Resumen de gráficos de movimiento de caída libre

¿Qué es el movimiento de caída libre?

El movimiento de caída libre es el movimiento de un objeto bajo solo la fuerza de la gravedad. Si alguna otra fuerza está afectando al objeto, no se considera caída libre.

Antes de hablar sobre ese movimiento con más detalle, repasemos algunos términos clave que debe conocer para comprender esta lección. El desplazamiento , también conocido como posición, es el lugar donde se encuentra en relación con el origen (generalmente donde comenzó). La velocidad es qué tan rápido te mueves en una dirección particular, o en otras palabras, es la velocidad a la que tu desplazamiento está cambiando. Y la aceleración es la rapidez con la que cambia tu velocidad. Si su velocidad es constante, su aceleración es cero, pero si está acelerando o disminuyendo, entonces está acelerando. Una aceleración de 4 metros por segundo al cuadrado significa que tu velocidad cambia 4 metros por segundo cada segundo.

Cuando un objeto cae hacia abajo bajo la gravedad, acelera a una velocidad de 9,8 metros por segundo al cuadrado hacia abajo en promedio en la superficie de la Tierra. No importa si el objeto es enorme o pequeño, pesado o liviano. Todos los objetos en caída libre en la Tierra caen al mismo ritmo. Este número se llama aceleración debida a la gravedad y varía según su posición en relación con el centro de la Tierra. Se vuelve un poco más débil a medida que te alejas, pero no tanto. Incluso en la estación espacial internacional, la gravedad es casi tan fuerte a unos 8,7 metros por segundo al cuadrado.

Algunos físicos definirían el movimiento de caída libre como un movimiento a esa aceleración particular. Cuando haces eso, significa que incluso lanzar una pelota hacia arriba es caída libre. Una vez que sale de tu mano, su velocidad puede ser hacia arriba, pero aún tiene una aceleración de 9,8 metros por segundo al cuadrado hacia abajo. Por eso se ralentiza, se detiene y vuelve a caer a la Tierra.

Gráficos de desplazamiento

Los gráficos del movimiento de caída libre son realmente importantes para conocer. Siempre tienen la misma forma (siempre que ignoremos la resistencia del aire) y son bastante distintivos. Hay dos conjuntos principales de gráficos: gráficos para un objeto que se ha caído, cayendo a la Tierra y gráficos para un objeto que se lanza hacia arriba. Para esta lección, combinaremos esos dos juntos. Vamos a hablar sobre las gráficas de un objeto lanzado hacia arriba que luego vuelve a caer a la Tierra. Si puedes dibujar un gráfico para este movimiento completo, puedes dibujar un gráfico para cualquier cosa.

Los tres gráficos más útiles para describir el movimiento son los gráficos de desplazamiento-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo. Así que veamos cada uno de estos a su vez.

Un gráfico de tiempo de desplazamiento del movimiento se vería así:

Gráfico de tiempo de desplazamiento de un objeto lanzado hasta que aterriza

Es una curva porque el objeto se acelera; está cambiando de velocidad. Comienza yendo súper rápido cuando sale de tu mano, por lo que la posición cambia rápidamente. Luego se detiene en su lugar en la parte superior de su movimiento por un instante. Finalmente, vuelve a caer, lentamente al principio, pero cada vez más rápido. Este gráfico es perfectamente simétrico, lo que te dice que cuando vuelve a tu mano, va tan rápido como cuando lo lanzaste.

Gráficos de velocidad

Un gráfico de velocidad-tiempo del movimiento se vería así:

Gráfico de velocidad-tiempo de un objeto lanzado hasta que aterriza

Dado que el objeto se mueve hacia arriba al principio, la velocidad comienza como positiva (hacia arriba generalmente se llama positiva). Alcanza una velocidad de cero en la parte superior de su trayectoria por un momento; ahí es cuando la línea cruza el eje x. Luego, cuando vuelve a caer, su velocidad es negativa. La velocidad cambia de manera consistente porque la aceleración es constante.

Otra forma de pensar en este gráfico es que representa la pendiente del gráfico de tiempo de desplazamiento. La pendiente del gráfico de desplazamiento comienza positiva y empinada, se aplana hasta cero y luego se vuelve negativa y empinada. Por lo tanto, la velocidad comienza positiva, disminuye a cero y luego se vuelve negativa.

Gráficos de aceleración

Un gráfico de tiempo de aceleración del movimiento se vería así:

Gráfico de tiempo de aceleración de un objeto lanzado hasta que aterriza

Bastante simple; sólo una aceleración constante de 9,8 metros por segundo al cuadrado negativos. Es negativo porque la gravedad actúa hacia abajo (la aceleración apunta hacia abajo). Nuevamente, esto podría verse como la pendiente del gráfico de velocidad-tiempo. Ese gráfico tenía una pendiente negativa constante. Entonces tenemos una aceleración negativa constante.

Si alguna vez necesita gráficos para un objeto que se cae y simplemente se cae, todo lo que tiene que hacer es dibujar la segunda mitad de los gráficos. Y eso es; eso es todo lo que necesita saber sobre las gráficas de movimiento de caída libre.

Resumen de la lección

El movimiento de caída libre es el movimiento de un objeto bajo solo la fuerza de la gravedad. Si alguna otra fuerza está afectando al objeto, no se considera caída libre. Cuando un objeto cae hacia abajo bajo la gravedad, acelera a una velocidad de 9,8 metros por segundo al cuadrado hacia abajo en promedio en la superficie de la Tierra. No importa si el objeto es enorme o pequeño, pesado o liviano. Los gráficos del movimiento de caída libre de un objeto lanzado hacia arriba, desde el momento en que se libera hasta el momento en que regresa a su mano, se ven así:

Gráficos de un objeto lanzado hasta que aterriza

La pendiente de la gráfica de desplazamiento-tiempo le da la velocidad y la pendiente de la gráfica de velocidad-tiempo le da la aceleración.