Tornar a la portadaFísica i Química · 1r Batx. Ciències · Canviar d'assignatura
Començar gratis
BATX1 tecno · Física i Química
Cinemàtica · La cinemàtica

Moviments rectilinis i circulars

Ja saps escriure la posició, la velocitat i l'acceleració com a vectors. Aquest apartat aplica aquestes eines als moviments més habituals: els que van en línia recta (amb acceleració o sense) i els que descriuen una circumferència a ritme constant. Són els maons amb què, en l'apartat següent, es construeixen moviments més complexos com el tir parabòlic.

Et convé dominar: El moviment rectilini uniformement accelerat (4t d'ESO)
Et convé dominar: El moviment circular uniforme (4t d'ESO)

El MRU i el MRUA en notació vectorial

Imagina un tren d'alta velocitat que recorre trams iguals cada segon davant d'un cotxe que arrenca en un semàfor guanyant rapidesa de manera constant: com podem expressar matemàticament aquestes dues maneres d'avançar en línia recta fent servir vectors?

Mou els lliscadors de $x_0$, $v$ (velocitat inicial) i $a$. Amb $a=0$ recuperes el MRU de 4t d'ESO: una recta en la gràfica $x(t)$. Amb $a \neq 0$, la gràfica $x(t)$ es corba i $v(t)$ deixa de ser horitzontal: les dues equacions són les mateixes de sempre, només que ara $x_0$, $v_0$ i $a$ són les components dels vectors $\vec{r}_0$, $\vec{v}_0$ i $\vec{a}$ sobre l'eix de la trajectòria.

Practica★☆☆Sense començar
Un tren de rodalies circula en línia recta amb velocitat constant $\vec{v} = 20\,\vec{i}\ \text{m/s}$. Quan $t = 0$ passa per la posició $x_0 = 100\ \text{m}$. a) Escriu…

Un tren de rodalies circula en línia recta amb velocitat constant $\vec{v} = 20\,\vec{i}\ \text{m/s}$. Quan $t = 0$ passa per la posició $x_0 = 100\ \text{m}$.

  1. a) Escriu l'equació de la seva posició $x(t)$.
  2. b) Calcula la seva posició quan $t = 8\ \text{s}$.
Resoldre
Practica★☆☆Sense començar
Un ciclista es mou en línia recta amb MRUA, amb $x_0 = 0$, $v_0 = 4\ \text{m/s}$ i $a = 1\ \text{m/s}^2$. a) Escriu la seva equació de posició $x(t)$. b) Calcula la seva…

Un ciclista es mou en línia recta amb MRUA, amb $x_0 = 0$, $v_0 = 4\ \text{m/s}$ i $a = 1\ \text{m/s}^2$.

  1. a) Escriu la seva equació de posició $x(t)$.
  2. b) Calcula la seva posició quan $t = 6\ \text{s}$ utilitzant $x = x_0 + v_0 \cdot t + \frac{1}{2} \cdot a \cdot t^2$.
Resoldre
Practica★★☆Sense començar
Un autobús que circula a $72\ \text{km/h}$ frena uniformement amb $a = -2\ \text{m/s}^2$ fins a aturar-se. a) Expressa la seva velocitat inicial en $\text{m/s}$. b)…

Un autobús que circula a $72\ \text{km/h}$ frena uniformement amb $a = -2\ \text{m/s}^2$ fins a aturar-se.

  1. a) Expressa la seva velocitat inicial en $\text{m/s}$.
  2. b) Calcula el temps que triga a parar.
  3. c) Calcula la distància que recorre durant la frenada.
Resoldre

Caiguda lliure i llançament vertical

Si llences una pilota verticalment cap amunt, veus que perd rapidesa fins a aturar-se a l'aire i després cau de tornada cada cop més de pressa: com descriu una mateixa equació tant la pujada com la baixada sota l'acció invisible de la gravetat?

Caiguda lliure amb el sentit positiu cap amunt: en tres posicions successives de la bola, l'acceleració és sempre −g cap avall i la velocitat apunta cap avall i augmenta de mòdul fins a arribar al terra. y (+) terra t₁: v petita t₂: v més gran t₃: v màxima v: creix en caure a = −g (constant)
Practica★☆☆Sense començar
Es deixa caure una moneda des de dalt d'una torre de $20\ \text{m}$. Pren $g \approx 10\ \text{m/s}^2$. a) Calcula el temps que triga a arribar a terra. b) Calcula la…

Es deixa caure una moneda des de dalt d'una torre de $20\ \text{m}$. Pren $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.

  1. a) Calcula el temps que triga a arribar a terra.
  2. b) Calcula la velocitat amb què arriba.
Resoldre
Practica★★☆Sense començar
Des d'un pont de $15\ \text{m}$ d'alçària es llança una pedra verticalment cap avall amb $v_0 = 10\ \text{m/s}$. Pren $g \approx 10\ \text{m/s}^2$. Observa l'esquema: a)…

Des d'un pont de $15\ \text{m}$ d'alçària es llança una pedra verticalment cap avall amb $v_0 = 10\ \text{m/s}$. Pren $g \approx 10\ \text{m/s}^2$. Observa l'esquema:

pont v₀ = 10 m/s g 15 m aigua t = ? v = ?
  1. a) Planteja l'equació de posició prenent la superfície de l'aigua com a origen i calcula el temps que triga a arribar a l'aigua.
  2. b) Calcula la velocitat amb què hi arriba.
Resoldre
Practica★★☆Sense començar
Un malabarista llança una bola verticalment cap amunt amb $v_0 = 30\ \text{m/s}$. Pren $g \approx 10\ \text{m/s}^2$. Observa l'esquema del llançament: a) Calcula el…

Un malabarista llança una bola verticalment cap amunt amb $v_0 = 30\ \text{m/s}$. Pren $g \approx 10\ \text{m/s}^2$. Observa l'esquema del llançament:

sortida v₀ = 30 m/s g punt més alt alçària = ?
  1. a) Calcula el temps que triga a assolir l'alçària màxima.
  2. b) Calcula aquesta alçària màxima.
  3. c) Quant de temps passa fins que la bola torna a la seva mà i amb quina velocitat hi arriba? Justifica-ho per la simetria del moviment.
Resoldre

Moviment circular uniforme: període, freqüència i velocitats

Animació d'un moviment circular uniforme: un punt recorre la circumferència a ritme constant al voltant del centre, arrossegant el radi i un vector velocitat de longitud fixa que sempre és tangent a la trajectòria; les etiquetes acompanyen el radi i el vector. r v (tangent)
Practica★☆☆Sense començar
Les aspes d'un ventilador de sostre triguen $0,5\ \text{s}$ a fer una volta completa. a) Quant valen el període $T$ i la freqüència $f$ del gir? b) Calcula la velocitat…

Les aspes d'un ventilador de sostre triguen $0,5\ \text{s}$ a fer una volta completa.

  1. a) Quant valen el període $T$ i la freqüència $f$ del gir?
  2. b) Calcula la velocitat angular $\omega = \frac{2\pi}{T}$, en $\text{rad/s}$, i aproxima-la amb un decimal.
Resoldre
Practica★☆☆Sense començar
Una sènia gira amb velocitat angular constant $\omega = 0,5\ \text{rad/s}$ i el seu radi és $r = 10\ \text{m}$. L'esquema mostra una cistella a la vora i una altra més a…

Una sènia gira amb velocitat angular constant $\omega = 0,5\ \text{rad/s}$ i el seu radi és $r = 10\ \text{m}$. L'esquema mostra una cistella a la vora i una altra més a prop de l'eix.

10 m v = ? v menor gir: 0,5 rad/s
  1. a) Calcula la velocitat lineal $v = \omega \cdot r$ d'una cistella situada a la vora.
  2. b) Explica per què una cistella situada més a prop de l'eix es mouria més a poc a poc, encara que la velocitat angular sigui la mateixa.
Resoldre
Practica★★☆Sense començar
Un cavallet de fira de $4\ \text{m}$ de radi fa una volta cada $8\ \text{s}$. a) Calcula la seva velocitat angular $\omega$ en $\text{rad/s}$, en funció de $\pi$. b)…

Un cavallet de fira de $4\ \text{m}$ de radi fa una volta cada $8\ \text{s}$.

  1. a) Calcula la seva velocitat angular $\omega$ en $\text{rad/s}$, en funció de $\pi$.
  2. b) Calcula la velocitat lineal d'un nen assegut a la vora.
  3. c) Calcula la seva acceleració normal. Expressa els resultats finals també amb un decimal.
Resoldre

L'acceleració normal o centrípeta

Quan viatges en un cavallets que gira a ritme fix, el velocímetre marcaria una rapidesa constant, però notes que el teu cos tendeix a seguir en línia recta i necessita una força per no sortir disparat: si el valor de la velocitat no canvia, per què experimentes una acceleració?

Animació del moviment circular uniforme: una partícula recorre la circumferència en sentit horari amb velocitat tangent de mòdul constant, la direcció de la qual va canviant, i amb l'acceleració normal apuntant sempre cap al centre. v (tangent) aₙ (cap al centre)
Practica★☆☆Sense començar
Un patinador agafa una corba de $8\ \text{m}$ de radi a $4\ \text{m/s}$. La figura mostra la corba i el vector velocitat. a) Calcula la seva acceleració normal…

Un patinador agafa una corba de $8\ \text{m}$ de radi a $4\ \text{m/s}$. La figura mostra la corba i el vector velocitat.

centre 8 m v = 4 m/s acceleració normal = ?
  1. a) Calcula la seva acceleració normal $a_n = \frac{v^2}{r}$.
  2. b) Indica'n la direcció i el sentit.
Resoldre
Practica★★☆Sense començar
Una centrífuga de laboratori gira amb una freqüència de $f = 50\ \text{Hz}$ i les mostres descriuen cercles de $0,1\ \text{m}$ de radi. a) Calcula la velocitat angular…

Una centrífuga de laboratori gira amb una freqüència de $f = 50\ \text{Hz}$ i les mostres descriuen cercles de $0,1\ \text{m}$ de radi.

  1. a) Calcula la velocitat angular $\omega = 2\pi \cdot f$.
  2. b) Calcula la velocitat lineal de les mostres.
  3. c) Calcula la seva acceleració normal i expressa-la en notació científica.
Resoldre
Practica★★★Sense començar
En una plataforma giratòria d'un parc d'atraccions que gira amb $\omega = 0,5\ \text{rad/s}$, un nen està assegut a $2\ \text{m}$ de l'eix i un adult a $8\ \text{m}$. a)…

En una plataforma giratòria d'un parc d'atraccions que gira amb $\omega = 0,5\ \text{rad/s}$, un nen està assegut a $2\ \text{m}$ de l'eix i un adult a $8\ \text{m}$.

  1. a) Calcula la velocitat lineal de cadascun.
  2. b) Calcula l'acceleració normal de cadascun.
  3. c) Raona, a partir de l'expressió $a_n = \omega^2 \cdot r$, qui dels dos està sotmès a més acceleració i què implica això sobre l'adherència que necessita per no relliscar cap enfora.
Resoldre

Moviment circular accelerat i components de l'acceleració

Si $\alpha$ és constant, el moviment és circular uniformement accelerat: $\omega=\omega_0+\alpha t$ i $\theta=\theta_0+\omega_0t+\tfrac12\alpha t^2$. S'usen radians; $\vec a$ no és constant perquè canvia la seva direcció, encara que $\alpha$ sí que ho sigui.

En una corba de radi $50\ \text{m}$ presa a $10\ \text{m/s}$, $a_n=2\ \text{m/s}^2$. Encara que el velocímetre no canviï, cal força neta cap al centre; «força centrípeta» és la resultant radial, no una força addicional al pes, la normal o el fregament.

L'esquema relaciona les idees principals:

Moviment circular accelerat: en un punt de la trajectòria, l'acceleració tangencial (que canvia la rapidesa) i l'acceleració normal (que apunta al centre i canvia la direcció) són perpendiculars i la seva suma vectorial és l'acceleració total. R at: rapidesa an: direcció a = at + an

Resum

Veure tots els exercicis d'aquest apartat