Definición de caída de los cuerpos (física)

1. Se ha demostrado experimentalmente que, en un lugar dado de la Tierra, todos los cuerpos que caen libremente lo hacen con la misma aceleración si se prescinde de los efectos del rozamiento con el aire. Esto quiere decir que dos objetos que se dejan caer simultáneamente desde igual altura llegan al suelo al mismo tiempo, aunque sean muy diferentes por su tamaño y su peso. Más aún, si uno de ellos es lanzado horizontalmente en el momento en que el otro empieza a caer, también alcanzan ambos el suelo simultáneamente porque la fuerza de la gravedad les comunica la misma aceleración hacia abajo, independientemente de las demás fuerzas que puedan actuar sobre ellos. Aunque con medios muy elementales pueden realizarse otras demostraciones análogas que confirman las leyes de la caída de los cuerpos, la idea errónea de Aristóteles de que los cuerpos pesados caen más rápidamente que los ligeros ha venido aceptándose durante más de dos mil años. Parece que Galileo realizó hacia el año 1590 el experimento de dejar caer dos piedras, una pesada y otra ligera, desde lo alto de la torre inclinada de Pisa, y que observó que caían en el mismo tiempo. Mediante otros experimentos demostró con certeza la ley de caída.
   
   El hecho bien conocido de que un trozo de papel, una pluma de ave o cualquier otro objeto ligero, pero que presente una gran superficie, cae más lentamente en el aire que una moneda, por ejemplo, no está en contradicción con esta ley, pues todos ellos caen con la misma aceleración en el vacío, como se demuestra haciendo el vacío en un tubo de vidrio largo (tubo de Newton) en el que se han introducido previamente una moneda y una pluma de ave. Colocando el tubo en posición vertical e invirtiéndolo rápidamente se observará que la pluma y la moneda llegan al mismo tiempo al fondo. Si se vuelve a dejar entrar aire en el tubo, la pluma cae más lentamente.
   
   
   Al nivel del mar, el valor numérico de la aceleración de la gravedad, que se representa por la letra g, es de 978,0 cm/seg2 en el ecuador, 980,665 a los 45° de latitud y 983,2 en los polos. El valor de g es menor en el ecuador porque el radio ecuatorial de la Tierra es mayor que el polar —recuérdese que la Tierra es aproximadamente un elipsoide— y porque la fuerza centrífuga originada por el movimiento de rotación de la Tierra produce una disminución aparente de la atracción terrestre, salvo en los polos. El valor de g también disminuye conforme aumenta la altura sobre el nivel del mar. Si un cuerpo se deja caer libremente, partiendo del reposo, en un lugar en el que la aceleración de la gravedad vale 9,8 m/seg/seg, su velocidad de caída aumentará uniformemente a razón de 9,8 m/seg en cada segundo que dure su descenso y será de 9,8 m/seg al final del primer segundo, de 19,6 m/seg después de dos segundos y así sucesivamente. Algebraicamente, la velocidad vt después de los / segundos de caída es: vt = 9,8 t y en general: Vt = gt.
   
   
   Durante el primer segundo de caída la velocidad media es de (0 + 9,8)/2 = 4,9 m/seg y el cuerpo que cae recorre en ese tiempo una distancia de 4,9 m (distancia = velocidad media X tiempo). Para los dos primeros segundos de tiempo la velocidad media será (0 + 19,6)/2 = 9,8 m/seg y el espacio recorrido 19,6 m; sin embargo, en el último segundo de los dos transcurridos la velocidad media habrá sido de (9,8 + 19,6)/2 = 14,7 m/seg y el cuerpo habrá recorrido 14,7 m, es decir, 9,8 m más que en el primer segundo. Continuando este análisis pueden encontrarse las características del movimiento de caída: el espacio total recorrido en t segundos es S = 1/2 gt^2; y durante cada uno de los segundos sucesivos el cuerpo recorre 9,8 m más que en el precedente a una velocidad media 9,8 m/seg mayor.
   
   Si el cuerpo es lanzado hacia abajo con una velocidad inicial v0, su velocidad vt al cabo de t segundos será vt = v0 + gt
   
   y el espacio total recorrido S en el mismo tiempo S = v0 t + 1/2gt^2
   
   Por el contrario, si el cuerpo es lanzado hacia arriba con una velocidad inicial v0, la irá perdiendo a razón de 9,8 m/seg por cada segundo y terminará su ascensión después de t segundos, siendo t = v0/9,8; en ese momento se convertirá en un cuerpo que cae libremente partiendo del reposo en el punto más alto de su trayectoria. Un cuerpo que desciende deslizándose a lo largo de un plano inclinado de superficie libre, lo hace con un movimiento análogo al de la caída libre, pero con una aceleración a menor, que está con g en la misma relación que la altura del plano respecto a su longitud.
   
   Cuando un cuerpo cae desde una gran altura, de un aeroplano por ejemplo, la resistencia opuesta por el rozamiento con el aire, que aumenta con el cuadrado de la velocidad de caída, llega a contrarrestar la aceleración de la gravedad y a partir de ese momento el cuerpo sigue cayendo con una velocidad constante que se llama velocidad límite. Empleando un paracaídas la resistencia del aire se hace mayor y la velocidad límite se reduce, lo que permite llegar al suelo sin gran peligro. Otro fenómeno interesante es la desviación hacia el E que sufren los cuerpos durante su caída. Esto se explica teniendo en cuenta que todos los cuerpos participan del movimiento de rotación de la Tierra hacia el E a velocidad que aumenta con la altura; por tal motivo, los cuerpos que caen tocan al suelo en un punto situado algo más hacia el E que el que correspondía a la vertical del punto donde se inició su caída. Esta desviación llega a valer algo más de medio metro para una caída de un kilómetro.
   
   Como las balas, bombas y proyectiles son también cuerpos que caen, el estudio de su movimiento corresponde a la balística, que tiene en cuenta una serie de factores aparte las leyes de la caída de los cuerpos y de la resistencia del aire cuya influencia crece por efecto del viento y la velocidad de los proyectiles.

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