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Noveno 9° · Ciencias Naturales
La interacción · Cinemática

Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)

Un bus intermunicipal avanza por la autopista a velocidad constante, sin frenar ni acelerar. Un ciclista pedalea parejo por la ciclovía de la carrera Séptima. Para describir movimientos así sirve un modelo matemático sencillo: el movimiento rectilíneo uniforme, base de toda la cinemática. Al final podrás responder: si dos buses salen a la vez de dos ciudades y van uno hacia el otro, ¿dónde y cuándo se cruzan?

Qué es el MRU

Una maleta avanza por la banda transportadora de un aeropuerto: recorre $0{,}5\ \text{m}$ en el primer segundo, otros $0{,}5\ \text{m}$ en el segundo y otros $0{,}5\ \text{m}$ en el tercero, sin desviarse de la recta. ¿Cómo se describe un movimiento que nunca cambia de ritmo ni de dirección?

Una bola se desplaza a velocidad constante sobre una recta y pasa por las marcas de 0, 1, 2 y 3 segundos; los tramos d, todos iguales, muestran que recorre la misma distancia en cada intervalo de tiempo. 0 s 1 s 2 s 3 s d d d la misma distancia en cada intervalo igual de tiempo

Ojo con cuatro palabras que se parecen. La posición $x$ dice dónde está el cuerpo respecto a un origen. El desplazamiento $\Delta x = x_2 - x_1$ es cuánto cambió su posición (con signo). La rapidez es el módulo de la velocidad (siempre positiva). La velocidad incluye además el sentido: su signo.

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Una banda transportadora de aeropuerto se mueve en línea recta y avanza siempre a la misma velocidad. a) ¿Qué tipo de movimiento describe? b) Indica las dos condiciones…

Una banda transportadora de aeropuerto se mueve en línea recta y avanza siempre a la misma velocidad.

  1. a) ¿Qué tipo de movimiento describe?
  2. b) Indica las dos condiciones que debe cumplir un movimiento para ser rectilíneo y uniforme.
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Una banda transportadora de equipaje avanza a $0,5\ \text{m/s}$. Si la banda mide $30\ \text{m}$, ¿cuánto tiempo tarda una maleta en recorrerla de punta a punta?

Una banda transportadora de equipaje avanza a $0,5\ \text{m/s}$. Si la banda mide $30\ \text{m}$, ¿cuánto tiempo tarda una maleta en recorrerla de punta a punta?

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La ecuación de posición

¿Por qué? Si cada segundo avanza $v$ metros, en $t$ segundos avanza $v \cdot t$; se suma a donde empezó.

Mueve los deslizadores de $x_0$ y $v$. La gráfica $x$-$t$ es siempre una recta: su punto de corte con el eje vertical es $x_0$ y su pendiente es $v$.

También puedes despejar el tiempo: si quieres saber cuándo llega a una posición $x$, usa $t = \dfrac{x - x_0}{v}$.

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Un peatón se mueve con MRU según la ecuación $x = x_0 + v \cdot t$, con $x_0 = 10\ \text{m}$ y $v = 2\ \text{m/s}$. Calcula su posición cuando $t = 5\ \text{s}$.

Un peatón se mueve con MRU según la ecuación $x = x_0 + v \cdot t$, con $x_0 = 10\ \text{m}$ y $v = 2\ \text{m/s}$. Calcula su posición cuando $t = 5\ \text{s}$.

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La posición de un monopatín, en unidades del Sistema Internacional, es $x = 50 - 4 \cdot t$. a) Explica qué significa el signo menos de la velocidad: ¿se aleja o se…

La posición de un monopatín, en unidades del Sistema Internacional, es $x = 50 - 4 \cdot t$.

  1. a) Explica qué significa el signo menos de la velocidad: ¿se aleja o se acerca al origen?
  2. b) Calcula su posición cuando $t = 5\ \text{s}$.
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La posición de un ciclista, en unidades del Sistema Internacional, es $x = 20 + 5 \cdot t$. a) ¿Cuál es su posición cuando $t = 6\ \text{s}$? b) ¿En qué instante pasa…

La posición de un ciclista, en unidades del Sistema Internacional, es $x = 20 + 5 \cdot t$.

  1. a) ¿Cuál es su posición cuando $t = 6\ \text{s}$?
  2. b) ¿En qué instante pasa por la posición $x = 120\ \text{m}$?
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Velocidad media y cambio de unidades

En la autopista las velocidades se dan en km/h, pero en las ecuaciones del Sistema Internacional usamos m/s. Hay que convertir.

Dos velocímetros con la aguja en la misma posición: 108 km/h equivalen a 30 m/s; de km/h a m/s se divide entre 3,6 y de m/s a km/h se multiplica por 3,6. 108 km/h 30 m/s ÷ 3,6 × 3,6

Dos casos típicos para usar $\Delta t = \Delta x / v$: el eco y la luz. Si gritas frente a una pared, el sonido va y vuelve, así que recorre el doble de la distancia a la pared. La luz del Sol tarda $t = \dfrac{1{,}5\cdot 10^{11}}{3\cdot 10^{8}} = 500\ \text{s}$, unos $8{,}3$ minutos.

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Un carro circula por autopista a velocidad constante de $90\ \text{km/h}$. ¿Qué distancia recorre en $3\ \text{h}$?

Un carro circula por autopista a velocidad constante de $90\ \text{km/h}$. ¿Qué distancia recorre en $3\ \text{h}$?

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Un corredor mantiene una velocidad constante de $18\ \text{km/h}$. a) Expresa su velocidad en $\text{m/s}$. b) ¿Cuánto tiempo tarda en recorrer $200\ \text{m}$?

Un corredor mantiene una velocidad constante de $18\ \text{km/h}$.

  1. a) Expresa su velocidad en $\text{m/s}$.
  2. b) ¿Cuánto tiempo tarda en recorrer $200\ \text{m}$?
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Gritas frente a una pared vertical que está a $170\ \text{m}$ y oyes el eco. El sonido viaja por el aire a $340\ \text{m/s}$. La situación se muestra en la figura. a)…

Gritas frente a una pared vertical que está a $170\ \text{m}$ y oyes el eco. El sonido viaja por el aire a $340\ \text{m/s}$. La situación se muestra en la figura.

pared ida: 340 m/s vuelta: 340 m/s 170 m d = ?
  1. a) ¿Qué distancia recorre el sonido desde que gritas hasta que oyes el eco? Ten en cuenta que va y vuelve.
  2. b) ¿Cuánto tiempo tarda en llegarte el eco?
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La luz viaja en el vacío a $3 \cdot 10^{8}\ \text{m/s}$ y la distancia media del Sol a la Tierra es de $1,5 \cdot 10^{11}\ \text{m}$. El esquema se muestra en la figura.…

La luz viaja en el vacío a $3 \cdot 10^{8}\ \text{m/s}$ y la distancia media del Sol a la Tierra es de $1,5 \cdot 10^{11}\ \text{m}$. El esquema se muestra en la figura.

Sol Tierra c = 300 000 000 m/s d = 150 000 000 000 m t = ?
  1. a) Calcula el tiempo que tarda la luz del Sol en llegarnos, en segundos.
  2. b) Exprésalo en minutos, con un decimal.
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Marco de referencia y velocidad relativa

Vas sentado en un bus de TransMilenio que avanza a $15\ \text{m/s}$. Para ti, que estás sentado, tu compañero de al lado está quieto. Para alguien parado en la estación, los dos se mueven a $15\ \text{m/s}$. ¿Quién tiene la razón?

Los dos. Describir un movimiento exige un marco de referencia: el observador y el sistema de ejes (origen y sentido positivo) respecto al cual se mide la posición. El movimiento es el mismo, pero su descripción cambia con el observador.

¿Por qué? Desde $B$ el suelo se mueve con $-v_B$; a la velocidad de $A$ hay que quitarle lo que se mueve el propio observador.

Así, al cambiar de marco la gráfica $x$-$t$ cambia (otra pendiente y otra posición inicial), pero el movimiento sigue siendo un MRU. Esta idea simplifica los alcances: si pones el marco en uno de los móviles, el otro se acerca con la velocidad relativa.

Comparar dos movimientos en una misma gráfica

Dos ciclistas ruedan por la ciclorruta a la misma velocidad, pero uno parte con $50\ \text{m}$ de ventaja. ¿Cómo se ve en una gráfica de posición contra tiempo que van igual de rápido y nunca se alcanzan?

Gráfica posición-tiempo con dos rectas paralelas, x₁ y x₂, que representan dos cuerpos con la misma velocidad y una separación constante entre ellos. t x 0 x₁ x₂ misma pendiente: misma velocidad distancia constante entre ambas
Practica★☆☆Sin empezar
La posición de un ciclista viene dada, en unidades del Sistema Internacional, por la ecuación $x = 5 + 3 \cdot t$. a) ¿Cuál es su posición inicial $x_0$ y su velocidad…

La posición de un ciclista viene dada, en unidades del Sistema Internacional, por la ecuación $x = 5 + 3 \cdot t$.

  1. a) ¿Cuál es su posición inicial $x_0$ y su velocidad $v$?
  2. b) Calcula su posición cuando $t = 10\ \text{s}$.
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Practica★☆☆Sin empezar
Dos corredores describen su movimiento, en unidades del Sistema Internacional, con las ecuaciones $x = 8 + 2 \cdot t$ y $x = 8 + 5 \cdot t$. Las gráficas $x$-$t$ de…

Dos corredores describen su movimiento, en unidades del Sistema Internacional, con las ecuaciones $x = 8 + 2 \cdot t$ y $x = 8 + 5 \cdot t$. Las gráficas $x$-$t$ de ambos se muestran en la figura.

t (s) x (m) 8 4 x = 8 + 2·t x = 8 + 5·t
  1. a) ¿Qué tienen en común los dos movimientos y en qué se diferencian?
  2. b) Calcula la posición de cada uno cuando $t = 4\ \text{s}$.
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Practica★★☆Sin empezar
Por una ciclorruta recta circulan, en el mismo sentido, dos personas: A con $x_A = 5 \cdot t$ y B con $x_B = 60 + 2 \cdot t$, en unidades del Sistema Internacional. La…

Por una ciclorruta recta circulan, en el mismo sentido, dos personas: A con $x_A = 5 \cdot t$ y B con $x_B = 60 + 2 \cdot t$, en unidades del Sistema Internacional. La situación inicial se muestra en la figura.

x (m) 0 A 5 m/s B 2 m/s 60 m
  1. a) Calcula la posición de cada una cuando $t = 8\ \text{s}$.
  2. b) ¿Qué distancia las separa en ese instante?
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Encuentros y alcances entre dos móviles

Dos buses salen al mismo tiempo de dos ciudades unidas por una vía recta y van uno hacia el otro a velocidad constante. ¿En qué punto de la vía y cuánto tiempo después de salir se cruzan?

Dos móviles, A y B, parten de los extremos de una recta y avanzan uno hacia el otro a velocidad constante hasta coincidir en la línea de encuentro, donde x_A(t) = x_B(t). A, xA(t) B, xB(t) encuentro xA(t) = xB(t) instante y posición del encuentro
Practica★★☆Sin empezar
Un carro de juguete se mueve según la ecuación $x = 200 - 10 \cdot t$, en unidades del Sistema Internacional. a) ¿En qué instante llega al origen? b) ¿Cuál es su…

Un carro de juguete se mueve según la ecuación $x = 200 - 10 \cdot t$, en unidades del Sistema Internacional.

  1. a) ¿En qué instante llega al origen?
  2. b) ¿Cuál es su posición cuando $t = 12\ \text{s}$?
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Practica★★★Sin empezar
Dos ciudades están unidas por una vía férrea recta de $300\ \text{km}$. Un tren sale de la ciudad A hacia la B a $90\ \text{km/h}$ y, al mismo tiempo, otro sale de la…

Dos ciudades están unidas por una vía férrea recta de $300\ \text{km}$. Un tren sale de la ciudad A hacia la B a $90\ \text{km/h}$ y, al mismo tiempo, otro sale de la ciudad B hacia la A a $60\ \text{km/h}$. La situación se muestra en la figura.

A B 90 km/h 60 km/h 300 km ?
  1. a) ¿Cuántos kilómetros se acercan entre sí cada hora?
  2. b) ¿Cuánto tiempo tardan en cruzarse?
  3. c) ¿A qué distancia de la ciudad A se cruzan?
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Practica★★★Sin empezar
Ana sale de su casa andando a $4\ \text{m/s}$. Veinte segundos después sale Bruno de la misma casa, en la misma dirección, corriendo a $6\ \text{m/s}$. La situación en…

Ana sale de su casa andando a $4\ \text{m/s}$. Veinte segundos después sale Bruno de la misma casa, en la misma dirección, corriendo a $6\ \text{m/s}$. La situación en el instante en que sale Bruno se muestra en la figura.

casa Bruno 6 m/s Ana 4 m/s sale con 20 s de ventaja ?
  1. a) Escribe las ecuaciones de posición de ambos contando el tiempo desde que sale Bruno.
  2. b) Calcula el tiempo que tarda Bruno en alcanzar a Ana.
  3. c) ¿A qué distancia de la casa se produce el alcance?
  4. d) Comprueba quién va por delante $10\ \text{s}$ después de la salida de Bruno y explica el resultado.
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Practica★★★Sin empezar
Dos atletas entrenan en una recta con ecuaciones, en unidades del Sistema Internacional, $x_A = 2 + 4 \cdot t$ y $x_B = 10 + 2 \cdot t$. a) ¿Cuál de los dos parte más…

Dos atletas entrenan en una recta con ecuaciones, en unidades del Sistema Internacional, $x_A = 2 + 4 \cdot t$ y $x_B = 10 + 2 \cdot t$.

  1. a) ¿Cuál de los dos parte más adelantado y con cuántos metros de ventaja?
  2. b) Calcula el instante y la posición del alcance.
  3. c) Determina la posición de cada uno cuando $t = 10\ \text{s}$ y la distancia que los separa.
  4. d) Explica, a partir de las velocidades, por qué el que salía por detrás termina imponiéndose.
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Resumen

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