Mecánica

Velocidad terminal

Observa cómo la velocidad se estabiliza mucho antes de aterrizar, y la aceleración (a) tiende a 0 cuando la resistencia del aire iguala a la gravedad.

Velocidad terminal — simulación interactiva de Mecánica. Observa cómo la velocidad se estabiliza mucho antes de aterrizar, y la aceleración (a) tiende a 0 cuando la resistencia del aire iguala a la gravedad. Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.

Velocidad terminal

A medida que un objeto en caída acelera, la resistencia del aire crece hasta equilibrar el peso. La aceleración cae a cero y la velocidad se estabiliza.

Antes de la velocidad terminal, el peso supera la resistencia y el objeto acelera. Al aumentar la velocidad, la resistencia crece hasta que la fuerza neta es cero. Entonces cae a velocidad terminal casi constante.

• Fuerza neta F_net = mg − F_drag
• A velocidad terminal: a → 0

Informe de investigación

Planifique la pregunta antes de abrir el laboratorio.

El resumen refleja la página prerenderizada: la pregunta guía, las predicciones contrapuestas, los roles de las variables, las leyes que rigen, la preparación y las indicaciones de análisis y extensión permanecen visibles y en este orden.

Pregunta de conducción

Un paracaidista cae por el aire, que lo empuja hacia atrás con una fuerza de arrastre que crece con la velocidad. Si el paracaidista ajusta la posición de su cuerpo para aumentar la resistencia del aire, ¿su velocidad de caída constante (velocidad terminal) termina siendo mayor, menor o igual que con menos resistencia?

Predicciones para pesar

• Una mayor resistencia del aire da una mayor velocidad terminal.
• La velocidad terminal es la misma independientemente de la resistencia del aire.
• Una mayor resistencia del aire da una velocidad terminal más baja.

Roles variables

Lo que configuraste:

• misa (kg)
• Arrastre aéreo

Lo que mides:

• Velocidad terminal (m/s)
• KE a velocidad terminal (J)

Cómo se desarrolla la investigación

1. Abra el ajuste preestablecido de Velocidad terminal. Un paracaidista (bola) comienza cerca de la parte superior de la escena y cae bajo la gravedad mientras el aire actúa sobre él.
2. Confirme que la sonda de velocidad esté conectada al paracaidista, luego verifique su masa y el valor de resistencia del aire (frictionAir) en el panel Inspector.
3. Para cada fila a continuación, configure la masa y la resistencia del aire del paracaidista en el Inspector para que coincidan, ejecute la simulación hasta que la lectura de velocidad de la sonda deje de cambiar (se acercará a un valor estable antes de que el paracaidista llegue al piso) y registre esa velocidad constante.

Ecuación rectora

Segunda ley de Newton en equilibrio — F = m·a

La fuerza neta es igual a la masa por la aceleración. A medida que el paracaidista acelera, la fuerza de arrastre hacia arriba crece hasta equilibrar exactamente la fuerza descendente de la gravedad: la fuerza neta (y por lo tanto la aceleración) cae a cero y la velocidad deja de cambiar. Esa velocidad constante es la velocidad terminal que midiste.

Energía cinética — KE = ½·m·v²

La energía cinética es la mitad de la masa por la velocidad al cuadrado. Una vez que el paracaidista alcanza la velocidad terminal, esta es la energía cinética que transporta durante el resto de la caída: energía que la resistencia del aire elimina continuamente en forma de calor, manteniendo la velocidad constante.

Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan

• Para cada fila, multiplica la velocidad terminal que mediste por el valor de resistencia del aire y luego por 60. Deberías acercarte a 9.8 × (1 − resistencia), no exactamente a 9.8. ¿Por qué? La simulación aplica la resistencia una vez por fotograma en lugar de continuamente, y eso cuesta exactamente un factor (1 − resistencia). ¿Qué te sigue diciendo ese equilibrio sobre las fuerzas cuando el paracaidista deja de acelerar?
• Cada fila usa la misma masa. ¿Aparece masa en algún lugar de la relación que encontraste en la pregunta anterior? Según sus datos, ¿un paracaidista más pesado alcanza una velocidad terminal diferente que uno más ligero en esta simulación?

¿Dónde aparece esto más allá del laboratorio?

• La resistencia real del aire crece con el cuadrado de la velocidad, no directamente con la velocidad, y su fuerza depende del área de la sección transversal y la masa del objeto. Prediga cómo cambiaría la velocidad terminal de un paracaidista real entre una posición de "águila extendida" boca abajo y una inmersión con los pies hacia abajo, y por qué la masa es importante para un paracaidista real aunque no sea así en los datos anteriores.
• Un paracaidista abre un paracaídas, lo que aumenta drásticamente su resistencia al aire. Usando la relación que encontraste, predice qué sucede con su velocidad de caída justo después de que se abre el dosel y explica por qué no saltan instantáneamente a la nueva velocidad terminal.

• AP Physics 1 — Unit 2: Force and Translational Dynamics
• AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
• IB Physics — A.2 Forces and momentum
• General High School Physics — Forces & Newton's laws
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law

1. Bienvenido a la velocidad terminal
2. Selecciona el paracaidista
3. Pulsa Reproducir
4. La velocidad se estabiliza
5. Abre los datos
6. ¡Lo lograste!

Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.

Abrir laboratorio interactivo →

Descargar ficha de laboratorio →

Segunda Ley de Newton