TP04-Ca [1]

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL 
FACULTAD REGIONAL SANTA FE 
 
 
 
 
 
 
 
FÍSICA I 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabajo Práctico 
 
Caída Libre 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UDB Física Cátedra: Física I 
 
 
 
 
 
 
 
 
Año 2010 
 
 
Dpto. de Materias 
Básicas 
Trabajo Práctico 
 
Caída Libre 
U.D.B. Física 
FÍSICA I Universidad Tecnológica Na cio nal 
Facultad Re gio nal Santa F e 
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Contenido 
 
 
 
A. Objetivo. 
 
 
 
3 
 B. Fundamentos Teóricos. 3 
 C. Instrumentos y Elementos Utilizados. 4 
 D. Manejo del Equipo. 4 
 E. Ejecución del Trabajo. 5 
 F. Para pensar y responder. 6 
 G. Observaciones. 7 
 H. Bibliografía. 7 
 
 
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Trabajo Práctico 
 
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TRABAJO PRÁCTICO 
CAÍDA LIBRE 
 
 
A. Objetivo 
Comprobar la ley que rige la caída libre de los cuerpos. 
 
 
 
B. Fundamentos Teóricos 
Si liberamos un cuerpo en el espacio de manera que describa un movimiento de caída libre, 
y además, despreciamos los efectos del aire a oponerse al movimiento de caída de los cuerpos en 
estudio, encontraremos una regularidad notable; y es que todos los cuerpos, independientemente 
de su tamaño, forma, o composición, caen con la misma aceleración en la misma región vecina a 
la superficie de la Tierra. Esta aceleración se llama aceleración en caída libre, o bien, 
aceleración debida a la gravedad y en las ecuaciones se simboliza con la letra g . 
Si bien, y a nuestros fines experimentales, consideramos que la aceleración de la gravedad 
es constante en una región determinada sobre la superficie de la Tierra, tal idealización es 
aceptable en nuestro afán de hallar el valor de la gravedad. Si bien la gravedad varía con la 
distancia al centro de la Tierra, para intervalos de distancia de caída pequeñas comparada con el 
radio de la Tierra (6400 [Km.]) podemos 
considerarla como constante en ese pequeño 
trayecto. 
Es menester aclarar que los cuerpos que 
son lanzados hacia arriba –verticalmente- 
experimentan la misma aceleración de 
aquellos que son lanzados –o, simplemente 
liberados- hacia abajo, es decir, en ambos 
acontecimientos los cuerpos poseen la misma 
aceleración gravitacional, tanto en módulo 
como en dirección y sentido, puesto que e l 
campo gravitatorio dentro del cual se mueven 
estas pequeñas masas de prueba no depende 
de ellas sino de la Tierra. 
 
 
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C. Instrumentos y Elementos Utilizados 
 
1. Mecanismo para poner en libertad la 
bola. 
2. Soporte o abrazadera. 
3. Tornillo de contacto. 
4. Tornillo mariposa. 
5. Pasador. 
6. Tornillo de ajuste. 
7. Lamina de contacto. 
8. Receptor de piso. 
9. Cronómetro. 
10. Bola de acero 
11. Columna. 
12. Transformador con rectificador 220 
[V] c.a. / 9 [V] c.c. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
figura 1 
Además se utilizará una regla milimetrada para medir la altura de caída de la bola de acero. 
 
 
 
D. Manejo del Equipo 
Primero se debe verificar que el instrumental esté correctamente montado y conectado 
según puede seguirse con facilidad en la figura 1, y, posteriormente, verificado por el docente. 
Una vez constatado ello, se procede a alimentar el equipo conectando el transformador a la red 
alterna de 220 votl. 
La bola de acero (de 16 milímetros de diámetro) se sostiene entre la lámina (7) y el tornillo 
de contacto (3) de la siguiente manera: primero se debe desajustar el pasador (5) con el tornillo de 
ajuste (6), luego se introduce la bola de acero entre el orificio de la lámina y el tornillo de 
contacto para luego oprimir el pasador de manera tal que la lámina presione a la bola sobre el 
tornillo de contacto, luego se debe ajustar el tornillo de ajuste de forma tal que la bola se vea 
sostenida por el orificio y la presión de la lámina sobre el tornillo de contacto. De esta manera la 
bola de metal queda en serie con el circuito, asiendo las veces de conductor lo cual permite cerrar 
el mismo a través del cronómetro. 
El receptor de piso se coloca inmediatamente debajo de la bola de acero de forma tal que 
ésta caiga sobre el mismo cerrando otro circuito que interrumpe la cuenta del cronómetro que 
había empezado a contar desde el instante en que se liberó la esfera de acero del contacto que 
hacía entre la lámina y el tornillo de contacto, es decir, el cronómetro mide el tiempo de vuelo de 
la esfera, o, dicho de otro modo, mide el tiempo en el cual la bola se encuentra solamente bajo los 
efectos de la caída libre. 
La manera de liberar la bola de acero es desajustando el tornillo de ajuste (6) del pasador 
previamente habiendo oprimido el pulsador (reset) del cronómetro para llevarlo a cero. El 
cronómetro aprecia la milésima de segundo, o sea: 0,001 segundos. 
La altura o distancia que recorrerá la bola se determinará cuidadosamente con la regla 
milimetrada; el cero de la regla se debe posicionar sobre el receptor de piso, y se tomará la 
distancia entre éste y la parte inferior de la bola de acero. 
 
 
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E. Ejecución del Trabajo Práctico 
1. Se tomarán cinco mediciones de tiempo de caída de la bola para cinco diferentes alturas. 
Luego se calculará el promedio de estos tiempos para cada una de las alturas y también se 
determinará el cuadrado del mismo. 
Estos datos, recogidos de la experiencia, podrán ser volcados en el cuadro que sigue: 
 
h m t
1 
s t
2 
s t3 s t4 s t5 s t s t 
2 
s 
 
 
 
 
 
 
2. Una vez completado el cuadro, en hoja milimetrada se deberán trazar las curvas 
h f t 2 y h f t ; o sea, cada coordenada t 2 , h y t , h corresponde a un punto de la curva, 
respectivamente. 
Dichas curvas tendrán la forma de las figuras 3 y 4, 
respectivamente, si bien previo a ser trazadas se verán 
definidas por una nube de puntos sobre la cual se proyectarán 
las curvas promedio, buscando el mejor criterio para ello (es 
decir, debe tenerse en cuenta que puede haber puntos que se 
desvíen demasiado de lo normal). 
3. Una vez trazada la curva h 
 
f t 2 
 
a escala en la 
hoja milimetrada, el alumno deberá tomar a esta recta como 
la hipotenusa de un triángulo cuyos catetos corresponderán a 
un h y a un t 
2 
cuya longitud estará a criterio del alumno. 
 
 
 
es h 
Debe notarse que si la ecuación de la función h 
1 
.g.t 2 , entonces la pendiente corresponde a: 
2 
f t 2 
p 
g 
2 
y como en la gráfica la pendiente viene dada por, 
p 
h 
t 
2
 
la aceleración de la gravedad la podremos determinar 
igualando ambas ecuaciones, como sigue: 
g 2. 
h 
t 
2
 
Finalmente, se determinará el error porcentual de la aceleración de la gravedad surgido de 
la experiencia: 
% 
g 
g teórico 
 
.100% 
 
 
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% 
g teórico g práctico .100% 
 
 
tomando como 
 
 
g teórico 
g teórico 
9,80 m 2 . El error porcentual debe ser menor al 5 %. s 
4. La figura 4 representa una parábola descripta por la ecuación h 
1 
.g.t 2 
2 
 
correspondiente 
a la función h f t , de manera que la tangente del ángulo de una reta tangente a un punto dado 
de dicha curva representa el valor de la velocidad del cuerpo en ese punto, es decir, la velocidad 
del cuerpo para una altura determinada (en el eje de ordenadas). 
En esta parte del trabajo, se escogerán dos coordenadas( t , h) a partir de la curva promedio 
traza sobre la nube de puntos en la hoja milimetrada. Para estas coordenadas, se hallará la 
velocidad de manera gráfica, y luego se verificará con métodos analít icos. 
Gráficamente, se trazará una recta tangente al punto considerado, escogiendo, a criterio del 
alumno, un h y un t de manera que: 
 
 
 
 
Analíticamente, 
 
v 
 
 
 
vanalít . 
 
 
gráf . 
h 
t 
 
2.g teórico .hp 
El error porcentual debe ser menor al 5 %. 
5. A demás de ello, se trazará en una misma hoja milimetrada las curvas: 
ateórico g teórico t y a práctico g práctico t 
 
 
 
F. Para pensar y responder 
a. Proponga razones que permitan justificar por qué asumimos en nuestros cálculos de 
cinemática -realizados en clases-, que la aceleración gravitatoria es constante. ¿Es posible asumir 
esta misma condición si tenemos que realizar un trabajo práctico de caída libre en un avión en 
vuelo a altura constante? 
b. ¿Cuáles son las características físicas que puede atribuirle a un campo gravitatorio? (De 
acuerdo a lo visto en clases). 
c. ¿Cuál es el valor de la aceleración gravitatorio que posee una esfera, como en este trabajo 
práctico, antes de ser liberada del soporte superior? Justifique. 
d. ¿Cuáles son los indicadores -de los resultados- de este trabajo que le permiten anunciar 
que se ha comprobado la ley que rige la caída de los cuerpos? 
e. ¿Cuándo sospecha que se comete mayor error en las mediciones de tiempo: cuando la 
altura de caída es mayor o cuando es menor? Según su respuesta, ¿hacia dónde cree que se 
moverían los puntos en el gráfico de la recta promedio trazada? Y según esto último, ¿qué 
precauciones puede tomar para que la pendiente de la recta no se aparte de su posición más 
exacta? 
f. Según lo planteado en el ítem anterior, ¿cómo se comportaría la curva si la medición se 
tomara para alturas (de laboratorio, ideales) cada vez mayores (desprecie la influencia del aire)? 
 
 
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G. Observaciones 
El alumno deberá presentar un informe que mínimamente contendrá: 
a. Objetivo. 
b. Descripción del Instrumental utilizado. 
c. Descripción de la experiencia. 
d. Cuadro de valores leídos y calculados, gráficos de los valores obtenidos, 
ecuaciones y cálculos. 
e. Observaciones y consideraciones extraídas de la experiencia y de los errores 
cometidos en ella. 
f. Respuesta a las preguntas propuestas. 
g. Conclusión. 
 
 
H. Bibliografía 
Física I – Volumen 1 – Cuarta Edición – R. Resnick, D. Halliday y K. Krane. 
Física I – Volumen 1 – Tercera Edición – Raymond Serway y John Jewet. 
Física – Quinta Edición – Jerry Wilson y Anthony Buffa. 
Manual de Instrucciones y Guía de Experimentos del Modelo ME9202C de PASCO. 
Física universitaria – Volumen I – 9na Edición – Sears, Zemannsky, Young y Freeman. 
Física – Volumen I – Tercera Edición – Paul Tipler. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Confeccionado en 2004 
Revisiones: 2005, 2006, 2007, 2010.