Caída libre: ¿La masa cambia la rapidez con la que caen las cosas?
1 · Predecir
Deja caer una pelota ligera, mediana y pesada desde la misma altura al mismo tiempo. ¿Cuál llega primero al suelo?
- La pelota más pesada cae más rápido y aterriza primero.
- Los tres caen al mismo ritmo y aterrizan juntos.
- La bola más ligera cae más rápido y aterriza primero.
2 · Configurar
- Abra el ajuste preestablecido de caída libre. Debería ver tres bolas de diferentes tamaños alineadas a la misma altura.
- Conecte la sonda de altura a la bola mediana y confirme que las tres bolas comiencen en la misma posición y.
- Ejecute la simulación y utilice el cronómetro/contador de fotogramas para cronometrar la caída de cada bola.
3 · Recopilar datos
| Masa (kg) | Tiempo transcurrido (s) | Velocidad de caída (m/s) | Cantidad de movimiento (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 3.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 |
Trace la velocidad de caída (eje y) frente al tiempo transcurrido (eje x) para las tres bolas en la misma gráfica.
4 · Analizar
- Compare las velocidades de caída de las bolas ligera, mediana y pesada al mismo tiempo transcurrido. ¿Qué nota?
- Usando sus datos, calcule la aceleración (Δvelocidad / Δtiempo) para cada bola. ¿Cómo se compara con g = 9.8 m/s²?
5 · Ampliar
- Una pluma y una bola de boliche que se dejan caer en el aire real NO caen juntas. ¿Qué fuerza, ausente en este simulador idealizado, causa esa diferencia?
- Los astronautas en la Luna dejaron caer un martillo y una pluma y aterrizaron juntos. Explique por qué la Luna es un mejor lugar que la Tierra para ver esta demostración con objetos reales.
La física detrás de este experimento
Cantidad de movimiento
Aunque las tres bolas comparten la misma velocidad de caída en un momento dado, sus momentos difieren porque el momento aumenta con la masa; esta es la razón por la que la bola pesada causaría más daño al impactar a pesar de no caer más rápido.
Mecánica
- Movimiento de proyectiles y energía cinética
- Bola en una rampa: energía en una pendiente sin fricción
- Bloque en una rampa de fricción: encontrar el umbral de fricción estática
- Velocidad terminal: caída por arrastre
- Laboratorio de fuerza: segunda ley de Newton
- Fuerzas opuestas: segunda ley y momento de Newton
- Pelota que rebota: pérdida de energía en el impacto
- Colisiones elásticas y conservación del momento
- Colisión inelástica y conservación del momento
- La cuna de Newton: transferencia de momento y energía
- Péndulo sencillo
- Masa sobre un resorte: movimiento armónico simple