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Análisis experimental de la caída
libre
Informe de Caída Libre
Resumen
En el presente informe se pretende conocer la relación experimental entre la altura y el tiempo de un objeto en caída libre, siendo este un movimiento vertical que tienen los cuerpos que están próximos a una superficie planetaria. Se utilizó un sistema de caída libre vertical en el cual se dejó caer un balín como cuerpo desde ciertas alturas (5 alturas) hasta el punto definido para medir el tiempo de caída. Se tomaron los datos de tiempo mostrados en el contador para comprobar a través de gráficas que todos los cuerpos caen con la misma aceleración independiente de su peso.
Introducción
En este informe se pretende verificar, analizar y conocer los resultados experimentales acerca de la caída libre, sin mencionar su significado y un poco de teoría sobre este. Se demostrarán, de manera práctica y teórica, los fenómenos de caída libre, para posteriormente realizar cálculos que demuestren resultados positivos respecto a este tema. Con este informe se pretende llevar la teoría a la práctica, mostrando cómo la cotidianidad se relaciona con este tema.
Objetivos
Comparar el tiempo empleado por dos cuerpos de la misma forma y distintos pesos, en caer una altura determinada. Analizar experimentalmente la relación funcional entre la altura y el tiempo empleado por un cuerpo que cae libremente cerca de la superficie terrestre.
Marco Teórico
Caída Libre : Cuando un cuerpo se deja caer (o es lanzado hacia arriba) verticalmente y solo actúa sobre él la fuerza de la gravedad, se dice que dicho cuerpo lleva un movimiento de caída libre. La caída libre es un caso especial de movimiento rectilíneo uniformemente variado, con una aceleración igual a la aceleración de la gravedad (g).
Aceleración de la Gravedad : La aceleración de la gravedad es la manifestación de la atracción universal que impulsa los cuerpos hacia el centro de la tierra, es la fuerza que determina el peso de los cuerpos. La aceleración de la gravedad se denota por (g) y se define como el incremento
constante de la velocidad por unidad de tiempo percibido por un cuerpo en caída libre.
Materiales
Montaje (Figura 1) Balín
Montaje y Procedimiento
Se dispuso de un montaje (Figura 1) y utilizando un balín, se determinaron opcionalmente 5 alturas con respecto a la plataforma que disponía la varilla milimetrada del montaje. Luego se dejó caer el balín (5 veces) y se tomaron los datos del tiempo mostrados en el contador.
Resultados
| Altura (y) | Tiempo de Caída (t) | | ---------- | ------------------- | | 0.7 m | 0.396 s | | 0.55 m | 0.347 s | | 0.45 m | 0.316 s | | 0.25 m | 0.239 s | | 0.1 m | 0.157 s |
Utilizando la fórmula general g = 2y/t^2, se calculó la aceleración de la gravedad (g) para cada altura:
g(y2) = 9.1 m/s^ g(y3) = 9.0 m/s^ g(y4) = 8.8 m/s^ g(y5) = 8.1 m/s^
Margen de Error
Se calculó el porcentaje de error entre los valores obtenidos y el valor teórico de la aceleración de la gravedad (9.8 m/s^2):
Error #1: 10.1% Error #2: 7.7% Error #3: 8.8% Error #4: 11.4% Error #5: 21%
Los errores se deben principalmente a la precisión del equipo de medición y a posibles perturbaciones durante la caída del balín.
Evaluación
¿Depende el tiempo de caída de un cuerpo de su peso? En la caída libre de un cuerpo, el tiempo que emplea dicho cuerpo al llegar a tierra es totalmente independiente de su peso, debido a que en el vacío todos los cuerpos se ven afectados por la misma aceleración de la gravedad.
medidas aumentaron el margen de error, dificultando llegar al valor preciso de la fuerza gravitacional.
Sin embargo, se menciona que a través de la gráfica de altura en función del tiempo al cuadrado, se puede hallar el valor de la gravedad, ya que este viene determinado por la pendiente de dicha gráfica.
Ejemplos de Movimiento de Caída Libre
Existen numerosos ejemplos de este tipo de movimiento en nuestro entorno, ya que estamos constantemente bajo la acción de la fuerza gravitacional. Algunos ejemplos mencionados son:
La caída de frutas al suelo, como lo observó Newton, donde se evidencia claramente el movimiento de caída libre bajo la acción de la gravedad. Cualquier objeto que se deje caer o se caiga, ya sea al suelo o a otro lugar, muestra este tipo de movimiento.
Características del Movimiento de Caída Libre
Se establece que cuando un cuerpo se encuentra bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio (gravedad), este será estudiado por el fenómeno de caída libre. En este tipo de movimiento, el cuerpo se desplaza en línea recta vertical con una aceleración constante, conocida como gravedad (g), lo que produce que la velocidad aumente uniformemente durante la caída.
Este comportamiento fue validado a través del experimento realizado, a pesar de los márgenes de error encontrados, que dificultaron obtener resultados precisos en los cálculos.
