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2° medio · Física
La interacción · La cinemática

La velocidad

Un ciclista en la Costanera Norte de Santiago, un avión que despega del aeropuerto de Pudahuel, el sonido de un trueno en una tarde de tormenta en Temuco: 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 rapidez, y de ella sale la velocidad.

Qué es la velocidad

Sofía recorre 100 m en 20 s y Benjamín recorre 150 m en 35 s. Aunque Benjamín 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.

Antes de calcular, fija un sistema de referencia: un origen y un sentido positivo desde los cuales describes dónde está el cuerpo. La posición $x$ dice dónde está respecto del origen, y la trayectoria es el camino que sigue. Para describirlo tratamos a la micro, al ciclista o a la pelota como un cuerpo puntual: un punto que se desplaza.

La distancia es el largo de la trayectoria recorrida. El desplazamiento es el cambio de posición, $\Delta x = x_{final} - x_{inicial}$, y en una recta tiene signo según el sentido elegido.

La rapidez media es un escalar: distancia dividida entre tiempo, solo tiene valor. La velocidad media es un vector: desplazamiento dividido entre el tiempo transcurrido, $v = \Delta x / \Delta t$, con módulo, dirección y sentido (en una recta, con signo). Cuando el movimiento es en línea recta y hacia un solo lado, distancia y desplazamiento coinciden y los números de rapidez y velocidad son los mismos. Es el caso de esta página, por eso usamos $v = d/t$. El signo de la velocidad lo retomamos en CINE-MRU.

La velocidad instantánea es la que marca el velocímetro del auto en un instante; la media resume todo el recorrido.

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 rapidez, 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
Indica cuáles de las siguientes expresiones son unidades de velocidad y cuáles no, y explica por qué: a) $\text{m/s}$ b) $\text{kg/m}^3$ c) $\text{km/h}$ d)…

Indica cuáles de las siguientes expresiones son unidades de velocidad y cuáles no, y explica por qué:

  1. a) $\text{m/s}$
  2. b) $\text{kg/m}^3$
  3. c) $\text{km/h}$
  4. d) $\text{m/s}^2$
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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 $3{,}6$.

Con otras unidades el método es el mismo: cambias la unidad de distancia y la de tiempo por separado. Como $1\ \text{h} = 60\ \text{min}$, una velocidad en $\text{km/min}$ se pasa a $\text{km/h}$ multiplicando por $60$.

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 scooter eléctrico que va a $18\ \text{km/h}$?

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

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Practica★★★Sin empezar
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 Ruta 68 a 100 km/h y tarda 6 minutos. Luego otros 10 km en un taco a 25 km/h y tarda 24 minutos. Los dos tramos miden lo mismo; ¿por qué la rapidez 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

Vuelve al camión: recorrió $20\ \text{km}$ en $6 + 24 = 30\ \text{min} = 0{,}5\ \text{h}$, así que su rapidez media fue $20 \div 0{,}5 = 40\ \text{km/h}$, y no $62{,}5\ \text{km/h}$, el promedio de $100$ y $25$.

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

Un bus interurbano 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 demora 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 demora en cada tramo.
  2. b) Calcula la velocidad media de todo el viaje.
  3. c) Explica por qué la velocidad media no es $75\ \text{km/h}$, el promedio de las dos velocidades.
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Una familia hace un viaje de $300\ \text{km}$ en auto. Quieren demorar $4\ \text{h}$ 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 demorar $4\ \text{h}$ 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

¿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.

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 cayó…

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 cayó el rayo?

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Practica★★★Sin empezar
Durante una tormenta escuchas 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 cayó el…

Durante una tormenta escuchas 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 cayó el rayo?
  2. b) Si en la descarga siguiente el trueno demora $10\ \text{s}$, ¿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 se demoran en cruzarse?
  3. c) ¿A qué distancia del primer pueblo se cruzan?
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Vuelve al principio: el ciclista de la Costanera 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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