Caída Libre y Leyes de Newton: Conceptos y Características

Caída Libre de los Cuerpos

Características Principales:

1. Todos los cuerpos, sin importar su naturaleza, tamaño o forma, caen de igual manera en el vacío.
2. Este movimiento en dirección vertical es adquirido cuando se dejan caer en el vacío.

Para efectos de problemas, haremos las siguientes consideraciones:

1. Cuando el movimiento es hacia abajo, seleccionaremos el eje (y) dirigido hacia abajo y el valor de g (aceleración de la gravedad) es positivo.
2. Cuando el movimiento es hacia arriba, seleccionaremos el eje (y) dirigido hacia abajo y el valor de g es negativo.

La aceleración de la gravedad es un valor constante para cada lugar, puesto que depende de la latitud y la altura sobre el nivel del mar. La aceleración de la gravedad suele designarse con la letra g. Su valor constante a nivel del mar y a una latitud de 45° es:

Movimiento Vertical Ascendente

Consideremos un cuerpo que es lanzado verticalmente hacia arriba desde el punto A, tal como lo indica la figura (no incluida). Una vez iniciado el movimiento, su rapidez va disminuyendo cada segundo en una magnitud numéricamente igual a la aceleración de la gravedad; es decir, disminuye 9,8 m/s cada segundo. Esto indica que se trata de un movimiento uniformemente retardado (MUR).

Llegará un momento en donde la rapidez es 0 y el cuerpo ha alcanzado su altura máxima. Estando ubicado en esa altura máxima, comienza a caer libremente, realizando un movimiento uniformemente acelerado (MUA) con v_o = 0 hasta llegar nuevamente al suelo. En el instante de caer, tendrá la misma rapidez que tenía en ese mismo punto en el momento del lanzamiento.

Características del Lanzamiento Vertical Hacia Arriba:

1. En la figura anterior (no incluida), el movimiento de la posición A hasta la posición B es un movimiento uniformemente retardado.
2. En el punto B, el móvil tiene una rapidez igual a 0.
3. La rapidez que tiene el móvil en el momento de ser lanzado en el punto A es igual a la rapidez que tendría en el instante de llegar al punto C.
4. El tiempo en subir es igual al tiempo que tarda en bajar.

Dinámica

Es la parte de la mecánica encargada de estudiar el movimiento y sus causas.

Fuerza

Es toda causa capaz de originar dos clases de efectos:

1. Efecto dinámico: Es aquel que produce o modifica el movimiento de un cuerpo.
2. Efecto deformador: Es aquel que cambia la forma de los cuerpos.

Equilibrio de las Fuerzas

• Se llaman fuerzas equilibradas a las fuerzas que, actuando simultáneamente sobre un cuerpo, no le causan aceleración.
• Un cuerpo está en equilibrio cuando no se modifica su estado de reposo o de movimiento.

Masa e Inercia

• Inercia: Es una propiedad que poseen todos los cuerpos y consiste en que, para que un cuerpo varíe su estado de reposo o de movimiento, es necesario que otro actúe sobre él durante un intervalo de tiempo determinado.
• Masa: La masa de un cuerpo es la magnitud que expresa la medida de su inercia.

Primera Ley de Newton o Ley de Inercia

Existen dos formulaciones comunes:

1. Todo cuerpo en reposo o movimiento rectilíneo uniforme tiende a mantener su estado siempre y cuando sobre él no actúe una fuerza externa.
2. Si sobre un cuerpo no actúa ninguna fuerza, o actúan varias que se anulan entre sí, entonces el cuerpo está en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme.

Segunda Ley de Newton

Casos:

1. Cuando la masa se mantiene constante, la aceleración de un objeto (como una caja) es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre ella.
2. Si mantenemos constante la fuerza, la aceleración es inversamente proporcional a la masa.