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La interacción · Cinemática

Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)

Un bus de la ruta 101 avanza por un tramo recto de la autopista sin frenar ni acelerar. La luz del Sol viaja hacia nosotros sin cambiar su rapidez. Una maleta se desplaza en la banda transportadora del aeropuerto. Todos siguen un modelo sencillo: el movimiento rectilíneo uniforme (MRU), la base de toda la cinemática. Y una pregunta para el final: si dos buses salen al mismo tiempo de dos ciudades y van uno hacia el otro, ¿cómo sabés dónde y cuándo se cruzan?

Qué es el MRU

Un patinador se desliza por una pista recta: recorre 5 m en el primer segundo, otros 5 m en el segundo y otros 5 m en el tercero, sin desviarse de la línea recta. ¿Cómo describimos 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 recorridos en cada segundo son iguales. 0 s 1 s 2 s 3 s d d d la misma distancia en cada intervalo igual de tiempo
Practica★☆☆Sin empezar
Una banda transportadora de aeropuerto se mueve en línea recta y avanza siempre a la misma velocidad. a) ¿Qué tipo de movimiento describe? b) Indicá 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) Indicá las dos condiciones que debe cumplir un movimiento para ser rectilíneo y uniforme.
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Practica★☆☆Sin empezar
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 esta ecuación? Si la velocidad es constante, cada segundo se suma el mismo desplazamiento $v$. Después de $t$ segundos se han sumado $v \times t$ metros a la posición de partida.

Movés los deslizadores de $x_0$ y $v$ y observás que la gráfica $x(t)$ siempre es una recta: la ordenada en el origen es $x_0$ y la pendiente es $v$.

Practica★☆☆Sin empezar
Una persona que camina se mueve con MRU según la ecuación $x = x_0 + v \times t$, con $x_0 = 10\ \text{m}$ y $v = 2\ \text{m/s}$. Calculá su posición cuando…

Una persona que camina se mueve con MRU según la ecuación $x = x_0 + v \times t$, con $x_0 = 10\ \text{m}$ y $v = 2\ \text{m/s}$. Calculá 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) Calculá su posición cuando $t = 10\ \text{s}$.
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Practica★☆☆Sin empezar
La posición de un monopatín, en unidades del Sistema Internacional, es $x = 50 - 4 \times t$. a) Explicá qué significa el signo menos de la velocidad: ¿se aleja o se…

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

  1. a) Explicá qué significa el signo menos de la velocidad: ¿se aleja o se acerca al origen?
  2. b) Calculá 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? Explicá 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 $x = 120\ \text{m}$?
Resolver

Rapidez, velocidad y cambio de unidades

La rapidez $V$ es el valor de la velocidad sin signo (cuántos metros recorre por segundo). La velocidad $\vec{v}$ incluye además el sentido. En un MRU se calcula con el cociente entre desplazamiento y tiempo, y es la misma en cualquier intervalo:

Para sumar o comparar velocidades hay que expresarlas en las mismas unidades. Las rutas se rotulan en km/h, pero en el SI se usa m/s.

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

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

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Practica★★☆Sin empezar
Un corredor mantiene una velocidad constante de $18\ \text{km/h}$. a) Expresá 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) Expresá 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 detenerse, a $108\ \text{km/h}$, y mantiene esa velocidad. Tomamos la estación como origen. a) Expresá la velocidad en $\text{m/s}$. b)…

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

  1. a) Expresá la velocidad en $\text{m/s}$.
  2. b) Escribí la ecuación de su posición.
  3. c) Calculá su posición a los $45\ \text{s}$ de pasar por la estación.
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Salís de tu casa caminando a $1.5\ \text{m/s}$ hacia la parada de autobús, que está a $450\ \text{m}$. a) ¿Cuántos segundos tardás en llegar? b) Expresá el resultado en…

Salís de tu casa caminando a $1.5\ \text{m/s}$ hacia la parada de autobús, que está a $450\ \text{m}$.

  1. a) ¿Cuántos segundos tardás en llegar?
  2. b) Expresá el resultado en minutos.
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) Calculá el tiempo que tarda la luz del Sol en llegarnos, en segundos.
  2. b) Expresalo en minutos, con un decimal.
Resolver

Tiempo y distancia en situaciones cotidianas

Muchos problemas no piden la posición, sino cuánto tarda o cuánto recorre algo. Se despeja de $x = x_0 + v \times t$ lo que se necesite.

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 $t = 12\ \text{s}$?
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Gritás frente a una pared vertical que está a $170\ \text{m}$ y oís el eco. El sonido viaja por el aire a $340\ \text{m/s}$. La situación se muestra en la figura. a)…

Gritás frente a una pared vertical que está a $170\ \text{m}$ y oís 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 gritás hasta que oís el eco? Tené en cuenta que va y vuelve.
  2. b) ¿Cuánto tiempo tarda en llegarte el eco?
Resolver

Comparar dos movimientos en una misma gráfica

Dos ciclistas ruedan por una carretera recta a 20 km/h, pero uno parte 2 km más adelante. ¿Cómo se ve en una gráfica de posición contra tiempo que van a la misma velocidad 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 (s) x (m) 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) Calculá la posición de cada uno cuando $t = 4\ \text{s}$.
Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Por una ciclovía recta 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 una ciclovía recta 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) Calculá 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) Intentá calcular el instante en que se encontrarían igualando las dos ecuaciones y explicá qué ocurre.
  2. b) ¿Qué distancia los separa en cualquier instante? Demostralo calculando sus posiciones en dos instantes distintos.
  3. c) Enunciá la condición que deben cumplir las velocidades de dos móviles con MRU para que lleguen a encontrarse.
Resolver

Encuentros y alcances entre dos móviles

Volvamos a la pregunta del inicio: dos buses salen al mismo tiempo de dos ciudades separadas 200 km y van uno hacia el otro por la misma carretera recta. ¿Dónde y cuándo 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 se cumple x_A = x_B. A B encuentro xA = xB mismo instante y misma posición
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
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? Justificá a partir de los signos de las velocidades.
  2. b) Calculá el instante en que se cruzan.
  3. c) ¿En qué posición lo hacen?
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 patinete a $10\ \text{m/s}$. a) Escribí la ecuación…

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

  1. a) Escribí la ecuación de posición de cada móvil tomando $t = 0$ en la salida del patinete. Recordá que, cuando el patinete sale, el ciclista ya lleva $10\ \text{s}$ de ventaja.
  2. b) ¿Cuánto tiempo tarda el patinete en alcanzar al ciclista?
  3. c) ¿A qué distancia del punto de salida lo consigue?
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Ana sale de su casa caminando 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 caminando 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) Escribí las ecuaciones de posición de ambos contando el tiempo desde que sale Bruno.
  2. b) Calculá el tiempo que tarda Bruno en alcanzar a Ana.
  3. c) ¿A qué distancia de la casa se produce el alcance?
  4. d) Comprobá quién va adelante $10\ \text{s}$ después de la salida de Bruno y explicá el resultado.
Resolver
Practica★★★Sin empezar
Un camión sale de una ciudad por una carretera recta a $72\ \text{km/h}$. Media hora después sale del mismo punto un carro a $108\ \text{km/h}$, en el mismo sentido. a)…

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

  1. a) Expresá ambas velocidades en $\text{m/s}$.
  2. b) Escribí las ecuaciones de posición de los dos vehículos contando el tiempo desde que sale el carro.
  3. c) Calculá el tiempo que tarda el carro 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 carro 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 carro 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 carro 15 m/s 500 m ?
  1. a) Escribí las ecuaciones de posición de ambos vehículos.
  2. b) Calculá el instante en que la motocicleta alcanza al carro.
  3. c) ¿En qué posición se produce el alcance? Comprobá 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) Calculá el instante y la posición del alcance.
  3. c) Determiná la posición de cada uno cuando $t = 10\ \text{s}$ y la distancia que los separa.
  4. d) Explicá, a partir de las velocidades, por qué el que salía por detrás acaba imponiéndose.
Resolver

Volvé al principio: los buses se cruzan cuando $x_A = x_B$; se despeja $t$ y luego se reemplaza para saber el lugar.

Resumen

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