Cinemática vertical y caída libre:

Galileo Galilei fue un extraordinario físico italiano, es el autor del estudio del movimiento de los cuerpos que caen libremente, así como un vuelo parabólico.

El movimiento de caída libre es el movimiento de cualquier cuerpo, que se mueve libre, bajo la influencia única de la atracción gravitatoria, no importando cómo haya empezado a moverse ni si ha sido lanzado hacia abajo o hacia arriba.

En el caso ideal de caída libre, se supone que no existe resistencia del aire. Los experimentos de Galileo demostraron que bajo esas condiciones, todos los cuerpos que caen están sometidos a la misma aceleración constante, dirigida hacia abajo y de un valor de 9.8 m/s2. También comprobó que en el vacío dos cuerpos tienen una caída idéntica.

La caída libre de los cuerpos y el tiro ascendente son movimientos rectilíneos uniformemente variados, sus ecuaciones son las mismas del M.R.U.V., donde la aceleración es la de la gravedad (g). Se supone la fuerza de resistencia del aire nula.

Los primeros en intentar describir el movimiento vertical fueron los astrónomos y los filósofos griegos pero no fue hasta el siglo XV cuando científicos europeos como Sir Isaac Newton y Nicolás Copérnico comenzaron a aportar sus ideas relacionadas con este tema. Hacia 1605, Galileo Galilei hizo sus famosos estudios del movimiento de caída libre y de esferas en planos inclinados a fin de comprender aspectos del movimiento relevantes en su tiempo, como el movimiento de los planetas y de las balas de cañón.

En el 1687, con la publicación de la obra titulada Principia, Isaac Newton hizo la mayor aportación conocida al estudio sistemático del movimiento. Isaac Newton (1642 - 1727) fue un físico y matemático inglés, considerado una de las mentes más brillantes en la historia de la ciencia. Entre otros numerosos aportes, estableció las tres leyes del movimiento que llevan su nombre, contribuyendo así al campo de la dinámica, y también postuló la Ley de gravitación universal.

El nacimiento de la cinemática moderna tiene lugar con la alocución de Pierre Varignon el 20 de enero de 1700 ante la Academia Real de las Ciencias de París. Fue allí cuando definió la noción de

aceleración y mostró cómo es posible deducirla de la velocidad instantánea utilizando un simple procedimiento de cálculo diferencial.

El vocablo cinemática fue creado por André-Marie Ampere (1775-1836), quien delimitó el contenido de esta disciplina y aclaró su posición dentro del campo de la mecánica. Desde entonces y hasta la actualidad la cinemática ha continuado su desarrollo hasta adquirir una estructura propia.

Cinemática vertical y caída libre: Estos movimientos se resuelven con las mismas ecuaciones de MRUV, tomando como aceleración la de la gravedad de la tierra, que en vez de "a" la llamamos "g". También es un valor vectorial y su módulo es:

Su signo depende de cómo ubiquemos el sistema de referencia. Si el sistema lo ponemos creciente desde la tierra hacia arriba entonces g tiene signo negativo.

Debido a que trabajamos con sistemas coordenados, utilizamos la misma fórmula para el tiro vertical que para la caída libre (que además son las mismas fórmulas que utilizamos para todo MRUV). Tomamos positiva la aceleración cuando la velocidad aumenta en el sentido que crece el sistema de referencia y negativa en el otro caso.

La cinemática es la rama de la física que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo originan (las fuerzas) y se limita, esencialmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo. El signo de dicha aceleración (g) puede ser negativo o positivo, eso depende del sistema de referencia utilizado. Si utilizamos como sistema de referencia, desde el suelo hacia arriba, entonces tendrá signo negativo. Tomamos la aceleración (g) como positiva, cuando la velocidad aumenta en el sentido que crece el sistema de referencia, y negativa en el caso contrario. El tiro vertical, es aquel movimiento en que un cuerpo es impulsado, en línea recta, hacia arriba con una velocidad inicial (Vo).

Para clasificar un movimiento como tiro vertical, se requiere lo siguiente:La velocidad inicial (Vo) en el eje Y no es nula.

Habiendo alcanzado su altura máxima, la velocidad en Y es cero.

El tiempo necesario para que el cuerpo alcance la altura máxima, es el mismo que le toma para volver, desde la altura máxima, a su posición original.

La velocidad inicial, es igual al opuesto de la velocidad que tiene el cuerpo, cuando ha llegado a su posición inicial y experimenta caída libre.

Caída libre: Un cuerpo que se deja caer en el vacío, se desplaza en línea recta vertical con una aceleración constante, la cual se conoce como gravedad (g), lo que produce que el módulo de la velocidad aumente uniformemente en el transcurso de su caída. Todo cuerpo que se encuentre cerca de la superficie de la tierra, ella ejerce una fuerza de atracción imprimiendo una aceleración al cuerpo. Se ha comprobado experimentalmente que el cuerpo en caída libre aumenta su velocidad en 9,8m/s por cada segundo.

Características del tiro vertical y la caída libre:

Ejercicios resueltos:

1) Desde el balcón de un edificio se deja caer una manzana y llega a la planta baja en 5s. calcule ¿con que velocidad llega a la plata baja?

Datos:

Vo= 0m/s

T=5s

Y=2,88m

Vf=?

Vf= g.t

Vf= 10m/s2 . 5s = 50m/s

2) Si se deja caer una piedra desde la terraza de un edificio y se observa que tarda 6s en llegar al suelo. Calcular:

a) ¿a qué altura estaría esa terraza?b) ¿con que velocidad llegaría la piedra al piso?

Datos:

Vo=0m/s

T=6s

Y=?

Vf=?

a) Y= g.t2/2Y= 10m/s2 . (6s)2 / 2 = 180m/s

b) Vf= g.tVf= 10m/s2 . 6s= 60m/s