Resolución de problemas basados ​​en caída libre

Cuando un objeto está en posición de reposo, tiene energía almacenada y cuando el objeto comienza a moverse, se dice que el objeto está en movimiento. Un objeto en movimiento tiene energía cinética, y no se genera, se obtiene simplemente convirtiendo la energía que tenía el objeto cuando estaba en posición de reposo. El movimiento se puede definir de diferentes maneras, el movimiento 1-D o el movimiento unidimensional es cuando el objeto se mueve solo en 1 coordenada, por ejemplo, un niño montando su bicicleta en línea recta. El movimiento 2-D o bidimensional es cuando el objeto se mueve en 2 coordenadas, principalmente en las coordenadas x e y, por ejemplo, los niños juegan y corren en diferentes direcciones. El movimiento tridimensional o tridimensional se observa cuando un objeto se mueve en las tres dimensiones, por ejemplo, un avión o un avión de combate se mueve en las tres direcciones.

Hay algunos tipos especiales de movimiento como el movimiento circular, el movimiento parabólico y la caída libre. Sin embargo, estos también entran en la categoría de los mencionados anteriormente, es decir, el movimiento circular es un movimiento 2-D, el movimiento parabólico también es 2-D, la caída libre es unidimensional. El tipo de movimiento más básico para aprender y comprender es el movimiento 1-D. Aprendamos sobre el movimiento 1-D con más detalle,

Movimiento en línea recta

Un cuerpo que viaja en línea recta y en una dirección tiene movimiento en línea recta. Los ejemplos pueden ser un automóvil que se mueve en línea recta o un objeto en caída libre. Se sabe que el cuerpo tiene un movimiento uniforme en línea recta si recorre la misma distancia por unidad de tiempo. Por ejemplo, si un automóvil viaja 3 metros cada segundo, está recorriendo la misma distancia cada segundo, la velocidad del cuerpo es de 3 m/seg. 

El otro caso puede ser tener aceleración uniforme, en este caso, el cuerpo tiene aceleración constante, la velocidad cambia uniformemente.

Se sabe que el cuerpo/objeto tiene un movimiento no uniforme en línea recta si viaja distancias desiguales en intervalos de tiempo iguales. Por ejemplo, un automóvil que recorre 2 metros durante el primer segundo y 3 metros durante el siguiente segundo.

Caida libre

La caída libre de un objeto se define cuando el objeto está únicamente bajo la influencia de la fuerza de la gravedad y ninguna otra fuerza actúa sobre él. En la vida real, un objeto cuando experimenta una caída libre, también experimenta otras fuerzas como la fricción del aire, etc. Por lo tanto, no se considerará una caída libre. Los casos de caída libre pueden ser la luna girando alrededor del sol, ya que solo experimenta fuerza bajo 

Ecuaciones de movimiento para caída libre

• Primera ecuación de movimiento

Ya que, durante la caída libre, la velocidad inicial del objeto es 0m/seg y la aceleración sobre la que actúa es la aceleración debida a la gravedad (g= 9,8 m/seg2). la ecuación se verá así,

v= u+ en

u=0m/seg, a=g= 9,8m/seg ²

v = g

• Segunda ecuación de movimiento

Como se mencionó anteriormente, la segunda ecuación de movimiento en caída libre será,

S = ut+ 1/2(en ² )

S = H, u=0m/seg, a= g= 9,8 m/seg ²

H = 1/2 (gt ² )

• Tercera ecuación de movimiento

La tercera ecuación de movimiento en caída libre,

v ² = tu ² + 2aS

S= H, u=0m/seg, a= g= 9,8m/seg ²

v2 ⁼ 2gH

 

Tabla para mostrar las Velocidades Finales, distancia recorrida, en cada segundo de Caída Libre,

Tiempo (en segundos)	0	1	2	3	4	5
Aceleración (en m/s 2 )	9.8	9.8	9.8	9.8	9.8	9.8
distancia (en metros)	0	4.9	19.6	44.1	78.4	122.5
velocidad (en m/s)	0	9.8	19.6	29.4	39.2	49

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Qué sucede cuando un objeto sufre caída libre?

Responder:

Cuando un objeto experimenta una caída libre, comienza con una velocidad inicial cero y continúa aumentando su velocidad a razón de 9,8 m/seg, por lo tanto, experimenta una aceleración de 9,8 m/seg ² que también se conoce como aceleración debida a la gravedad .

Pregunta 2: ¿Cuál es la velocidad final de la pelota si se deja caer desde cierta altura y tarda 10 segundos en llegar al suelo? No se tiene en cuenta la resistencia del aire. [tomar g= 10 m/seg ² ]

Solución:

Aplicando la primera ecuación de movimiento en caída libre,

u= 0m/seg, S=H, a= g= 10m/seg ² (dado)

v= u+ en

v=gt

v = 10 × 10

v= 100m/seg

Pregunta 3: Rohan dejó caer su pelota desde una altura de 5 metros y luego corrió escaleras abajo muy rápido para ver si podía atrapar la pelota, tarda 1 minuto en llegar al suelo. ¿Podrá atrapar la pelota? Tenga en cuenta que se desprecia la fricción del aire.

Solución:

Aplicando la segunda ecuación de movimiento en caída libre,

S= ut+ 1/2(en ² )

u=0 m/seg, a= g= 9,8 m/seg ² , S=H

H= 1/2( ^gt2 )

5 = 1/2 (9.8 × t ² )

t2 ⁼ 10/9,8

t= 1,01 segundo

Pues está muy claro que Rohan tarda 1 minuto entero en llegar al suelo mientras que el balón llega al suelo en 1,01 segundos. Por lo tanto, no hay forma de que pueda atrapar la pelota.

Pregunta 4: Si un objeto sufre caída libre, ¿cuál será la velocidad del objeto en el décimo segundo?

Solución:

Aplicando la primera ecuación de movimiento en caída libre,

v=gt

v = 9.8 × 10

v= 98m/seg

Por lo tanto, en el décimo segundo, la velocidad del objeto será de 98 m/seg.

Pregunta 5: Encuentra la altura desde la que se deja caer un juguete, si va en estado de caída libre y la velocidad final alcanzada por el juguete es de 20 m/seg.

Solución:

Aplicando la tercera ecuación de movimiento,

v ² = tu ² + 2aS

Bajo caída libre,

u= 0m/seg, a= g= 9,8m/seg ² , S=H

v2 ⁼ 2gH

20 ² = 2 × 9,8 × altura

400 = 19,6 × altura

H= 20,40 metros.