En nuestro estudio de Física, podemos encontrarnos también con la peculiaridad de la Caída libre. En esta situación se observa que no necesariamente el objeto regresa a su posición original (o cae) desde donde fue lanzado hacia arriba como lo es el tiro vertical.  Se le denomina caída libre al movimiento con el que un objeto cae por su propio peso.  🤓

caída libre

Por ejemplo, toma un marcador de pizarrón y un lapicero, colócalos frente a tus ojos y déjalos caer al piso. ¿Qué sucede? ¿Cuál tocó primero el piso? ambos llegaron al piso al mismo tiempo, ¿la vista te engaña? Escucha atentamente y trata de distinguir el ruido de cada uno al caer. Repite esta experiencia con una pelota de golf y con una canica. ¿Qué sucedió ahora? No hay diferencia apreciable, ambos tocaron el piso al mismo tiempo.

Un experimento de este tipo se atribuye a Galileo Galilei. Se dice que desde la torre inclinada de Pisa, lanzó objetos de materiales y masas diferentes y, contra lo que esperaba, sucedió que todos tocaban el piso al mismo tiempo. ¿Será cierto?, podemos descubrirlo sin mucho esfuerzo. Sube al techo de tu casa y repite el experimento con una canica y una hoja de papel. Observarás que la canica llega “más rápido” al piso. ¿Qué pasó? Cuando realizas el experimento con objetos de forma geométrica semejante, no hay diferencia apreciable. 🤔

Si se trata de objetos de forma diferente en condiciones ambientales diferentes, es posible que observes una gran diferencia. Los objetos de forma esférica se comportan siempre en forma semejante, independientemente de cómo los dejes caer y de las condiciones ambientales en las que realices el experimento. La manera en la que se presenta la caída es similar a la de los objetos que caen en el vacío, donde no existen agentes externos como una corriente de aire o una fuerza de fricción que afecten el movimiento. Así pues, se considera que la forma, tamaño y masa del objeto es importante cuando se analiza la caída de un objeto desde una altura muy grande, ya que deben considerarse múltiples factores para un análisis preciso. 

⚡ Fórmula empleada en la Caída Libre

fórmula de caída libre

Dónde:

Vf = velocidad final del objeto (que cae)

v0 = velocidad inicial del objeto

g = constante gravitacional (9.8 m/s²)

hf = altura (o posición) final del objeto

h0 = altura (o posición inicial del objeto.

📃 Ejercicios Resueltos de Caída Libre

Veamos algunos ejemplos resueltos:

 Ejemplo 1.- Una maceta cae desde una ventana. Determina la velocidad con la que choca contra el suelo y el tiempo que le toma recorrer los 8 metros que separan a la ventana del suelo. 

Solución:

La altura que recorrer la maceta desde que cae es de 8 metros, y sabemos también que la velocidad inicial es nula, no existe porque está en caída libre. Entonces sustituyendo nuestros datos en la fórmula:

a) Velocidad con la que choca contra el suelo

\displaystyle {{v}_{f}}=\sqrt{{{v}_{0}}^{2}-2g({{h}_{f}}-{{h}_{0}})}

\displaystyle {{v}_{f}}=\sqrt{{{0}^{2}}-2\left( 9.8\frac{m}{{{s}^{2}}} \right)(0m-8m)}

\displaystyle {{v}_{f}}=\sqrt{0-19.6\frac{m}{{{s}^{2}}}(-8m)}

Entonces:

\displaystyle {{v}_{f}}=\sqrt{156.8\frac{{{m}^{2}}}{{{s}^{2}}}}=12.52\frac{m}{s}

\displaystyle {{v}_{f}}=12.52\frac{m}{s}

b) Tiempo que recorre a los 8 metros

\displaystyle t=\sqrt{\frac{2h}{g}}

\displaystyle t=\sqrt{\frac{2h}{g}}=\sqrt{\frac{2\left( 8m \right)}{9.8\frac{m}{{{s}^{2}}}}}=\sqrt{\frac{16m}{9.8\frac{m}{{{s}^{2}}}}}=\sqrt{1.63}=1.27s

\displaystyle t=1.27s

 Ejemplo 2.- Desde la terraza de un edificio muy alto, un joven deja caer una pelota de tenis. Determina la distancia que recorre la pelota en el tiempo comprendido entre el cuarto y sexto segundo, después que se dejó caer.

Solución:

Como datos tenemos los tiempos, es decir: t1 = 4s y t2 = 6s.

Tenemos que calcular la altura recorrida por cada instante de tiempo señalado, definimos la distancia recorrida considerando que la caída se presenta a partir del reposo. Entonces aplicamos:

\displaystyle {{h}_{f}}={{h}_{0}}+{{v}_{0}}t-\frac{g{{t}^{2}}}{2}

a) Calculando para t1 = 4s

\displaystyle {{h}_{1}}=\left( 0\frac{m}{s} \right)\left( 4s \right)-\frac{\left( 9.8\frac{m}{{{s}^{2}}} \right){{\left( 4s \right)}^{2}}}{2}=-78.4m

b) Calculando para t2 =6s

\displaystyle {{h}_{2}}=\left( 0\frac{m}{s} \right)\left( 6s \right)-\frac{\left( 9.8\frac{m}{{{s}^{2}}} \right){{\left( 6s \right)}^{2}}}{2}=-176.4m

Entonces, podemos decir que la distancia recorrida es:

\displaystyle {{h}_{2}}-{{h}_{1}}=-98m

Respuesta:

La distancia que recorre la pelota de tenis es de 98 metros. Recordemos que la referencia 0 se toma en el sitio de lanzamiento y, como se trata de una caída libre, el signo negativo indica precisamente esta situación, el objeto se mueve hacia abajo de la posición 0, la pelota va cayendo.