Caida Libre

CAIDA LIBRE

En física, se denomina caída libre al movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definición formal excluye a todas las caídas reales influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia aerodinámica del aire, así como a cualquier otra que tenga lugar en el seno de un fluido, sin embargo es frecuente también referirse coloquialmente a estascomo caídas libres, aunque los efectos de la viscosidad del medio no sean por lo general despreciables.
El concepto es aplicable también a objetos en movimiento vertical ascendente sometidos a la acción desaceleradora de la gravedad, como un disparo vertical; o a satélites en orbita alrededor de la tierra o de cualquier otro cuerpo celeste. Otros sucesos referidos también como caída libre loconstituyen las trayectorias geodésicas en el espacio-tiempo descritas en la teoría de la relatividad general.
Ejemplos de caída libre deportiva los encontramos en actividades basadas en dejarse caer una persona a través de la atmosfera sin sustentación alar ni de paracaídas durante un cierto trayecto.

Caída libre como sistema de referencia
Un sistema de referencia ligado a un cuerpo en caídalibre puede considerarse inercial o no inercial en función del marco teórico que se esté usando.
En la física clásica, la fuerza gravitatoria que se ejerce sobre una masa es proporcional a la intensidad del campo gravitatorio en la posición espacial donde se encuentre dicha masa.
La constante de proporcionalidad es precisamente el valor de la masa inercial del cuerpo, tal y como establece elprincipio de equivalencia. En la física relativista, la gravedad es el efecto que produce sobre las trayectorias de los cuerpos la curvatura del espacio-tiempo; en este caso la gravedad no es una fuerza, sino una geodésica. Por tanto, desde el punto de vista de la física clásica, un sistema de referencia en caída libre es un sistema acelerado por la fuerza de gravedad y, como tal, es no inercial. Por elcontrario, desde el punto de vista de la física relativista, el mismo sistema de referencia es inercial, pues aunque esta acelerado en el espacio, no esta acelerado en el espacio-tiempo. La diferencia radica en la propia definición de los conceptos geométricos y cinemáticos, que para cada marco teórico son completamente diferentes.


Caída libre ideal:
En la caída libre ideal, se desprecia laresistencia aerodinámica que presenta el aire al movimiento del cuerpo, analizando lo que pasaría en el vacio. En esas condiciones, la aceleración que adquiriría el cuerpo seria debida exclusivamente a la gravedad, siendo independiente de su masa; por ejemplo, si dejáramos caer una bala de cañón y una pluma en el vacio, ambos adquirían la misma aceleración, g, que es la aceleración de lagravedad.

Ecuación del movimiento:
De acuerdo a la 2ª ley de Newton, la fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual al producto de su masa por la aceleración que adquiere. En caída libre solo intervienen el peso, P (vertical, hacia abajo) y el rozamiento aerodinámico f (u) en la misma dirección, y sentido opuesto a la velocidad. Dentro de un campo gravitatorio aproximadamente constante, la ecuación delmovimiento de caída libre es:

F= P + f = -mgj – f v/u = m dv/dt
La aceleración de la gravedad, g, lleva signo negativo porque se toma el eje vertical como positivo hacia arriba.

Trayectoria en caída libre:
Caída libre totalmente vertical
El movimiento del cuerpo en caída libre es vertical con velocidad creciente (aproximadamente movimiento uniformemente acelerado con aceleración g)(aproximadamente porque la velocidad aumenta cuando el objeto disminuye en altura, en la mayoría de los casos la variación es depreciable). La ecuación de movimiento se puede escribir en términos la altura y:
-mg + f = may
Si, en primera aproximación, se desprecia la fuerza de rozamiento, cosa que puede hacerse para caídas desde pequeñas alturas de cuerpos relativamente compactos, en las que se...