Desde la cornisa de un edificio se deja caer una pelota desde la ventana de un piso cualquiera. Un observador ubicado a 15 metros del suelo, ve que pasa con una velocidad de 19,6 m/s.
Determinar:
1. La altura del edificio (m).
2. El tiempo que tarda la pelota en llegar al suelo desde la cornisa (s).
3. Con que velocidad llega la pelota al suelo (m/s).
1. La altura del edificio (m):
Como es una caida libre, es un MRUV donde la aceleración que sufre el cuerpo es la de la gravedad. Utilizamos la ecuación de la cinemática independiente del tiempo es expresada por la ecuación:
\[V^2 = V_0^2 + 2gh\]
Cada elemento de la expresión es el siguiente:
– \(V\) es la velocidad final,
– \(V_0\) es la velocidad inicial (en este caso, la pelota parte desde el reposo, \(V_0 = 0\)),
– \(g\) es la aceleración debida a la gravedad (aproximadamente \(9.8 \, \text{m/s}^2\)),
– \(h\) es la altura del edificio que tenemos que calcular.
Sustituimos los valores y resolvemos para \(h\):
\[19.6^2 = 0 + 2 \times 9.8 \times (h – 15)\]
\[h – 15 = \frac{19.6^2}{2 \times 9.8}\]
\[h = 15 + \frac{19.6^2}{2 \times 9.8}\]
\[h = 34.6 \, \text{m}\]
2. El tiempo que tarda la pelota en llegar al suelo desde la cornisa (s):
Ahora, utilizando la ecuación de posición en función del tiempo para un MRUV tomando como punto de origen, el suelo (\(y = h – \frac{1}{2}gt^2\)),
Resolvemos para \(t\):
\[h – \frac{1}{2}gt^2 = 0\]
\[34.6 – 4.9t^2 = 0\]
\[t = \sqrt{\frac{2 \times 34.6}{9.8}}\]
\[t \approx 2.66 \, \text{s}\]
3. Con qué velocidad llega la pelota al suelo (m/s):
Finalmente, determinamos la velocidad final (\(V\)) utilizando la ecuación \(V = \sqrt{2gh}\):
\[V = \sqrt{2 \times 9.8 \times 34.6}\]
\[V \approx 26 \, \text{m/s}\]