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Secundaria 4° · Física
La interacción · La cinemática

La velocidad

Te conviene dominar: Cambio de unidades (3.° de secundaria)

Un ciclista en el Prado de La Paz, un avión que sale del aeropuerto de El Alto, el sonido de un trueno en una tarde de tormenta en el Altiplano: todos se mueven, pero a ritmos muy distintos. Para comparar cuán rápido va cada uno necesitas una magnitud que relacione la distancia recorrida con el tiempo empleado. Esa magnitud es la velocidad.

Movimiento, posición y desplazamiento

Sisa sale de su casa en una calle recta de La Paz, camina 60 m hacia la tienda y luego regresa 20 m hacia su casa. ¿Cuánto caminó? ¿Qué tan lejos de su casa quedó?

Un cuerpo está en movimiento cuando su posición cambia respecto a un sistema de referencia: un punto de origen (el $0$) y un sentido positivo que tú eliges. La posición $x$ dice dónde está el cuerpo respecto a ese origen. La trayectoria es la línea que recorre.

Calle recta con la casa en x = 0, la tienda en x = 60 m y el punto final del recorrido en x = 40 m, tras ir 60 m y regresar 20 m. ida: 60 m regreso: 20 m casa, x = 0 final, x = 40 m tienda, x = 60 m

Lo mismo ocurre con la rapidez y la velocidad. La rapidez dice cuán rápido te mueves y siempre es mayor o igual que cero. La velocidad además tiene signo (el sentido del movimiento). La velocidad media es el desplazamiento entre el tiempo empleado: $v = \Delta x / \Delta t$.

Practica★☆☆Sin empezar
Completa la frase con las palabras que faltan: «La velocidad indica el $\dots$ que recorre un cuerpo en cada $\dots$ de tiempo». Pon después un ejemplo con números.

Completa la frase con las palabras que faltan: «La velocidad indica el $\dots$ que recorre un cuerpo en cada $\dots$ de tiempo». Pon después un ejemplo con números.

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Practica★☆☆Sin empezar
Un tren de cercanías recorre $240\ \text{km}$ en $2\ \text{h}$. ¿Cuál fue su velocidad? Exprésala en $\text{km/h}$.

Un tren de cercanías recorre $240\ \text{km}$ en $2\ \text{h}$. ¿Cuál fue su velocidad? Exprésala en $\text{km/h}$.

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Qué es la velocidad

Ximena recorre 100 m en 20 s y Rodrigo recorre 150 m en 35 s. Aunque Rodrigo llegó más lejos, ¿quién se movió con mayor rapidez?

Para saberlo no basta con ver la distancia ni el tiempo por separado: hay que ver cuánta distancia se recorre en cada unidad de tiempo.

Para describir el movimiento tratamos al micro, al ciclista o al balón como un cuerpo puntual: un punto que se desplaza. En esta página trabajamos con movimientos en línea recta y hacia un solo lado, así que la distancia coincide con el desplazamiento y la rapidez tiene el mismo valor que la velocidad. El signo de la velocidad lo retomamos en CINEM-MRU.

Esquema de un móvil que recorre 100 metros en línea recta desde t = 0 s hasta t = 20 s. v = d / t d = 100 m salida t = 0 s llegada t = 20 s

Si conoces la velocidad, también puedes despejar la distancia o el tiempo:

$$d = v \cdot t \qquad\qquad t = \frac{d}{v}$$

¿Por qué? Si avanzas $5\ \text{m}$ cada segundo, en $20\ \text{s}$ avanzas $5 \times 20 = 100\ \text{m}$. Y para saber cuántos segundos necesitas, miras cuántas veces cabe esa velocidad en la distancia.

Practica★☆☆Sin empezar
Un ciclista recorre $100\ \text{m}$ en $20\ \text{s}$. ¿Con qué velocidad ha circulado? Expresa el resultado en $\text{m/s}$.

Un ciclista recorre $100\ \text{m}$ en $20\ \text{s}$. ¿Con qué velocidad ha circulado? Expresa el resultado en $\text{m/s}$.

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Practica★★☆Sin empezar
Un velociraptor corre a $10\ \text{m/s}$. ¿Qué distancia recorre en $45\ \text{s}$ si mantiene esa velocidad?

Un velociraptor corre a $10\ \text{m/s}$. ¿Qué distancia recorre en $45\ \text{s}$ si mantiene esa velocidad?

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Practica★★☆Sin empezar
¿Cuánto tiempo tarda un camión en recorrer $200\ \text{km}$ si circula a una velocidad constante de $80\ \text{km/h}$? Expresa el resultado en horas y en horas y minutos.

¿Cuánto tiempo tarda un camión en recorrer $200\ \text{km}$ si circula a una velocidad constante de $80\ \text{km/h}$? Expresa el resultado en horas y en horas y minutos.

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Cambiar de unidades: m/s y km/h

En los carteles de las rutas ves km/h; en la pista de atletismo, m/s. Para comparar, hay que usar la misma unidad.

¿Por qué 3,6? Un kilómetro son $1000\ \text{m}$ y una hora son $3600\ \text{s}$; al dividir $3600 \div 1000$ sale $3{,}6$.

Diagrama que muestra la conversión de unidades entre kilómetros por hora y metros por segundo mediante la división o multiplicación por 3,6. km/h m/s ÷ 3,6 × 3,6
Practica★★☆Sin empezar
Un auto circula a $90\ \text{km/h}$. Expresa su velocidad en $\text{m/s}$.

Un auto circula a $90\ \text{km/h}$. Expresa su velocidad en $\text{m/s}$.

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Practica★★☆Sin empezar
Un atleta corre a $15\ \text{m/s}$. Expresa su velocidad en $\text{km/h}$.

Un atleta corre a $15\ \text{m/s}$. Expresa su velocidad en $\text{km/h}$.

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Practica★★☆Sin empezar
¿Cuántos metros recorre en un minuto un monopatín eléctrico que va a $18\ \text{km/h}$?

¿Cuántos metros recorre en un minuto un monopatín eléctrico que va a $18\ \text{km/h}$?

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Ordena de mayor a menor las siguientes velocidades, expresándolas antes todas en $\text{km/h}$: a) $25\ \text{m/s}$ b) $100\ \text{km/h}$ c) $1\ \text{km/min}$

Ordena de mayor a menor las siguientes velocidades, expresándolas antes todas en $\text{km/h}$:

  1. a) $25\ \text{m/s}$
  2. b) $100\ \text{km/h}$
  3. c) $1\ \text{km/min}$
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Velocidad media en recorridos con varios tramos

Un camión recorre 10 km por la carretera La Paz–Oruro a 100 km/h y tarda 6 minutos. Luego otros 10 km en medio de un tráfico lento a 25 km/h y tarda 24 minutos. Los dos tramos miden lo mismo; ¿por qué la velocidad media de todo el viaje no es la mitad entre 100 y 25?

Dos tramos de 30 km: en el primero un ciclista va despacio y tarda 1 hora, en el segundo va al doble de velocidad y tarda media hora, como se ve en la barra de tiempo. Tramo 1 · 30 km/h Tramo 2 · 60 km/h 0 30 km 60 km Tiempo empleado dura 1 h dura 0,5 h 0 1 h 1,5 h
Practica★★☆Sin empezar
Un ciclista recorre $30\ \text{km}$ en la primera hora de ruta y otros $30\ \text{km}$ en la media hora siguiente. Calcula su velocidad media en todo el recorrido, en…

Un ciclista recorre $30\ \text{km}$ en la primera hora de ruta y otros $30\ \text{km}$ en la media hora siguiente. Calcula su velocidad media en todo el recorrido, en $\text{km/h}$.

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Practica★★☆Sin empezar
Un autobús interdepartamental recorre $180\ \text{km}$ en $2\ \text{h}\ 15\ \text{min}$. ¿Cuál ha sido su velocidad media en $\text{km/h}$?

Un autobús interdepartamental recorre $180\ \text{km}$ en $2\ \text{h}\ 15\ \text{min}$. ¿Cuál ha sido su velocidad media en $\text{km/h}$?

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Practica★★★Sin empezar
Un auto recorre $100\ \text{km}$ a $100\ \text{km/h}$ y otros $100\ \text{km}$ a $50\ \text{km/h}$, como se muestra en la figura. a) Calcula el tiempo que tarda en cada…

Un auto recorre $100\ \text{km}$ a $100\ \text{km/h}$ y otros $100\ \text{km}$ a $50\ \text{km/h}$, como se muestra en la figura.

A B 100 km · 100 km/h 100 km · 50 km/h
  1. a) Calcula el tiempo que tarda en cada tramo.
  2. b) Calcula la velocidad media de todo el viaje.
  3. c) Explica por qué la velocidad media no es $75\ \text{km/h}$, la media de las dos velocidades.
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Una familia hace un viaje de $300\ \text{km}$ en auto. Quieren tardar $4\ \text{h}$ en total. Después de $2\ \text{h}$ de viaje han recorrido $150\ \text{km}$. a) ¿Qué…

Una familia hace un viaje de $300\ \text{km}$ en auto. Quieren tardar $4\ \text{h}$ en total. Después de $2\ \text{h}$ de viaje han recorrido $150\ \text{km}$.

  1. a) ¿Qué velocidad media llevan hasta ahora?
  2. b) ¿Qué velocidad media deben mantener en el tramo que queda para llegar a tiempo?
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Acercarse, cruzarse y el sonido del trueno

En esta sección verás dos aplicaciones sencillas de la velocidad constante: el tiempo de encuentro de dos móviles y la distancia a un rayo.

¿Por qué? Si uno avanza $20\ \text{km}$ en una hora y el otro $10\ \text{km}$ hacia él, entre los dos "se comen" $30\ \text{km}$ de distancia en esa hora. Más adelante, en CINEM-MRU y MPARAB-ENCALC, verás esto con fórmulas rápidas.

Dos móviles salen de cada pueblo en sentidos opuestos: el azul, al doble de velocidad que el naranja, avanza hasta cruzarse con él en un punto intermedio, más cerca del pueblo 2, donde ambos se detienen. pueblo 1 pueblo 2 20 km/h 10 km/h se acercan a 20 + 10 = 30 km/h

El sonido también viaja a una velocidad conocida, unos $340\ \text{m/s}$ en el aire. La luz del rayo llega casi al instante, así que el retraso del trueno te permite calcular a qué distancia cayó.

Practica★★☆Sin empezar
El sonido viaja por el aire a unos $340\ \text{m/s}$. Ves caer un rayo y oyes el trueno $5\ \text{s}$ después, como se muestra en la figura. ¿A qué distancia de ti ha…

El sonido viaja por el aire a unos $340\ \text{m/s}$. Ves caer un rayo y oyes el trueno $5\ \text{s}$ después, como se muestra en la figura.

tú d = ? 340 m/s

¿A qué distancia de ti ha caído el rayo?

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Practica★★★Sin empezar
Durante una tormenta oyes el trueno $3\ \text{s}$ después de ver el relámpago. El sonido viaja por el aire a $340\ \text{m/s}$. a) ¿A qué distancia de ti se produjo el…

Durante una tormenta oyes el trueno $3\ \text{s}$ después de ver el relámpago. El sonido viaja por el aire a $340\ \text{m/s}$.

  1. a) ¿A qué distancia de ti se produjo el rayo?
  2. b) Si en la descarga siguiente el trueno tarda $10\ \text{s}$, ¿se acerca o se aleja la tormenta? Justifícalo con el cálculo.
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Practica★★★Sin empezar
Dos pueblos distan $30\ \text{km}$. Un ciclista sale del primero a $20\ \text{km/h}$ y, al mismo tiempo, otro sale del segundo a $10\ \text{km/h}$, cada uno hacia el…

Dos pueblos distan $30\ \text{km}$. Un ciclista sale del primero a $20\ \text{km/h}$ y, al mismo tiempo, otro sale del segundo a $10\ \text{km/h}$, cada uno hacia el pueblo del otro, como se muestra en la figura.

pueblo 1 pueblo 2 20 km/h 10 km/h ? 30 km
  1. a) ¿Cuántos kilómetros se acercan entre sí cada hora?
  2. b) ¿Cuánto tardan en cruzarse?
  3. c) ¿A qué distancia del primer pueblo se cruzan?
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Vuelve al principio: el ciclista del Prado va a unos $5\ \text{m/s}$ ($18\ \text{km/h}$), un avión comercial a unos $250\ \text{m/s}$ ($900\ \text{km/h}$) y el sonido del trueno a $340\ \text{m/s}$ ($1.224\ \text{km/h}$), el más rápido de los tres.

Resumen

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