Los movimientos de caída libre y lanzamiento vertical son temas esenciales en el estudio de la mecánica de Newton.
Cuando se deja caer un cuerpo desde cierta altura, este se mueve en caída libre; y si se lanza hacia arriba, se habla de lanzamiento vertical . También, se hace referencia a este tema, con los nombres de caída libre y tiro vertical o caída libre totalmente vertical.
Las características de estos tipos de movimiento se describen a continuación.
Características de caída libre y lanzamiento vertical
- Un cuerpo en caída libre o lanzamiento vertical, se mueve en línea recta con una aceleración g = 9.8 m/s2 que es la aceleración de gravedad del planeta Tierra. Esta aceleración es positiva cuando el objeto cae y negativa cuando sube. No obstante, siempre se representa con un vector que apunta hacia abajo.
- Para la caída libre, la velocidad inicial v0 = 0 y la gravedad g tiene signo positivo.
- Para el lanzamiento vertical, la velocidad final vf = 0 y la gravedad g tiene signo negativo.
- Si un objeto es lanzado verticalmente, el tiempo de ascenso es igual al tiempo de descenso.
- Todos los cuerpos, sin importar su masa, caen con la misma velocidad, si caen desde la misma altura.
- Todos los cuerpos, sin importar su masa, alcanzan la misma altura, si son lanzados con la misma velocidad inicial.
- Los tiempos y alturas, que se refieren a objetos que suben en lanzamiento vertical, tienen signo negativo.

Fórmulas de caída libre y lanzamiento vertical
Para analizar estos movimientos, se utilizan las fórmulas del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, pero el desplazamiento se reemplaza por altura (h) y la aceleración por gravedad (g). Dichas fórmulas se muestran a continuación.
La tabla 1 muestra expresiones, derivadas de las fórmulas anteriores, para calcular algunas variables de la caída libre y el lanzamiento vertical.


La figura 2, ayuda a entender el comportamiento de un objeto en caída libre. Observe las siguientes características:
Primero, la aceleración es la misma durante todo el movimiento.
Segundo, la velocidad aumenta en 9.8m/s, cada segundo.
Tercero, la altura (h) o espacio recorrido, aumenta cada segundo en una proporción dada por la fórmula h=gt2..
Ejercicio resuelto de lanzamiento vertical
Una bala se dispara verticalmente hacia arriba, con velocidad inicial de 200m/s. Responda, si al cabo de 20s, la bala está subiendo o está descendiendo y, además, a qué altura se encuentra.
Solución:
Primero, se calcula la altura máxima. Después de eso, se calcula la altura alcanzada en el tiempo dado. finalmente, se comparan los valores y se deduce la respuesta.
Altura máxima:
Altura alcanzada en 20 segundos:
En resumen, la bala puede subir hasta los 2040,81 metros, pero en 20s, sólo alcanzó 20240 metros. Por lo tanto, la bala sigue subiendo y está a una altura de 2040m (en ese instante le faltan 0,81m para alcanzar su altura máxima.)
Taller de lectura
- ¿Cuándo decimos que un cuerpo se mueve en caída libre?
- Escriba las 7 características de la caída libre y el lanzamiento vertical.
- Escriba las 3 fórmula usadas para analizar los movimientos de caída libre y lanzamiento vertical.
- Copie la tabla 2 que muestra las fórmulas usadas para calcular algunas variables relacionadas con caída libre y lanzamiento vertical.
Aplicación de habilidades
Realice los siguientes ejercicios:
- Un objeto que cae desde lo alto de un edificio y tarda 15 segundos en llegar al suelo. ¿Cuál es la altura del edificio?
- Un proyectil se lanza verticalmente con una velocidad de 50m/s. ¿Cuál es su altura máxima?
- ¿Con qué velocidad inicial fue lanzada verticalmente una pelota que alcanza una altura de 16 metros?
- ¿Cuál es velocidad inicial con que debe lanzarse verticalmente un objeto para que alcance su altura máxima en 20 segundos?
- ¿Con que velocidad final llega al suelo un objeto que cae desde una altura de 19 metros?
- ¿Con que velocidad final llega al suelo un objeto que cae libremente y tarda 8 segundos en la caída?
- ¿Cuánto tarda en caer un objeto desde lo alto de un edificio de 35 metros?
- ¿Qué tiempo tarda en caer un objeto que llega al suelo con una velocidad final de 98 m/s?
- ¿Cuánto tarda en alcanzar su altura máxima un objeto lanzado verticalmente con velocidad inicial de 100m/s?
- ¿Cuánto tarda en ascender un objeto lanzado verticalmente con velocidad inicial de 45 m/s, si alcanza una altura de 82 metros?