Caída libre: medimos la aceleración de la gravedad

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA

El principal objetivo de esta actividad consiste en registrar el movimiento de caída libre de un cuerpo y medir su aceleración.

MATERIALES NECESARIOS

• Cinta adhesiva
• Cinta de papel
• 2 Conexiones 1000 R
• Cronovibrador
• Fuente de alimentación
• Ganchos
• Juego de pesas
• 2 nueces dobles
• Papel milimetrado
• Portapesas
• Tornillo de mesa
• Triple decímetro
• Varilla de 250 mm
• Varilla de soporte

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Cuando actúa una fuerza sobre un cuerpo, éste se desplaza con un movimiento uniformemente acelerado conforme a la ecuación:

Un cuerpo, abandonado libremente, está sometido a la fuerza de atracción gravitatoria (peso) y, por consiguiente, cae con una aceleración que se puede suponer constante para pequeñas alturas. La altura desde la que cae un cuerpo y el tiempo que tarda en llegar al suelo están relacionados por la expresión:

donde g es la aceleración de la gravedad (g =9,81mls2).

INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LA PRÁCTICA

Realiza el montaje de la figura 1. El cronovibrador se sujeta lateralmente a la varilla soporte mediante una nuez y se conecta a la fuente de alimentación de corriente alterna de 50 Hz.

Corta un trozo de cinta de papel de 60 cm de longitud aproximadamente y cuelga de uno de sus extremos el portapesas con una pesa de 100 gramos. La cinta se pasa por las guías del crono vibrador y el extremo libre se sujeta firmemente con la mano. La cinta debe deslizar suavemente por el cronovibrador.

Es conveniente colocar en el suelo algún objeto blando que amortigüe el golpe de la pesa al caer (un trozo de goma-espuma, por ejemplo).

Pon en marcha el cronovibrador y deja que funcione un par de segundos más antes de soltar la cinta.

Repite el experimento poniendo 150 gramos en el portapesas. Anota en cada cinta el valor de las pesas que has colgado.

Enumera correlativamente las marcas obtenidas en cada cinta y mide las distancias de las 10 primeras marcas a los respectivos puntos de partida.

El tiempo que transcurre entre dos marcas consecutivas es constante, y viene determinado por la frecuencia de la red. Su valor es de 0.02 segundos.

Confecciona para cada cinta una tabla como la siguiente:

Para calcular las velocidades en cada punto Q, se toma como intervalo de medida la distancia comprendida entre el punto anterior al Q y el siguiente a éste. El intervalo de tiempo es el doble, es decir, 0.04 segundos. Por ejemplo, para calcular la velocidad en el punto 4 se haría así:

Dibuja en papel milimetrado las gráficas distancia - tiempo, distancia - tiempo² y velocidad-tiempo. Observa que la primera es una curva (parábola), mientras que las otras son sensibles rectas.

La aceleración de la gravedad se puede calcular indistintamente a partir de las pendientes de ambas rectas: en la gráfica distancia - tiempo², la pendiente es igual a 1/2 g. Por consiguiente:

En la gráfica velocidad-tiempo, la aceleración de la gravedad es igual a la pendiente. Es decir:

Calcula la aceleración de la gravedad a partir de las gráficas anteriores y compárala con el valor que aparece en los libros.