La caída libre es un caso especial de movimiento lineal uniformemente acelerado. El objeto comienza a moverse desde el reposo solo debido a la gravedad, sin considerar la resistencia del aire ni la flotabilidad. Su velocidad inicial es igual a 0 y su aceleración es g = 9.8 m/s², en dirección vertical hacia abajo. A veces, para facilitar el cálculo, es posible tomar g = 10 m/s².
Fórmula de la caída libre
El eje x está orientado verticalmente hacia abajo, y su origen es el punto de partida del objeto. Luego, se sustituyen x₀ = 0, v₀ = 0 y a = g en la fórmula del movimiento lineal uniformemente acelerado.
Los ejercicios sobre caída libre suelen ser tan simples que la respuesta se puede obtener directamente al colocar los números en la fórmula. A veces se utilizan situaciones de liberación retardada y objetos no puntuales para hacer que el problema sea más difícil.
Caída libre no simultánea
Dos pelotas caen libremente debido a la gravedad. La pelota 1 está a 60 m más alta que la pelota 2. La pelota 2 se libera después de 2 segundos de que se libera la pelota 1 y ambas llegan al suelo al mismo tiempo. ¿Cuáles son sus alturas? La aceleración g es igual a 10 m/s² para facilitar el cálculo.
El x₁ es la altura de la pelota 1, el x₂ es la altura de la pelota 2. El t₁ es el tiempo que tarda la pelota 1 en llegar al suelo. El t₂ es el tiempo que tarda la pelota 2 en llegar al suelo.
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Objeto no puntual cayendo
Una barra de madera de longitud L cae libremente debido a la gravedad. Su extremo pasa por el sensor con una velocidad v₁. Cuando su extremo opuesto pasa por el sensor, su velocidad es v₃. ¿Cuál es la velocidad de su parte media al pasar por el sensor?
La longitud y forma del objeto se utilizan para interferir con tu idea y hacer que el problema sea más difícil. No hay rotación en este problema, solo translación, y todos los puntos del objeto se mueven con la misma velocidad, por lo que solo necesitamos estudiar un punto en el objeto. Elegimos la parte superior de la barra para estudiar su movimiento. Ahora traduzcamos este problema en otro equivalente. Una partícula que cae libremente pasa por x₁ y x₃ con velocidades v₁ y v₃ respectivamente, y encontramos su velocidad en el punto medio x₂.
Ya hemos discutido este problema en el artículo sobre el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.