En la física es común la aparición de parábolas, ya sea en trayectorias como el movimiento parabolico de un cuerpo al caer en el campo gravitatorio de la tierra, o en la rama de la óptica con los espejos cóncavos.
El tiro parabólico es un ejemplo de movimiento realizado por un cuerpo en dos dimensiones o sobre un plano. Algunos ejemplos de cuerpos cuya trayectoria corresponde a un tiro parabólico son:
• Proyectiles lanzados desde la superficie de la Tierra o desde un avión.
• Una pelota de fútbol al ser despejada por el portero.
• Una pelota de golf al ser lanzada con cierto ángulo respecto al eje horizontal
En este caso idealizado, la única fuerza que actúa sobre el proyectil es su peso considerado constante en magnitud y dirección, es mejor referir el movimiento a un sistema de ejes de coordenadas rectangulares. Tomaremos el eje X horizontal y el eje Y vertical. La componente x de la fuerza que actúa sobre el proyectil es nula, y la componente y es el peso del proyectil. -mg.
Entonces, en virtud de la segunda ley de Newton:
Esto es, la componente horizontal de la aceleración es nula, y la componente vertical, dirigida hacia abajo, es igual a la de un cuerpo que cae libremente. Puesto que aceleración nula significa velocidad constante, el movimiento puede definirse como una combinación de movimiento horizontal con velocidad constante y movimiento vertical con aceleración constante
Supongamos que en el instante t = 0 nuestra partícula está situada en el punto
y que las componentes de la velocidad son
. Y las componentes de la aceleración son las citadas anteriormente. La variación de cada coordenada con el tiempo es la de un movimiento uniforme acelerado, entonces tenemos que las velocidades estan dadas por:
y las componentes de la posicion son:
Normalmente conviene tomar el origen en la posición inicial; así,
, o sea,
. esta puede ser por ejemplo, la posición de una pelota en el instante de abandonar la mano del lanzador o la posición de una bala en el instante en que sale del cañón del arma de fuego.
La figura muestra la trayectoria de un proyectil que pasa por el origen en el instante t = 0. La posición, la velocidad y las componentes de la velocidad del proyectil se representan en una serie de instantes separados por intervalos regulares. Como indica la figura
no cambia, pero
varía en los sucesivos intervalos en cantidades iguales, que corresponden a la aceleración constante en y.
La velocidad inicial
puede representarse por su magnitud
(la rapidez inicial) y el ángulo
o que forma con la dirección positiva en x. En función de estas cantidades, las componentes de la velocidad inicial son:
Si combinamos las ecuaciones que nos dan x y y como funciones del parametro comun t, y eliminamos este ultimo en ambas obtenemos:
que relaciona y a x, y que es la ecuacion de la trayectoria del proyectil.Puesto que
y g son constantes , esta ecuacion presenta la forma;
Es decir es la ecuacion de una parabola. De ahi que la trayectoria de un proyectil sea parabolica.
Por ultimo el alcance horizontal R del proyectil, se define como la distancia sobre la horizontal donde el proyectil retorna al nivel de donde fue lanzado.Podemos determinarlo haciendo
en la ecuacion de la trayectoria, una solucion surge de inmediato en
; la otra nos da el alcance.