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Caida libre, 1 de 4
C AÍDA LIBRE
Fecha: 12/11/
1. Objetivo de la práctica
Estudio de la caída libre de un objeto y determinación de la aceleración de la gravedad, g.
2. Material
Soporte con dispositivos de enganche y de parada Regla milimetrada Cronómetro digital con resolución de 0,0001 s Bola metálica
Laboratorio de Física
Grado en Biología
Fig. 1. Montaje para el estudio de la caída libre
Electroimán para sujetar ysoltar la bola al regla milimetradaSoporte con disparar el cronómetro
Dispositivo para detenerla bola y el cronómetro Cronómetro digital(±0,0001 s)
3. Teoría
La caída de un cuerpo en el campo gravitatorio de la Tierra es el ejemplo más típico de movimiento uniformemente acelerado (siempre que la longitud de la trayec- toria sea mucho menor que el radio de la Tierra para poder considerar g constante). La fuerza gravitatoria que actúa sobre un cuerpo es proporcional a su masa, F = m · g , por lo que la ecuación de Newton ma = F = mg (1) indica que la aceleración a = g es independiente de la masa del cuerpo. Si el objeto que cae parte del reposo ( v = 0 para t = 0), la cinemática del movimiento uniforme- mente acelerado predice que la distancia vertical h que ha caído el objeto dependerá del tiempo de acuerdo con la ecuación
2 2 h ( t ) 1 gt (2)
en donde se ha tomado como origen de distancias la posición del instante inicial, h (0) = 0. El problema para comprobar experimentalmente la ley (2) está en que, para las distancias 1 m típicas del laboratorio, los tiempos de caída son menores de 1 s, por lo que los errores cometidos en la medida con un cronómetro ordinario son dema- siado grandes. Por esta razón, hay que usar un cronómetro que aprecie hasta milé- simas de segundo y que se detenga automáticamente; así se consigue suficiente precisión en la medida del tiempo de caída.
4. Montaje experimental
La práctica consta de un soporte con un electroimán de enganche de la bola metálica que la suelta en el mismo momento que se dispara el cronómetro, y una base para detener la bola y el cronómetro también al mismo tiempo. Las alturas rela- tivas entre ambos se pueden variar y medir con la regla milimetrada. Antes de cada medida, el cronómetro se debe poner a cero.
5. Medidas a realizar
a) Empezando por la altura máxima posible (típicamente h 1 m), se fija la bola metálica en el dispositivo de enganche. Se pone el cronómetro a cero y se suelta la bola (el cronómetro empieza a medir). Cuando la bola choca con la base el cronómetro se detiene; se anota el tiempo t 1 en la Tabla 1.
Bibliografía
- F. Cussó, C. López y R. Villar, Física de los procesos biológicos , Cap. 3 Fuer- zas elementales y derivadas. Entornos con fricción. Ariel Ciencia (2004).
- R. Villar, C. López y F. Cussó, Fundamentos físicos de los procesos biológicos , Cap. 3 Fuerzas elementales y derivadas. Entornos con fricción. Editorial Club Universitario (2013).
- P. A. Tipler y G. Mosca, Física para la ciencia y la tecnología , Volumen 1, Ed. Reverté (2010).
Tabla 1. Anotaciones de datos y cálculos (Precisión regla mm; precisión cronómetro s) h (m)
log h h/h
t 1 (s)
t 2 (s)
t 3 (s)
t 4 (s)
t 5 (s)
t t (s)
t^2 ( t^2 ) (s 2 )
log t t/t
