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La interacción · La cinemática

Interpretación de gráficas x-t y v-t

Fátima cuenta su camino al colegio: «salí de casa caminando a paso constante, aceleré al ver que se me hacía tarde y, al llegar a la puerta, frené». Ese relato se puede dibujar sin una sola palabra, con una gráfica. Y de una gráfica se lee, con solo mirarla, qué hace el móvil en cada tramo: reposo, movimiento uniforme o movimiento acelerado.

Gráfica x-t: posición y pendiente

Medimos la posición de una pelota en un pasillo: a los $0\ \text{s}$ está en $0\ \text{m}$, a los $2\ \text{s}$ en $4\ \text{m}$ y a los $4\ \text{s}$ en $8\ \text{m}$. ¿Cómo ver de un vistazo si va rápido o despacio, sin depender de una tabla de números?

En la primera gráfica, $x(t)$, fijate en la inclinación de la recta. En la segunda, $v(t)$, comprobá que es una línea horizontal: la velocidad no cambia.

Practica★☆☆Sin empezar
En una gráfica posición-tiempo (x-t), la línea de un móvil es horizontal durante $10\ \text{s}$, como se muestra en la figura. ¿Qué está haciendo el móvil durante ese…

En una gráfica posición-tiempo (x-t), la línea de un móvil es horizontal durante $10\ \text{s}$, como se muestra en la figura.

t (s) x (m) 0 5 10

¿Qué está haciendo el móvil durante ese tiempo? Justificá tu respuesta.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
En una misma gráfica x-t, Ana y Luis aparecen como dos líneas rectas, y la de Ana sube más inclinada que la de Luis, como se muestra en la figura. ¿Quién va más rápido?…

En una misma gráfica x-t, Ana y Luis aparecen como dos líneas rectas, y la de Ana sube más inclinada que la de Luis, como se muestra en la figura.

t (s) x (m) Ana Luis

¿Quién va más rápido? ¿Qué magnitud nos da la pendiente de una gráfica x-t?

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
La gráfica x-t de un caminante es una recta que pasa por los puntos $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ y $(10\ \text{s},\ 50\ \text{m})$, como se muestra en la figura.…

La gráfica x-t de un caminante es una recta que pasa por los puntos $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ y $(10\ \text{s},\ 50\ \text{m})$, como se muestra en la figura.

t (s) x (m) 0 5 10 10 20 30 40 50 v = ?

Calculá su velocidad.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
¿Qué información da la pendiente de una gráfica posición-tiempo? ¿Y la de una gráfica velocidad-tiempo? Contestá con tus palabras y poné un ejemplo numérico de cada una.

¿Qué información da la pendiente de una gráfica posición-tiempo? ¿Y la de una gráfica velocidad-tiempo? Contestá con tus palabras y poné un ejemplo numérico de cada una.

Resolver

Gráfica v-t: pendiente = aceleración

El velocímetro de una moto marca $0\ \text{m/s}$ en la salida, $10\ \text{m/s}$ a los $2\ \text{s}$ y $20\ \text{m/s}$ a los $4\ \text{s}$. ¿Cómo dibujamos qué tan rápido cambia esa velocidad?

Como $a \neq 0$, la gráfica $v(t)$ ya no es horizontal sino una recta inclinada, y la gráfica $x(t)$ se curva.

Gráfica velocidad-tiempo: una recta horizontal para el MRU, con aceleración nula, y una recta inclinada hacia arriba para el MRUA, con aceleración constante positiva. Un triángulo sobre la recta inclinada muestra Δt y Δv. v t 0 MRUA: a > 0 recta inclinada Δt Δv MRU: a = 0 pendiente = aceleración

Cuando la línea de $v$-$t$ es horizontal, la velocidad es constante y la distancia recorrida es el producto de la velocidad por el tiempo: $d = v \cdot t$. Es el área del rectángulo bajo la línea (se ve con más detalle en la última sección).

Practica★☆☆Sin empezar
El gráfico velocidad-tiempo (v-t) de un avión en crucero es una línea horizontal a $v = 250\ \text{m/s}$ durante $10\ \text{s}$, como se muestra en la figura. ¿Qué tipo…

El gráfico velocidad-tiempo (v-t) de un avión en crucero es una línea horizontal a $v = 250\ \text{m/s}$ durante $10\ \text{s}$, como se muestra en la figura.

t (s) v (m/s) 0 5 10 100 200 250 x = ?

¿Qué tipo de movimiento lleva en ese tramo? ¿Qué distancia recorre en esos $10\ \text{s}$?

Resolver

Tramos combinados: reposo, MRU y regreso

Los movimientos reales casi nunca son de un solo tipo: se arranca, se avanza, se hace una parada y se regresa. La gráfica los junta por tramos, y cada tramo se lee con su propia pendiente.

Gráfica posición-tiempo con tres tramos enlazados: un avance en MRU con recta inclinada, un intervalo en reposo con recta horizontal y un regreso hacia el origen con pendiente negativa. x t 0 MRU pendiente + parado x constante vuelve pendiente −
Practica★☆☆Sin empezar
La gráfica x-t de un patinador tiene dos tramos rectos: el primero va de $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ a $(10\ \text{s},\ 100\ \text{m})$ y el segundo, de…

La gráfica x-t de un patinador tiene dos tramos rectos: el primero va de $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ a $(10\ \text{s},\ 100\ \text{m})$ y el segundo, de $(10\ \text{s},\ 100\ \text{m})$ a $(30\ \text{s},\ 200\ \text{m})$, como se muestra en la figura.

t (s) x (m) 0 10 20 30 50 100 150 200 v₁ = ? v₂ = ?

Calculá su velocidad en cada tramo y decí en cuál va más rápido.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
La gráfica x-t de una excursión en bici tiene tres tramos rectos, como se muestra en la figura: de $(0\ \text{min},\ 0\ \text{km})$ a $(20\ \text{min},\ 10\ \text{km})$;…

La gráfica x-t de una excursión en bici tiene tres tramos rectos, como se muestra en la figura: de $(0\ \text{min},\ 0\ \text{km})$ a $(20\ \text{min},\ 10\ \text{km})$; horizontal desde ahí hasta $t = 30\ \text{min}$; y de $(30\ \text{min},\ 10\ \text{km})$ a $(60\ \text{min},\ 16\ \text{km})$.

t (min) x (km) 0 10 20 30 40 50 60 4 8 12 16 v₁ = ? v₂ = ? v₃ = ?
  1. a) Calculá la velocidad de cada tramo, en $\text{km/min}$.
  2. b) ¿Qué ocurre en el tramo central? ¿Qué creés que hicieron los ciclistas en ese tiempo?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
La gráfica x-t del viaje de un ómnibus escolar tiene estos tramos rectos, como se muestra en la figura: de $(0\ \text{min},\ 0\ \text{km})$ a…

La gráfica x-t del viaje de un ómnibus escolar tiene estos tramos rectos, como se muestra en la figura: de $(0\ \text{min},\ 0\ \text{km})$ a $(10\ \text{min},\ 6\ \text{km})$; horizontal hasta $t = 15\ \text{min}$, mientras recoge a unos alumnos; de $(15\ \text{min},\ 6\ \text{km})$ a $(35\ \text{min},\ 16\ \text{km})$; y por último de $(35\ \text{min},\ 16\ \text{km})$ a $(55\ \text{min},\ 0\ \text{km})$.

t (min) x (km) 0 10 20 30 40 50 4 8 12 16
  1. a) Calculá la velocidad de cada tramo, en $\text{km/min}$.
  2. b) ¿Qué significa el último tramo, cuya pendiente es negativa?
  3. c) ¿En qué tramo va más rápido el ómnibus? Justificalo comparando las pendientes.
Resolver

Ampliación: curvas y dos móviles en la misma gráfica

Una curva en $x$-$t$ indica que la velocidad cambia: si se va empinando, el móvil acelera; si se va aplanando, frena. Una curva no prueba por sí sola que la aceleración sea constante; en el MRUA, $x$-$t$ es una parábola y $v$-$t$ una recta.

De la recta a su ecuación

Una recta de $x$-$t$ se puede escribir como una ecuación: $x = x_0 + v \cdot t$. La pendiente es la velocidad $v$, y $x_0$ es la posición en $t = 0$, donde la recta corta el eje vertical (la ordenada al origen).

El cruce en la gráfica

Gráfica posición-tiempo con dos rectas que se cortan: el punto de cruce marca el instante y la posición en que los dos móviles se encuentran. t (s) x (m) cruce t x Móvil A Móvil B mismo t y misma x
Practica★★☆Sin empezar
En una misma gráfica x-t, la recta de Carla empieza en $(0\ \text{s},\ 30\ \text{m})$ y pasa por $(10\ \text{s},\ 60\ \text{m})$, y la de Dani empieza en…

En una misma gráfica x-t, la recta de Carla empieza en $(0\ \text{s},\ 30\ \text{m})$ y pasa por $(10\ \text{s},\ 60\ \text{m})$, y la de Dani empieza en $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ y pasa por $(10\ \text{s},\ 60\ \text{m})$, como se muestra en la figura.

t (s) x (m) 0 5 10 20 40 60 cruce Carla Dani
  1. a) Calculá la velocidad de cada uno.
  2. b) ¿Quién salía por delante? ¿Quién corre más rápido?
  3. c) ¿Se cruzan en algún momento? ¿Dónde se ve eso en la gráfica?
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
En una gráfica x-t, la recta de un tren pasa por $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ y $(20\ \text{s},\ 400\ \text{m})$, y la de otro tren, que viene de frente, pasa por…

En una gráfica x-t, la recta de un tren pasa por $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ y $(20\ \text{s},\ 400\ \text{m})$, y la de otro tren, que viene de frente, pasa por $(0\ \text{s},\ 800\ \text{m})$ y $(40\ \text{s},\ 0\ \text{m})$, como se muestra en la figura.

t (s) x (m) 0 10 20 30 40 200 400 600 800 ? tren A tren B
  1. a) Calculá la velocidad de cada tren, con su signo.
  2. b) Las dos rectas se cortan en un punto: explicá qué significa ese punto.
  3. c) Calculá en qué instante y en qué posición se cruzan los trenes.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
En una gráfica x-t, la recta de un ciclista pasa por $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ y $(30\ \text{s},\ 300\ \text{m})$, y la de un peatón, que va en sentido contrario,…

En una gráfica x-t, la recta de un ciclista pasa por $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ y $(30\ \text{s},\ 300\ \text{m})$, y la de un peatón, que va en sentido contrario, por $(0\ \text{s},\ 500\ \text{m})$ y $(50\ \text{s},\ 0\ \text{m})$, como se muestra en la figura.

t (s) x (m) 0 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 ? ciclista peatón
  1. a) Calculá la velocidad de cada uno, con su signo.
  2. b) Escribí la ecuación de la posición de cada uno.
  3. c) El punto donde las rectas se cortan es el cruce: calculá cuándo y dónde se produce.
  4. d) Comprobá el resultado sustituyendo en las dos ecuaciones.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Una compañera dibuja la gráfica x-t de un corredor con estos dos tramos, como se muestra en la figura: primero una recta de $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ a…

Una compañera dibuja la gráfica x-t de un corredor con estos dos tramos, como se muestra en la figura: primero una recta de $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ a $(10\ \text{s},\ 40\ \text{m})$ y después una recta que va de $(10\ \text{s},\ 40\ \text{m})$ a $(5\ \text{s},\ 20\ \text{m})$.

t (s) x (m) 0 5 10 10 20 30 40
  1. a) Calculá la velocidad del primer tramo.
  2. b) Explicá por qué el segundo tramo es imposible en la realidad: fijate en cómo avanza el tiempo.
  3. c) ¿Cómo debería ser un tramo en el que el corredor sí vuelve hacia el punto de partida? Describilo y poné un ejemplo con números.

Podés hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Resolver
Practica★★★Sin empezar
En una gráfica x-t, un ciclista aparece como una recta de $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ a $(60\ \text{s},\ 300\ \text{m})$. Una moto sale más tarde y su recta pasa por…

En una gráfica x-t, un ciclista aparece como una recta de $(0\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ a $(60\ \text{s},\ 300\ \text{m})$. Una moto sale más tarde y su recta pasa por $(20\ \text{s},\ 0\ \text{m})$ y $(40\ \text{s},\ 300\ \text{m})$, como se muestra en la figura.

t (s) x (m) 0 10 20 30 40 50 60 100 200 300 ? ciclista moto
  1. a) Calculá la velocidad de cada uno.
  2. b) Escribí sus ecuaciones de posición (recordá que la moto parte en $t = 20\ \text{s}$).
  3. c) ¿En qué instante y en qué posición la moto alcanza al ciclista?
  4. d) ¿Quién va por delante en $t = 25\ \text{s}$? Justificalo con los cálculos.
Resolver

Ampliación: el área bajo la gráfica v-t

Si un móvil va a $10\ \text{m/s}$ durante $20\ \text{s}$, recorre $10 \times 20 = 200\ \text{m}$. Eso es el área del rectángulo bajo la línea horizontal de la gráfica $v$-$t$.

Practica★★☆Sin empezar
La gráfica v-t de un tranvía es horizontal a $10\ \text{m/s}$ entre $t = 0\ \text{s}$ y $t = 20\ \text{s}$, y horizontal a $5\ \text{m/s}$ entre $t = 20\ \text{s}$ y…

La gráfica v-t de un tranvía es horizontal a $10\ \text{m/s}$ entre $t = 0\ \text{s}$ y $t = 20\ \text{s}$, y horizontal a $5\ \text{m/s}$ entre $t = 20\ \text{s}$ y $t = 40\ \text{s}$, como se muestra en la figura.

t (s) v (m/s) 0 10 20 30 40 5 10 d₁ = ? d₂ = ?
  1. a) ¿Qué distancia recorre en el primer tramo? ¿Y en el segundo?
  2. b) ¿Qué distancia total recorre en los $40\ \text{s}$?
  3. c) ¿Cuál es su velocidad media en todo el trayecto?
Resolver

Volvé al principio: el relato de Fátima, en una gráfica $v$-$t$, es una línea horizontal (paso constante), un tramo inclinado hacia arriba (acelera) y un tramo inclinado hacia abajo hasta el eje del tiempo (frena hasta detenerse).

Resumen

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