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Aceleración
Significa cambio de la velocidad en el tiempo. Siempre
que la velocidad de un cuerpo cambia al transcurrir el tiempo,
ya sea porque cambia su magnitud o su dirección o ambas cosas a
la vez, se puede afirmar que existe aceleración. |
Galileo Galilei
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La caída libre.
La caída libre es un fenómeno relacionado con la aceleración,
fue un problema importante desde la antigüedad y su comprensión
ha evolucionado a lo largo de la historia. Los cimientos de su
explicación tal cual como se entiende hoy día fueron
establecidos por Galileo Galilei (1564-1642), afirmando para la
posteridad que para pequeñas alturas, todos los cuerpos caen en
la Tierra con la misma aceleración si se ignora la resistencia
del aire. |
Historia del Ascensor
A pesar de que las grúas y ascensores primitivos,
accionados con energía humana y animal o con norias de agua,
estaban en uso ya en el siglo III a.C., el ascensor moderno es
en gran parte un producto del siglo XIX. La mayoría de los
elevadores del siglo XIX eran accionados por una máquina de
vapor, ya fuera directamente o a través de algún tipo de
tracción hidráulica. |
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A principios del siglo XIX los ascensores de pistón
hidráulico ya se usaban en algunas fábricas europeas. En
este modelo la cabina estaba montada sobre un émbolo de
acero hueco que caía en una perforación cilíndrica en el
suelo. El agua forzada dentro del cilindro a presión subía
el émbolo y la cabina, que caían debido a la gravedad cuando
el agua se liberaba de dicha presión. En las primeras
instalaciones la válvula principal para controlar la
corriente de agua se manejaba de forma manual mediante
sistemas de cuerdas que funcionaban verticalmente a través
de la cabina. El control de palanca y las válvulas piloto
que regulaban la aceleración y la deceleración fueron
mejoras posteriores.
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En el precursor del ascensor de tracción moderno las cuerdas de
elevación pasaban a través de una rueda dirigida por correas, o
polea, para hacer contrapeso en las guías. La fuerza descendente
que ejercen los dos pesos sostenía la cuerda estirada contra su
polea, creando la suficiente fricción adhesiva o tracción entre
las dos como para que la polea siguiera tirando de la cuerda.
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En 1853 el inventor y fabricante estadounidense Elisha Otis
exhibió un ascensor equipado con un dispositivo (llamado seguro)
para parar la caída de la cabina si la cuerda de izado se
rompía. En ese caso, un resorte haría funcionar dos trinquetes
sobre la cabina, forzándolos a engancharse a los soportes de los
lados del hueco, así como al soporte de la cabina. |
Elisha Graves Otis
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Ascensor
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Esta invención impulsó la construcción de ascensores. El primer
ascensor o elevador de pasajeros se instaló en Estados Unidos,
en un comercio de Nueva York. En la década de 1870, se introdujo
el ascensor hidráulico de engranajes de cable. |
En 1880 el inventor alemán Werner von Siemens introdujo el motor
eléctrico en la construcción de elevadores. En su invento, la
cabina, que sostenía el motor debajo, subía por el hueco
mediante engranajes de piñones giratorios que accionaban los
soportes en los lados del hueco. |
En 1887 se construyó un ascensor eléctrico, que funcionaba con
un motor eléctrico que hacía girar un tambor giratorio en el que
se enrollaba la cuerda de izado. En los siguientes doce años
empezaron a ser de uso general los elevadores eléctricos con
engranaje de tornillo sin fin, que conectaba el motor con el
tambor, excepto en el caso de edificios altos. Los ascensores
eléctricos se usan hoy en todo tipo de edificios. |
Ascensor eléctrico
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El World Trade Center en Nueva York (EEUU), con sus dos torres
de 110 pisos, tenía 244 ascensores o elevadores con capacidades
de hasta 4.536 kg y velocidades de hasta 488 m/min. El edificio
Sears-Roebuck en Chicago, de 110 pisos, tiene 109 ascensores con
velocidades de hasta 549 m/min
La aceleración y la caída de los cuerpos en la Tierra
Concepto de aceleración . Se sabe que la función del acelerador
de un vehículo es cambiar la rapidez del mismo, ya sea
aumentándola al presionarlo o disminuyéndola al soltarlo; en
cada caso la aceleración es percibida por las personas que van
dentro del vehículo de manera diferente. |
Si se incrementa la rapidez, las personas que van dentro del
auto son empujados hacia atrás recostándose sobre el espaldar
del asiento; si por el contrario, se pisa el freno o se
desacelera, las personas se van hacia delante. Otro caso de la
vida cotidiana donde se percibe la aceleración, ocurre cuando un
vehículo, moviéndose con rapidez constante, gira para doblar en
una esquina, las personas que se encuentran en su interior
experimentan movimientos hacia los lados, generalmente en
sentido contrario al giro del carro. En el primer caso la
aceleración se debe al cambio en la rapidez, mientras que en el
segundo la aceleración tiene que ver con el cambio de la
dirección del movimiento. |
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En Física se dice que un cuerpo está acelerado cuando su
velocidad cambia en el transcurso del tiempo, en el entendido
que la velocidad es un concepto caracterizado, no solamente por
su magnitud, sino también por su dirección; un cambio en
cualquiera de estos dos aspectos produce aceleración, ya sea por
separado o juntos. |
Definición de Aceleración en el movimiento unidimensional. Si
llamamos a a la aceleración
entonces:
donde V2 y V1
son las velocidades instantáneas en dos instantes de tiempo
diferentes, t2 y t1
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La caída de los cuerpos en la Tierra.
Un caso notable de movimiento acelerado en una dimensión es la
caída de los cuerpos en la Tierra. El traslado de los cuerpos
materiales cerca de la superficie de la Tierra requiere de un
esfuerzo por parte del hombre para vencer la acción que ella
ejerce sobre cualesquiera objetos que se muevan sobre el
planeta. Esta acción hala los cuerpos hacia abajo haciéndolos
caer con una velocidad variable y según sea el caso, cada cuerpo
cae de manera diferente según su peso, su tamaño y su forma, una
pequeña hoja de un árbol cae lentamente, mientras que una piedra
o una naranja lo hacen más rápido. |
En apariencia pareciera que los cuerpos livianos cayesen menos
rápido o con una aceleración menor que los más pesados, sin
embargo esta afirmación fue motivo de controversia en la Física
durante mucho tiempo y fue brillantemente aclarada por Galileo.
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Experimentos: Para que tengas
oportunidad de construir una explicación similar a
la de Galileo se sugiere realizar los experimentos
que se describen a continuación.
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La rapidez de caída depende de la sección
transversal
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El causante del retraso es el aire
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De toda esta experimentación se puede concluir que para los cuerpos
utilizados en los experimentos que has hecho, el aire ejerce una
influencia en la caída de ellos disminuyendo o retardando su
velocidad. Si se suprime el aire, estos cuerpos aceleran por
igual, independientemente de su peso. Después de mucha
experimentación, la Física ha generalizado este resultado,
pudiéndose afirmar hoy lo siguiente: en ausencia de aire, los
cuerpos caen con la misma aceleración sobre la superficie de la
tierra.
Si se considera el roce con el aire, la caída de los cuerpos
en la Tierra es un problema un poco más complejo. En una primera
aproximación, es el resultado de la acción de dos fuerzas: una
de ellas es la acción propiamente de la Tierra, llamada fuerza
de Gravedad o peso, y la otra es la acción que ejerce el roce
con el aire en sentido contrario al desplazamiento del objeto.
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Cuando un cuerpo cae, la acción del aire depende de la rapidez
instantánea que tenga el objeto: a una mayor rapidez de caída
habrá una mayor acción del aire en sentido contrario a la caída;
la acción de la Tierra es contrarrestada en forma creciente por
la acción del aire, el cuerpo cae hasta que ambas acciones se
equilibran y cuando ello ocurre (si llega a ocurrir durante la
caída) el cuerpo continúa descendiendo con velocidad constante
hasta el final de su viaje. |
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Se puede
entender ahora por qué un cuerpo liviano, como la hoja de un
cuaderno, cae más lentamente que el cuaderno mismo. Cuando se
les suelta con toda su superficie expuesta frontalmente al roce
con el aire: la hoja, más liviana que el cuaderno, rápidamente
alcanza una velocidad tal, que la fuerza del roce con el aire
logra equilibrar al peso y a partir de allí desciende
lentamente; el libro en cambio, debido a su peso mayor, deberá
alcanzar velocidades más altas que la hoja antes de lograr el
equilibrio entre la fuerza de roce y su peso.
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Sin embargo, sabemos ahora que si reducimos el área de la hoja,
arrugándola hasta convertirla en una pequeña bola, ambos cuerpos
pueden llegar al suelo simultáneamente, como también es posible
que la bola llegue primero que el cuaderno. El factor
determinante de estas diferencias será siempre el área efectiva
perpendicular a la caída como se puso en evidencia en los
experimentos 1, 2 y 3. |
