REVISIÓN DINÁMICA DEL MOVIMIENTO DE CAÍDA LIBRE CONCEPTOS DE

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REVISIÓN DINÁMICA DEL MOVIMIENTO DE CAÍDA LIBRE. CONCEPTOS DE MASA
INERCIAL Y MASA GRAVITATORIA.
Con objeto de tratar específicamente el contenido que se indica en
título de este documento, se puede usar este programa-guía que, en
realidad, extrae sus actividades de los temas de Cinemática y Dinámica
de 4º ESO y 1º Bachillerato
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA (Cinemática, 4º ESO, 1º Bachillerato)
A.1 Precisad lo más posible vuestras hipótesis acerca de la influencia
de la masa de un objeto en el tiempo de caída libre.
A.2 Diseñad y llevad a la práctica un experimento sencillo para
comprobar la predicha influencia de la masa en la caída.
Comentarios: Como producto de estas dos actividades queda planteada la
siguiente cuestión: ¿Por qué todos los objetos tienen la misma la
aceleración de caída (independientemente de su masa) a pesar de que la
Tierra atrae con mayor fuerza a los objetos de mayor masa?
2. EXPLICACIÓN NEWTONIANA DE POR QUÉ LA TIERRA ATRAE MÁS A LOS CUERPOS
DE MAYOR MASA (Dinámica, 4º ESO, 1º Bachillerato)
A.3 Emitid hipótesis respecto de la fuerza de interacción gravitatoria
entre dos objetos. Dad las unidades y el significado físico de la
constante G.
A.4 Interpretad el concepto de masa (gravitatoria) en relación con la
ley de gravitación universal.
Comentarios: Se comprende con estas actividades que la masa
gravitatoria, mg, representa una propiedad de los objetos que indica
su capacidad de atraer y ser atraídos gravitatoriamente por otros
cuerpos. Un objeto de masa gravitatoria grande atrae a otros objetos y
es atraído por ellos con una fuerza mayor que otro de masa
gravitatoria pequeña. Si entre dos objetos de masa (gravitatoria) m se
ejerce una fuerza F, entre uno de masa m y otro de masa 2·m se
ejercerá una fuerza 2·F.
3. EXPLICACIÓN NEWTONIANA DE LA INFLUENCIA DE LA MASA EN LA
ACELERACIÓN (Dinámica, 4º ESO, 1º Bachillerato)
A.5 Teniendo en cuenta lo que ya se ha estudiado sobre el movimiento
(se refiere al tema de Cinemática), contestad a las siguientes
cuestiones:
a) ¿Qué ocurriría si colocamos un objeto sobre una superficie
inclinada perfectamente lisa y pulida y de longitud "infinita"? ¿Cuál
será, en este caso, la dirección y sentido de la fuerza resultante que
actúa sobre el objeto?
b) Idem. suponiendo que el objeto desliza sobre un plano con
inclinación hacia arriba.
c) Idem. suponiendo que la superficie fuera horizontal
A.6 Lectura de un fragmento de los Diálogos de Galileo donde
desarrolla el concepto de inercia.
A.7 Exposición por el profesor, a modo de resumen de las dos
actividades anteriores, de los dos primeros principios de la Dinámica
de Newton.
A.8 Interpretad el concepto de masa (inercial) de los cuerpos,
teniendo en cuenta la ley fundamental de la Dinámica.
Comentarios: Interpretamos la masa (inercial) como una propiedad los
objetos que indica la mayor o menor dificultad que ofrecen a que
alterar su velocidad cuando se les aplican fuerzas (mi=Fres/a). Un
objeto de masa inercial grande modifica menos su velocidad que otro de
masa inercial pequeña si a ambos se les aplica la misma fuerza.
Sometidos a la misma fuerza, un cuerpo de masa m, adquiere el doble de
aceleración que otro cuerpo de masa 2m
4. LA ACELERACIÓN DE CAÍDA LIBRE EN FUNCIÓN DE LA MASA INERCIAL Y LA
MASA GRAVITATORIA. EQUIVALENCIA ENTRE AMBAS MASAS (Dinámica, 1º
Bachillerato)
A.9 Utilizad la ley de gravitación y el segundo principio de la
dinámica de Newton para deducir una expresión que calcule la
aceleración de la gravedad a=g en la superficie terrestre. Interpretad
detenidamente la influencia de la masa de los objetos en el valor de
g.
Comentarios: Obtenemos la siguiente expresión para la aceleración de
caída:

En principio, esta aceleración de caída debería ser distinta para cada
objeto, dependiendo de los valores que tenga su masa inercial, mi, y
su masa gravitatoria, mg. Un objeto que tenga una masa gravitatoria
mayor debería ser atraído más que otro que tenga una masa gravitatoria
menor; pero, sometidos a la misma fuerza de atracción, el objeto que
tenga una masa inercial mayor debería adquirir una aceleración menor
que el que tenga una masa inercial menor. Ahora bien, si la masa
inercial y la masa gravitatoria son iguales, mi=mg, sus efectos se
compensarán y los dos objetos caerán con la misma aceleración.