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La interacción · Cinemática

Movimiento rectilíneo uniforme

Te conviene dominar: La velocidad (2° de secundaria)

En una autopista recta, un camión y un auto salen de la misma caseta y avanzan sin acelerar ni frenar. ¿Podemos predecir dónde estará cada uno dentro de 10 minutos y cuándo el auto alcanzará al camión? Con un modelo muy sencillo, el movimiento rectilíneo uniforme, sí. Es la base para predecir movimientos futuros y para entender la aceleración y las fuerzas que verás después.

Qué es el MRU

Un patinador se desliza por una pista recta: recorre $5\ \text{m}$ en el primer segundo, otros $5\ \text{m}$ en el segundo y otros $5\ \text{m}$ en el tercero. ¿Cómo describimos un movimiento que no cambia de ritmo ni de dirección?

Una canica avanza a velocidad constante sobre una recta y pasa por las marcas de 0, 1, 2 y 3 s; los tramos d son todos iguales. 0 s 1 s 2 s 3 s d d d la misma distancia en cada intervalo igual de tiempo

Rapidez y velocidad

La rapidez es un escalar: solo dice qué tan rápido se mueve el objeto (por ejemplo, $20\ \text{m/s}$). La velocidad es un vector: además tiene dirección y sentido. En una recta, el sentido se indica con el signo: $+$ o $-$.

Practica★☆☆Sin empezar
Un pasillo rodante 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 que…

Un pasillo rodante 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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Practica★☆☆Sin empezar
Una cinta transportadora de equipaje avanza a $0.5\ \text{m/s}$. Si la cinta mide $30\ \text{m}$, ¿cuánto tiempo tarda una maleta en recorrerla de punta a punta?

Una cinta transportadora de equipaje avanza a $0.5\ \text{m/s}$. Si la cinta 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 es así? Si la velocidad no cambia, cada segundo se suman los mismos $v$ metros a la posición; después de $t$ segundos se han sumado $v \times t$ metros a la posición inicial.

Mueve los deslizadores de $x_0$ y $v$. La gráfica $x(t)$ siempre es una recta: su ordenada al origen es $x_0$ y su pendiente es $v$.

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

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Practica★☆☆Sin empezar
La posición de un ciclista viene dada, en unidades del Sistema Internacional, por la ecuación $x = 5 + 3 \times t$. 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 $x = 5 + 3 \times t$.

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

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

  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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Practica★☆☆Sin empezar
Un ciclista sale del origen y pedalea con velocidad constante de $6\ \text{m/s}$ en línea recta. a) ¿Cuál es su posición a los $20\ \text{s}$? b) ¿Qué distancia ha…

Un ciclista sale del origen y pedalea con velocidad constante de $6\ \text{m/s}$ en línea recta.

  1. a) ¿Cuál es su posición a los $20\ \text{s}$?
  2. b) ¿Qué distancia ha recorrido en ese tiempo? Explica por qué coincide con su posición.
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Practica★★☆Sin empezar
La posición de un ciclista, en unidades del Sistema Internacional, es $x = 20 + 5 \times t$. 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 $x = 20 + 5 \times t$.

  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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Practica★★☆Sin empezar
Un carro de juguete se mueve según la ecuación $x = 200 - 10 \times t$, 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 $x = 200 - 10 \times t$, 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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Velocidad media, tiempo, distancia y cambio de unidades

Despejando de $x = x_0 + v\times t$ con $x_0 = 0$ se obtiene lo que usarás todo el tiempo: la distancia $d = v \times t$ y el tiempo $t = d / v$.

Las unidades deben ser coherentes: si la velocidad está en m/s, la distancia va en m y el tiempo en s.

Un tren en marcha y 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

También en el MRU el sonido y la luz se tratan así: el sonido en el aire viaja a unos $340\ \text{m/s}$ y la luz en el vacío a $3 \times 10^{8}\ \text{m/s}$. Si el sonido va y vuelve (un eco), la distancia total recorrida es el doble de la distancia a la pared.

Practica★☆☆Sin empezar
Un auto circula por autopista a velocidad constante de $90\ \text{km/h}$. ¿Qué distancia recorre en $3\ \text{h}$?

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

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
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 $200\ \text{m}$?
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Un tren pasa por una estación sin pararse, a $108\ \text{km/h}$, y mantiene esa velocidad. Tomamos la estación como origen. a) Expresa la velocidad en $\text{m/s}$. b)…

Un tren pasa por una estación sin pararse, a $108\ \text{km/h}$, y mantiene esa velocidad. Tomamos la estación como origen.

  1. a) Expresa la velocidad en $\text{m/s}$.
  2. b) Escribe la ecuación de su posición.
  3. c) Calcula su posición a los $45\ \text{s}$ de pasar por la estación.
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Sales de casa caminando a $1.5\ \text{m/s}$ hacia la parada del camión, que está a $450\ \text{m}$. a) ¿Cuántos segundos tardas en llegar? b) Expresa el resultado en…

Sales de casa caminando a $1.5\ \text{m/s}$ hacia la parada del camión, que está a $450\ \text{m}$.

  1. a) ¿Cuántos segundos tardas en llegar?
  2. b) Expresa el resultado en minutos.
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Practica★★☆Sin empezar
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?
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
La luz viaja en el vacío a $3 \times 10^{8}\ \text{m/s}$ y la distancia media del Sol a la Tierra es de $1.5 \times 10^{11}\ \text{m}$. El esquema se muestra en la…

La luz viaja en el vacío a $3 \times 10^{8}\ \text{m/s}$ y la distancia media del Sol a la Tierra es de $1.5 \times 10^{11}\ \text{m}$. 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.
Resolver

Comparar dos movimientos en una misma gráfica

Dos ciclistas ruedan por una carretera recta a $20\ \text{km/h}$, pero uno parte con dos kilómetros de ventaja. ¿Cómo se ve en una gráfica de posición contra tiempo que van igual de rápido sin alcanzarse nunca?

Gráfica posición-tiempo con dos rectas paralelas, x₁ y x₂, que representan dos móviles con la misma velocidad y una separación constante. t x 0 x₁ x₂ misma pendiente: misma velocidad distancia constante entre ambas
Practica★☆☆Sin empezar
Dos corredores describen su movimiento, en unidades del Sistema Internacional, con las ecuaciones $x = 8 + 2 \times t$ y $x = 8 + 5 \times t$. Las gráficas $x$-$t$ de…

Dos corredores describen su movimiento, en unidades del Sistema Internacional, con las ecuaciones $x = 8 + 2 \times t$ y $x = 8 + 5 \times t$. 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 un carril bici recto circulan, en el mismo sentido, dos personas: A con $x_A = 5 \times t$ y B con $x_B = 60 + 2 \times t$, en unidades del Sistema Internacional. La…

Por un carril bici recto circulan, en el mismo sentido, dos personas: A con $x_A = 5 \times t$ y B con $x_B = 60 + 2 \times t$, 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?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Dos móviles describen su movimiento, en unidades del Sistema Internacional, con las ecuaciones $x_A = 3 + 5 \times t$ y $x_B = 10 + 5 \times t$. Las gráficas $x$-$t$ de…

Dos móviles describen su movimiento, en unidades del Sistema Internacional, con las ecuaciones $x_A = 3 + 5 \times t$ y $x_B = 10 + 5 \times t$. Las gráficas $x$-$t$ de ambos se muestran en la figura.

t (s) x (m) 3 10 4 x = 3 + 5·t x = 10 + 5·t
  1. a) Intenta calcular el instante en que se encontrarían igualando las dos ecuaciones y explica qué ocurre.
  2. b) ¿Qué distancia los separa en cualquier instante? Demuéstralo calculando sus posiciones en dos instantes distintos.
  3. c) Enuncia la condición que deben cumplir las velocidades de dos móviles con MRU para que lleguen a encontrarse.
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Encuentros y alcances entre dos móviles

Dos trenes salen al mismo tiempo de dos estaciones separadas $200\ \text{km}$ y viajan uno hacia el otro a velocidad constante. ¿En qué punto y cuánto tiempo después se cruzan?

Dos móviles, A y B, parten de los extremos de una recta y avanzan uno hacia el otro hasta coincidir en la línea de encuentro. A B encuentro xA = xB
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?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Un ciclista sale de un punto a $6\ \text{m/s}$. Diez segundos después sale del mismo punto y en su mismo sentido un scooter a $10\ \text{m/s}$. a) Escribe la ecuación de…

Un ciclista sale de un punto a $6\ \text{m/s}$. Diez segundos después sale del mismo punto y en su mismo sentido un scooter a $10\ \text{m/s}$.

  1. a) Escribe la ecuación de posición de cada móvil tomando $t = 0$ en la salida del scooter. Recuerda que, cuando el scooter sale, el ciclista ya lleva $10\ \text{s}$ de ventaja.
  2. b) ¿Cuánto tiempo tarda el scooter en alcanzar al ciclista?
  3. c) ¿A qué distancia del punto de salida lo consigue?
Resolver
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 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.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Dos móviles se mueven sobre la misma recta con ecuaciones, en unidades del Sistema Internacional, $x_A = 5 \times t$ y $x_B = 90 - 4 \times t$. a) ¿A qué distancia se…

Dos móviles se mueven sobre la misma recta con ecuaciones, en unidades del Sistema Internacional, $x_A = 5 \times t$ y $x_B = 90 - 4 \times t$.

  1. a) ¿A qué distancia se encuentran inicialmente? ¿Se acercan o se alejan? Justifícalo a partir de los signos de las velocidades.
  2. b) Calcula el instante en que se cruzan.
  3. c) ¿En qué posición lo hacen?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Un camión sale de una ciudad por una autopista recta a $72\ \text{km/h}$. Media hora después sale del mismo punto un auto a $108\ \text{km/h}$, en el mismo sentido. a)…

Un camión sale de una ciudad por una autopista recta a $72\ \text{km/h}$. Media hora después sale del mismo punto un auto a $108\ \text{km/h}$, en el mismo sentido.

  1. a) Expresa ambas velocidades en $\text{m/s}$.
  2. b) Escribe las ecuaciones de posición de los dos vehículos contando el tiempo desde que sale el auto.
  3. c) Calcula el tiempo que tarda el auto en alcanzar al camión, expresado en horas.
  4. d) ¿A qué distancia de la ciudad se produce el alcance, en kilómetros?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
En una recta de pruebas, una motocicleta sale del origen a $25\ \text{m/s}$ al mismo tiempo que un auto situado $500\ \text{m}$ por delante arranca y circula a…

En una recta de pruebas, una motocicleta sale del origen a $25\ \text{m/s}$ al mismo tiempo que un auto situado $500\ \text{m}$ por delante arranca y circula a $15\ \text{m/s}$ en el mismo sentido. La situación inicial se muestra en la figura.

x (m) 0 moto 25 m/s auto 15 m/s 500 m ?
  1. a) Escribe las ecuaciones de posición de ambos vehículos.
  2. b) Calcula el instante en que la motocicleta alcanza al auto.
  3. c) ¿En qué posición se produce el alcance? Comprueba el resultado sustituyendo el tiempo en las dos ecuaciones.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Dos atletas entrenan en una recta con ecuaciones, en unidades del Sistema Internacional, $x_A = 2 + 4 \times t$ y $x_B = 10 + 2 \times t$. a) ¿Cuál de los dos parte más…

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

  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 acaba imponiéndose.
Resolver

Vuelve al principio: el camión y el auto de la autopista se describen con $x = x_0 + v \times t$. Para saber cuándo el auto alcanza al camión, igualas sus dos ecuaciones y despejas el tiempo.

Resumen

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