Grado 9
  1. Mechanics  1.1. Movimiento  1.1.1. Tipos de movimiento  1.1.2. Distancia y desplazamiento  1.1.3. Velocidad y Rapidez  1.1.4. Aceleración  1.1.5. Representación gráfica del movimiento  1.1.6. Ecuaciones de movimiento  1.1.7. Movimiento uniforme y no uniforme  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Velocidad relativa  1.1.10. Movimiento circular  1.2. Leyes de la fuerza y el movimiento  1.2.1. El concepto de fuerza  1.2.2. La primera ley del movimiento de Newton  1.2.3. Segunda ley del movimiento de Newton  1.2.4. Tercera ley del movimiento de Newton  1.2.5. Inercia y tipos de inercia  1.2.6. Movimiento  1.2.7. Conservación del momento  1.2.8. Aplicación de las leyes de Newton en la vida diaria  1.2.9. Tipos de Fuerzas (Contacto y No Contacto)  1.2.10. Fricción y sus efectos  1.3. Fuerza gravitacional  1.3.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.3.2. Importancia de la Fuerza Gravitacional  1.3.3. Aceleración debido a la gravedad  1.3.4. Caída libre e ingravidez  1.3.5. Masa y peso  1.3.6. Variación de g con altura y profundidad  1.3.7. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.3.8. Satélites y sus órbitas  1.4. Trabajo, Energía y Potencia  1.4.1. Concepto de trabajo  1.4.2. Acciones positivas y negativas  1.4.3. Trabajo realizado por fuerza constante y variable  1.4.4. Energía y sus formas  1.4.5. Energía cinética y energía potencial  1.4.6. La ley de conservación de la energía  1.4.8. Unidad comercial de energía  1.4.9. Teorema trabajo-energía  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Ventaja mecánica  1.5.3. Eficiencia de la máquina  1.5.4. Palancas y sus tipos  1.5.5. Poleas y planos inclinados  1.5.6. Engranajes y sus usos
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólidos, líquidos y gases  2.1.2. Propiedades de los diferentes estados de la materia  2.1.3. Cambio en el estado de la materia  2.1.4. Plasma y condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidad y presión  2.2.1. Concepto de densidad y densidad relativa  2.2.2. Presión en sólidos, líquidos y gases  2.2.3. La ley de Pascal y sus aplicaciones  2.2.4. Presión atmosférica y sus variaciones  2.2.5. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  2.3.1. Fuerza de flotación  2.3.2. Principio de Arquímedes  2.3.3. Aplicaciones del Principio de Arquímedes  2.3.4. objetos que flotan y se hunden  2.3.5. Teoría de la Flotación y el Principio de Arquímedes
  3. Calor y Termodinámica  3.1. Temperatura y calor  3.1.1. Concepto de calor y temperatura  3.1.2. Medición de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conducción del calor  3.2.2. Convección del calor  3.2.3. Radiación de calor  3.2.4. Aplicaciones de la transferencia de calor  3.2.5. Conductividad térmica  3.3. Thermal expansion  3.3.1. Expansión de sólidos, líquidos y gases  3.3.2. Expansión anómala del agua  3.3.3. Aplicaciones de la expansión térmica  3.4. Capacidad calorífica específica y calor latente  3.4.1. Concepto de capacidad calorífica específica  3.4.2. Medición y aplicaciones del calor específico  3.4.3. Calor latente de fusión y vaporización  3.4.4. Motores de calor y eficiencia
  4. Ondas y sonido  4.1. Ondas y sus tipos  4.1.1. Ondas mecánicas y electromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinales y Transversales  4.1.3. Propiedades de las ondas  4.1.4. Longitud de onda, frecuencia y velocidad de la onda  4.1.5. Superposición de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Naturaleza y transmisión del sonido  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Reflexión del sonido y eco  4.2.4. Sonar y ultrasonido  4.2.5. Resonancia y pulsación  4.3. Características del sonido  4.3.1. Intensidad, volumen y calidad del sonido  4.3.2. Efecto Doppler en el sonido
  5. Iluminación y Óptica  5.1. Reflexión de la luz  5.1.1. Leyes de la reflexión  5.1.2. Reflexión desde un espejo plano  5.1.3. Reflexión en un espejo esférico  5.1.4. Formación de imágenes por espejos cóncavos y convexos  5.1.5. Aplicaciones de la Reflexión  5.2. Refracción de la luz  5.2.1. Leyes de la refracción  5.2.2. Índice de refracción  5.2.3. Refracción a través de una lámina de vidrio  5.2.4. Refracción en el agua y el aire  5.2.5. Lentes y sus tipos  5.2.6. Formación de imágenes por lentes convexas y cóncavas  5.2.7. Reflexión interna total y sus aplicaciones  5.3. Dispersión y dispersión de la luz  5.3.1. Espectro de la luz blanca  5.3.2. Prismas y Dispersión  5.3.3. Efecto Tyndall y cielo azul
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Carga eléctrica y electricidad estática  6.1.1. El concepto de carga eléctrica  6.1.2. Carga por fricción, contacto e inducción  6.1.3. Electroscopio y su funcionamiento  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. El concepto de corriente eléctrica  6.2.2. Ohm's Law and Resistance  6.2.3. Factores que afectan la resistencia  6.2.4. Circuitos en Serie y Paralelo  6.2.5. Heating effect of electric current  6.2.6. Potencia y energía eléctricas  6.3. Magnetismo  6.3.1. Imanes naturales y artificiales  6.3.2. Propiedades de los imanes  6.3.3. Magnetismo de la Tierra  6.3.4. Campo magnético y líneas de campo  6.3.5. Electroimanes y sus aplicaciones
  7. Física Moderna  7.1. estructura del átomo  7.1.1. Estructura Atómica y Partículas Subatómicas  7.1.2. Electrones, Protones y Neutrones  7.1.3. Modelo de Rutherford y Bohr  7.2. Radiactividad  7.2.1. Tipos de emisiones radiactivas  7.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  7.2.3. Usos y Peligros de la Radiactividad
  8. Ciencia espacial y astronomía  8.1. El universo y sus componentes  8.1.1. Estrellas y galaxias  8.1.2. Planetas y Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturales y artificiales  8.2.2. Uso de satélites

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Caída libre y aceleración debido a la gravedad


Este tema gira en torno a dos conceptos increíbles en física: la caída libre y la aceleración debido a la gravedad. Imagina una bola cayendo desde un edificio alto. ¿Qué sucede? Vamos a explorar estas ideas fundamentales para comprender la naturaleza del movimiento cuando la gravedad es la influencia principal.

Entendiendo la caída libre

Caída libre es cuando un objeto cae bajo la influencia de la gravedad solamente. Esto significa que no hay otras fuerzas actuando sobre él, como la resistencia del aire o la fricción. Visualizar la caída libre nos ayuda a comprender cómo se mueven los objetos en un campo gravitacional.

caída libre

Supón que estás de pie en una torre alta y sueltas una piedra. Como solo actúa la fuerza de la gravedad sobre ella, la piedra cae libremente. No hay otra fuerza que la haga caer, excepto la fuerza gravitacional de la tierra.

¿Cómo afecta la gravedad a la caída libre?

La gravedad es una fuerza que atrae objetos hacia el centro de la Tierra. Cerca de la superficie de la Tierra, la aceleración debido a la gravedad es aproximadamente 9.8 m/s 2 Esto significa que por cada segundo que un objeto cae, su velocidad aumenta en aproximadamente 9.8 m/s.

Aceleración debido a la gravedad, g = 9.8 m/s²

Este es un factor importante en la caída libre, ya que indica qué tan rápido se moverá un objeto hacia abajo mientras cae.

Movimiento de objetos en caída libre

Consideremos cómo cambia la velocidad de un objeto en caída libre a lo largo del tiempo. Si sueltas un objeto desde el reposo, su velocidad después de cierto tiempo puede encontrarse usando la siguiente fórmula:

v = g * t

Donde:

  • v es la velocidad final en metros por segundo (m/s).
  • g es la aceleración debida a la gravedad, 9.8 m/s².
  • t es el tiempo que el objeto ha estado cayendo en segundos.

Por ejemplo, si un objeto cae libremente desde el reposo durante 3 segundos, su velocidad será:

v = 9.8 m/s² * 3 s = 29.4 m/s

Por lo tanto, después de tres segundos, el objeto se mueve hacia abajo a una velocidad de 29.4 m/s.

Distancia recorrida durante la caída libre

Calcular la distancia recorrida por un objeto durante la caída libre es tan importante como encontrar su velocidad. La fórmula para encontrar la distancia recorrida o desplazamiento recorrido por un objeto en caída libre comenzando desde el reposo es:

d = (1/2) * g * t²

Donde:

  • d es el desplazamiento en metros (m).
  • g es la aceleración debida a la gravedad, 9.8 m/s².
  • t es el tiempo en segundos.

Supón que un objeto está cayendo libremente durante 4 segundos, entonces podemos calcular la distancia recorrida por él de la siguiente manera:

d = (1/2) * 9.8 m/s² * (4 s)² = 78.4 m

Este resultado implica que el objeto cayó una distancia de 78.4 metros en 4 segundos.

Interpretación gráfica

Representar gráficamente la caída libre y la vibración debido a la gravedad nos ayuda a entender la relación entre desplazamiento, velocidad y tiempo.

Tiempo Velocidad V = G * T

En este gráfico, la línea roja muestra la velocidad del objeto a lo largo del tiempo, la cual aumenta linealmente debido a la constante aceleración de la gravedad.

Resistencia del aire y efectos del mundo real

Aunque la caída libre no requiere resistencia del aire, los escenarios del mundo real son diferentes. La resistencia del aire, o arrastre, actúa en contra de la gravedad, disminuyendo la aceleración de los objetos en caída. Los factores que afectan la resistencia del aire incluyen la velocidad del objeto, su área de superficie y la densidad del aire.

Por ejemplo, si una pluma y una bola se dejan caer simultáneamente, experimentarán diferentes efectos de resistencia del aire, haciendo que la pluma caiga a una velocidad más lenta bajo condiciones atmosféricas normales.

Velocidad terminal

A veces, los objetos que caen a través de un fluido como el aire o el agua alcanzan una velocidad constante llamada velocidad terminal. En este punto, la fuerza de la resistencia del aire es igual a la atracción gravitacional, resultando en una fuerza neta de cero, permitiendo que el objeto continúe descendiendo a una velocidad constante.

Este concepto es importante para actividades como el paracaidismo, donde un paracaidista alcanza la velocidad terminal antes de desplegar el paracaídas.

Un experimento para demostrar la caída libre

Realizar un experimento simple de caída libre mejora la comprensión. Deja caer un objeto pequeño como una piedra o un trozo de papel desde una altura conocida y mide el tiempo que tarda en llegar al suelo. Calcula la distancia usando la fórmula:

d = (1/2) * g * t²

Compara tus resultados experimentales con los cálculos teóricos. Considera los efectos de la resistencia del aire y predice la desviación en consecuencia. Repite el experimento con diferentes objetos en caída y observa cómo el tamaño y la masa afectan la caída libre.

Conclusión

Comprender la caída libre y la aceleración debido a la gravedad proporciona una base sólida para entender conceptos de movimiento más complejos. Estos principios sientan las bases para un estudio más profundo en mecánica y ayudan a explicar muchos fenómenos en el mundo físico. A medida que experimentas y exploras, recuerda que la simplicidad de la gravedad es lo que la convierte en una fuerza tan profunda, afectando innumerables fenómenos en el universo.


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Caída libre y aceleración debido a la gravedad

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