La caída libre y el tiro vertical son movimientos verticales en los que solo actúa la gravedad. En los ejercicios de caída libre, se deja caer un cuerpo desde el reposo. En los de tiro vertical, se lo lanza hacia arriba. Para estudiarlos, no se tiene en cuenta la resistencia del aire.
La sencillez de estos dos movimientos, por la ausencia de fuerzas de resistencia, hace que sean de los primeros en incorporarse al aprendizaje de las ciencias físicas, habitual en las escuelas secundarias. En los ejercicios asociados a estos dos movimientos, la aceleración no depende de la masa, aunque sí actúa el peso, y el hecho de no considerar el rozamiento hace que tampoco importe la forma del móvil que sube o cae.
Lo central de la caída libre y el tiro vertical es que pertenecen a la categoría física del movimiento rectilíneo, uniformemente variado. Esto significa que, como se dijo, persiguen una única trayectoria, que no la siguen con una única velocidad pero sí con una única aceleración: esa aceleración es la llamada gravedad, una magnitud que cerca de la superficie terrestre es aproximadamente 9,8 metros por segundo, por cada segundo.
(*) Dicho en forma matemática, se trata de 9.8 m/s2, dirigida hacia abajo: la rapidez disminuye durante la subida y aumenta durante la bajada, aproximadamente 9,8 m/s cada segundo.
Si bien las propiedades físicas de ambos movimientos son similares, difieren en algunas características. A continuación, las principales diferencias entre caída libre y tiro vertical:
- En la caída libre. En estos ejercicios, el cuerpo se deja caer libremente desde el reposo sin ser arrojado en ninguna dirección, por lo que se considera una velocidad inicial igual a 0.
- En el tiro vertical. Por su parte, el movimiento se realiza desde abajo hacia arriba con una velocidad inicial, donde en el camino de subida el movimiento es retardado y la aceleración es hacia abajo, y la velocidad hacia arriba. La velocidad del móvil se va deteniendo hasta alcanzar el 0 en el punto más alto del trayecto, punto a partir del cual comienza el descenso. Durante todo el movimiento, la única fuerza que actúa es la gravedad.
La siguiente lista incluirá algunos ejemplos de caída libre y otros ejemplos de tiro vertical, ejercicios con su correspondiente solución que facilitan su comprensión.
Puede servirte: Movimiento rectilíneo uniforme
Ejercicios resueltos de caída libre
- Desde un edificio se deja caer una pelota, que tarda 8 segundos en llegar al piso. ¿Con qué velocidad impacta la pelota contra el piso?
Resolución: Avanza a una aceleración de 9,81 m/s2 durante 8 segundos, o sea que impacta a una velocidad aproximada de 78 m/s. - En el ejercicio anterior, ¿cuál es la altura del edificio?
Resolución: La altura del edificio se calcula como la mitad de la aceleración, por el cuadrado del tiempo: en este caso, será (½* 9,81 m/s2)*(8 s)2. La altura del edificio es de 313,92 metros. - Un objeto parte del reposo en caída libre y llega a una velocidad de 150 m/s. ¿Cuánto tiempo tardó en caer?
Resolución: Tarda aproximadamente 15 segundos. - ¿Cuál es la velocidad final de un objeto que cae en caída libre, que parte del reposo y cae durante 10 segundos?
Resolución: 98,1 m/s. - En otro planeta, un móvil se deja caer desde el reposo y tarda 20 segundos en llegar al piso, donde llega con una velocidad de 4 m/s. ¿Cuál es la aceleración de la gravedad en ese planeta?
Resolución: La aceleración allí es de 0,2 m/s2.
Ejercicios resueltos de tiro vertical
- Un proyectil se lanza verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 25 m/s. ¿Cuánto tiempo tarda en llegar al punto más alto?
Resolución: Parte de los 25 m/s, y pierde en cada segundo 9,81. Por lo tanto, tardará aproximadamente 2,55 segundos en llegar al punto más alto. - En el ejercicio anterior, ¿cuál es la altura máxima sobre el punto de lanzamiento?
Resolución: La altura se calcula como la mitad de la velocidad inicial, multiplicada por el tiempo. Aquí 12,5 m/s * (25 m/s ÷ 9,81 m/s²) ≈ 31,86 metros. - Una pelota se lanza hacia arriba con una velocidad inicial de 22 m/s. ¿Cuál es su velocidad a los 2 segundos?
Resolución: 2.38 m/s. - ¿Con qué velocidad inicial se debe disparar una flecha verticalmente hacia arriba para que alcance una altura de 110 metros en 5.4 segundos?
Resolución: Desde el punto de lanzamiento se cumple 110 m = v₀ * 5.4 s − ½ * 9.81 m/s2 *(5.4 s)². Despejando, v₀ ≈ 46.86 m/s; a los 5.4 s la flecha está descendiendo. - ¿Cuánto tarda un móvil que es lanzado hacia arriba con una velocidad inicial de 200 m/s en detenerse por un instante en el punto más alto?
Resolución: Tarda 20.39 segundos.
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