Simulador de Tiro Vertical

El tiro o lanzamiento vertical es un movimiento donde un objeto es lanzado hacia arriba, en contra de la gravedad. La gravedad actúa como un "freno", disminuyendo la velocidad del objeto hasta que se detiene momentáneamente en su punto más alto, para luego hacerlo caer.

Este laboratorio de tiro vertical interactivo te permite analizar este fenómeno al detalle. Para un lanzamiento ideal:

• Ajusta la "Velocidad Inicial (v₀)" con la que quieres lanzar el objeto.
• Asegúrate de que el "Rozamiento con Aire" esté en "Cero".

El movimiento se rige por las mismas ecuaciones de la cinemática, pero ahora la velocidad inicial ($v_0$) es positiva (hacia arriba) y la gravedad ($g$) es una aceleración negativa.

Nuestro simulador de tiro vertical aplica estas fórmulas para mostrarte la trayectoria, la altura máxima y las velocidades en cualquier punto.

La altura máxima ($H_{max}$) es el punto más importante del tiro vertical. Se alcanza en el preciso instante en que la velocidad del objeto se vuelve cero ($v_f = 0$). A partir de ahí, la gravedad "gana la batalla" y el objeto empieza a caer.

Podemos calcularla usando esta fórmula, que se deduce de las anteriores:

Compruébalo en la simulación de tiro vertical:

• Lanza un objeto con cualquier velocidad inicial (ej. 50 m/s) desde el suelo ($y_0 = 0$) y sin rozamiento.
• El simulador marcará automáticamente la "H. max" alcanzada, un detalle visual muy útil para tus análisis.
• Activa "Gráficas y Datos". Observa en la gráfica v-t el punto exacto donde la línea cruza el eje horizontal (velocidad = 0). El tiempo en ese punto es el tiempo que tardó en subir.

Las gráficas son una herramienta visual muy poderosa para entender el movimiento. En este simulador de tiro vertical, las dos gráficas principales nos cuentan toda la historia del lanzamiento:

• Gráfica Altura-Tiempo (y-t): Tiene la forma de una parábola invertida. La curva sube, alcanza un punto máximo (el vértice) y luego baja. Esto refleja cómo el objeto primero gana altura, se detiene en su apogeo y luego cae. La forma es una curva porque la velocidad no es constante.
• Gráfica Velocidad-Tiempo (v-t): En un tiro ideal, es una línea recta con pendiente negativa constante. Empieza en un valor positivo (la velocidad inicial de lanzamiento), disminuye uniformemente, cruza el eje horizontal (v=0 en la altura máxima) y continúa hacia valores negativos (indicando que ahora cae). La pendiente de esta recta es, precisamente, el valor de '-g'.

Activa "Gráficas y Datos" y realiza un lanzamiento. Verás cómo se dibujan estas dos formas icónicas del tiro vertical. ¡Son la representación visual de las ecuaciones de la cinemática!

Los vectores te dan una visión instantánea de las fuerzas y el movimiento. En este laboratorio de tiro vertical interactivo, es crucial no confundir el vector de rozamiento con el de la gravedad (que no se dibuja, pero siempre apunta hacia abajo).

• En la subida: El vector de velocidad (amarillo) apunta hacia arriba. El vector de rozamiento (rojo) se opone, así que apunta hacia abajo. ¡Tanto la gravedad como el rozamiento frenan el objeto!
• En la altura máxima: La velocidad es cero, por lo que el vector amarillo desaparece. Como el rozamiento depende de la velocidad ($F_r = b \cdot v$), el vector rojo también desaparece. La única fuerza es la gravedad.
• En la bajada: El vector velocidad (amarillo) ahora apunta hacia abajo. El rozamiento se opone de nuevo, así que el vector rojo apunta hacia arriba. Ahora la gravedad acelera el objeto y el rozamiento lo frena.

La Velocidad Límite: Durante la bajada, el vector velocidad amarillo (hacia abajo) crece, y con él, el vector rozamiento rojo (hacia arriba). Si la caída es suficientemente larga, llegará un punto en que la fuerza de rozamiento iguale a la fuerza de la gravedad:

En ese instante, la fuerza neta es cero y la aceleración también. La velocidad deja de aumentar. Despejando y recordando que en la simulación usamos $m=1$ kg, la velocidad límite es:

Recuerda que estas ecuaciones son válidas solo cuando existe rozamiento con el aire. Puedes añadirlo para un análisis mas completo.

Los controles de "Altura Inicial" y "Altura Objetivo" convierten este laboratorio de tiro vertical en una herramienta muy versátil para resolver problemas de física del mundo real.

• Lanzar un objeto desde un edificio: Fija la "Altura Inicial" en, por ejemplo, 50 m y la "Altura Objetivo" en 0 m para simular el lanzamiento de una pelota desde un balcón hasta la calle.
• Lanzar para alcanzar una ventana: Fija la "Altura Inicial" en 0 m y la "Altura Objetivo" en 20 m para calcular con qué velocidad mínima necesitas lanzar algo para que llegue a una ventana situada a 20 metros de altura.
• Lanzamiento en un terreno irregular: Puedes simular un lanzamiento desde una colina (ej. Altura Inicial = 100 m) hasta un valle (ej. Altura Objetivo = 30 m).

Es muy importante entender que cuando la altura inicial y la final son diferentes, el movimiento ya no es simétrico, incluso sin rozamiento. El tiempo que tarda en subir hasta la altura máxima no será el mismo que el tiempo que tarda en bajar desde ese punto hasta la altura objetivo. ¡Experimenta con ello en el lanzamiento vertical interactivo y verás cómo cambian los tiempos en la tabla de datos!

La tabla de datos es tu cuaderno de laboratorio digital. Al activar "Gráficas y Datos" en el simulador de tiro vertical, la simulación registra automáticamente el tiempo, la altura y la velocidad en intervalos regulares.

Es una herramienta fundamental para:

• Verificar Cálculos: Resuelve un problema de tiro vertical en papel y luego configura el lanzamiento vertical interactivo con los mismos datos. ¡Compara tus resultados con los de la tabla para ver si son correctos!
• Análisis Detallado: Puedes ver numéricamente cómo cambia la velocidad. ¿En qué instante exacto alcanza la altura máxima (cuando la velocidad es casi cero)? La tabla te da estas respuestas.
• Exportar para tus Proyectos: Con el botón "Descargar CSV", puedes guardar todos los datos y abrirlos en Excel o Google Sheets. Esto te permite crear gráficas avanzadas y presentar los resultados de tu experimento virtual de forma profesional.

Los medidores móviles son perfectos para realizar experimentos. Vamos a usarlos en este laboratorio de tiro vertical para demostrar una propiedad clave del movimiento ideal.

1. Configura el experimento: Selecciona "Rozamiento Cero", "Altura Inicial" 0 m y "Altura Objetivo" 0 m. Lanza con una velocidad considerable, por ejemplo 100 m/s.
2. Coloca un medidor: Arrastra uno de los medidores móviles a una altura intermedia que el objeto vaya a superar, por ejemplo, 200 m.
3. Lanza y observa: Inicia la simulación. El objeto subirá, pasará por el medidor, alcanzará su altura máxima y volverá a caer pasando de nuevo por el medidor.

Análisis de Resultados:

El medidor mostrará dos valores: "S:" (velocidad de subida) y "B:" (velocidad de bajada). Notarás que ambos valores son idénticos. Esto se debe a la conservación de la energía mecánica: a una misma altura, la energía potencial es la misma, por lo que la energía cinética (y por tanto la velocidad) también debe serlo, tanto al subir como al bajar.

Ahora, reinicia y añade rozamiento "Medio". Repite el experimento. ¿Qué ocurre? La velocidad de bajada ("B:") será menor que la de subida ("S:"). ¡El rozamiento ha "robado" energía al sistema!

El tiro vertical es, en esencia, dos movimientos en uno: una subida y una posterior caída. Si tu interés se centra exclusivamente en la segunda parte del viaje, cuando el objeto solo cae bajo el efecto de la gravedad, te recomendamos nuestro otro laboratorio especializado.

Hemos creado una simulación específica para analizar la caída libre desde el reposo, que es el complemento perfecto de esta herramienta.