,

utilizando el botón de inicio de medición del software

VideoCom y se registra la posición en función del tiempo.

Usando la herramienta Efectuar ajustes del software

VideoCom se realiza el ajuste Parábola para la curva del

gráfico de recorrido. Luego, los parámetros del ajuste se

deben interpretar y comparar con las predicciones teóricas

esperadas.

En el informe debe adjuntar el gráfico de recorrido con

el ajuste seleccionado, además del análisis cualitativo y

cuantitativo.

Descripción de la velocidad en caída libre

Para la misma medición, en el gráfico de velocidad se

realiza el ajuste Recta promedio. Los parámetros se

comparan con las predicciones teóricas de cinemática.

Adjunte el gráfico al Informe de Laboratorio y realice

un análisis cualitativo y cuantitativo.

Obtención de la aceleración de gravedad

En esta parte de la experiencia se deja caer la tablilla y

se analiza el gráfico de aceleración. En este gráfico se

calcula, usando la herramienta Valor medio de intervalos del

software VideoCom, la aceleración media de cada cinta

reflectante. Es importante que estos dos valores de las cintas

sean cercanos, ya que mientras menor es la diferencia entre

los dos valores, menor es la inclinación de la tablilla al caer.

Después, se calcula el promedio de estos valores que

corresponde a la aceleración de gravedad de la tablilla.

Genere una tabla con los datos de aceleración de cada

cinta reflectante y el promedio entre estos dos valores y

repita el procedimiento 8 veces para disminuir los errores

aleatorios. Exprese el promedio de la aceleración de

gravedad con su respectiva desviación estándar. Además,

calcule el error porcentual experimental respeto al valor

esperado en el campus de la universidad.

Adjunte el gráfico de aceleración de una de las

mediciones en el informe. Recuerde realizar siempre un

análisis cualitativo y cuantitativo.

Obtención de la fuerza de roce

A la tablilla se le adosan papeles post-it para aumentar

la fuerza de roce con el aire y así disminuir la aceleración de

caída de la tablilla.

Se realiza una sola medición y se obtiene la aceleración

promedio de la caída con el software VideoCom de la misma

manera que en la parte anterior de la experiencia. Adjunte

este gráfico de aceleración en el informe.

Analice las fuerzas que actúan en la caída de la tablilla

y obtenga el valor de la fuerza de roce de la tablilla debido

al aire. Recuerde usar criterios de cifras significativas.

Medición del tiempo de reacción

Utilizando una regla métrica se debe realizar un análisis

del tiempo de reacción de cada integrante del grupo de

laboratorio.

Se debe soltar la regla por un integrante del grupo y ser

atajada por la otra persona. Se mide la distancia que se

desplazó la regla y en base a estos datos se calcula el tiempo

de reacción con la ecuación:

en que d es la distancia recorrida, g la aceleración de

gravedad y t el tiempo de reacción.

Se repite el ejercicio 8 veces para cada integrante y se

genera una tabla de datos con los valores obtenidos. Se

expresa el valor del tiempo de reacción y su respectivo

error. Si estima que el error es considerable debe realizar

más mediciones para disminuir la desviación estándar.

Bibliografía

Sears, Zemansky, Young, Freedman. Física

Universitaria Volumen I Mecánica. Décimo primera

edición.

Serway. Física Tomo I. Cuarta edición.

Tipler. Física para la Ciencia y la Tecnología Volumen

1. Cuarta edición.

Tipler, Mosca. Física para la Ciencia y la Tecnología

Volumen 1. Quinta edición.

Resnick, Halliday, Krane. Física Volumen 1. Cuarta

Edición.

Giancoli. Física Principio con Aplicaciones. Sexta

edición.

Tippens. Física Conceptos y Aplicaciones. Sexta

edición.

http://www.metrologia.cl/medios/images/GRAVEDAD

_EN_CHILE.pdf