Ejercicios Resueltos

 

Velocidad Media:

Un móvil se desplaza en una trayectoria rectilínea de manera que si la asociamos con un eje X de coordenadas su posición en el instante en que un reloj marca 20 seg. es 50 m., cuando el reloj indica 30 seg. la posición es 70 m, cuando el reloj indica 40 seg. la posición es 6'0 m y cuando marca 50 seg. es 10 m. Calcular la velocidad media entre los instantes: 20 y 30 seg. ; 20 y 40 seg.; 20 y 50 seg. ; 30 y 40 seg. y 40 y 50 seg.

Solución:

Veamos nuestro sistema de referencias y asignemos nombre a los datos:

Para calcular la velocidad media en el primer intervalo aplicamos la definición:

En el primer caso:

 

Obsérvese que el sentido del desplazamiento vendrá indicado con el signo del resultado del cálculo. Si el signo es positivo, significa que el móvil se desplaza en el sentido creciente del eje X y si es negativo el desplazamiento será en el sentido decreciente.

Ahora sí, teniendo en cuenta esta aclaración, resolveremos el resto del ejemplo.

Para el segundo intervalo de tiempo tenemos:

 

Para el tercero:

 

Para el cuarto:

 

Para el quinto:

Discuta con sus compañeros los resultados obtenidos.

Movimiento Rectilineo Uniforme: (MRU)

Un móvil parte desde la posición 5 m de un sistema de referencias y se desplaza con MRU a una velocidad de 3 m/s. Calcular su posición a los 4 s. , 7 s. y 10 s., y representar su posición y velocidad en función del tiempo.

Solución:

Aplicamos la ecuación horaria del MRU teniendo en cuenta que la posición inicial y la velocidad son datos:

Luego reemplazamos los datos del tiempo en cada caso t obtenemos las distintas posiciones:

 

 

Con estos datos trazamos los gráficos.

MRU Velocidad Instantánea:

Calcular la velocidad de un móvil que desplazándose con MRU, recorre una distancia de 800 m. en 40 s.

Solución:

En este problema tenemos como datos el desplazamiento Dx y el intervalo de tiempo Dt. El calculo de la velocidad se reduce al cálculo de la velocidad media.

 

MRU Encuentro:

Dos móviles parten simultáneamente con MRU en sentidos opuestos de dos puntos "A" y "B" ubicados a 100 m uno del otro. El móvil que parte de "A" tiene una velocidad cuyo módulo es 10 m/s y el que parte de "B", 40 m/s. Calcular la posición y el instante en que se encuentran y representar gráficamente la posición en función del tiempo para ambos móviles.

Solución:

Este tipo de problemas suele denominarse "de encuentro", pues en ellos siempre hay dos o más móviles que en algún lugar de sus trayectorias se encuentran.

Para resolver éste tipo de problemas, debe fijarse un sistema de referencias y en el expresar claramente los datos:

En este caso se ha tomado un sistema de referencias con origen en "A" y dirigido hacia "B" de manera que la posición inicial del móvil "A" es cero y la del móvil "B" es 100 m. Debido también al sistema de referencias adoptado la velocidad del móvil "B" queda con signo negativo pues su sentido es contrario al sentido creciente del sistema de referencias.

Ahora deberemos aplicar la ecuación horaria del MRU, , para cada móvil:

En el momento del encuentro los dos móviles deberán ocupar la misma posición en el mismo instante, por lo tanto x y t serán iguales para ambos móviles. ( es importante tener en claro que ésta igualdad se da si y solo sí en el instante de encuentro). Por lo tanto estamos en presencia de un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas ( Posición e instante de encuentro) que se puede resolver por cualquier método. Nosotros utilizaremos el de igualación:

Los móviles se encuentran a 2 s. de la partida. Para calcular la posición aplicamos este resultado a cualquiera de la ecuaciones horarias:

La posición de encuentro es 20 m. ( Medidos desde el punto A según nuestro sistema de referencias ).

 

Veamos el gráfico.

 

Movimiento Rectilieno Uniformemente Variado MRUV:

MRUV Gráfico de velocidad en función del tiempo:

Representaremos gráficamente la velocidad de un móvil que habiendo partido con una velocidad de 20 m/s tiene una aceleración de 10 m/s2. Escribimos la ecuación del movimiento y hacemos una tabla con valores de tiempo arbitrarios.

t (s)

V (m/s)

 

0

20

 

2

40

 

4

60

 

6

80

MRUV Distancia recorrida:

Un móvil parte desde el reposo con MRUV y alcanza una velocidad de 30 m/s en 5 s. Calcular:

a- Su aceleración

b- La distancia que recorrió en dicho tiempo.

 

Solución:

Lo primero que se debe hacer para resolver un problema es fijar un sistema de referencias y la posición inicial de el móvil en dicho sistema. En nuestro caso utilizaremos el eje X y el móvil partirá desde el origen. Esta elección simplifica la resolución del problema ya que la posición inicial será igual a cero y la posición calculada con la segunda ecuación horaria será directamente la distancia recorrida por el móvil.

 

Calcularemos primero la aceleración aplicando la primera ecuación horaria y despejando:

Ahora calcularemos la posición que ocupaba a los 5 seg. aplicando la segunda ecuación horaria:

MRUV Ejemplo 1:

Un móvil marcha con una velocidad de 40 m/s y comienza a frenar con MRUV hasta detenerse en 8 s. Calcular la aceleración, la distancia que recorre y representar gráficamente la aceleración, la velocidad y la posición en función del tiempo.

Solución:

Nuevamente debemos fijar el sistema de referencias y la posición inicial de el móvil en dicho sistema. Utilizaremos el eje X y el móvil se encontrará en el origen en el momento en que empezamos a medir. Al igual que en el ejemplo anterior, la posición inicial será igual a cero y la posición calculada con la segunda ecuación horaria será directamente la distancia recorrida por el móvil.

Calculamos la aceleración:

El signo negativo nos indica que la aceleración tiene sentido contrario al sistema de referencias.

Ahora calculamos la posición.

 

Representamos gráficamente:

MRUV Ejemplo 2:

Un tren eléctrico marcha por una vía recta con une velocidad de 50 m/s. En un determinado instante, invierte la polaridad de sus motores de manera que comienza a frenar con una aceleración de 2 m/s2 . Una vez que se detiene, continúa con la misma aceleración. Calcular:

a- ¿ Cuánto tiempo tarda en detenerse. ?

b- ¿ Qué distancia recorre, desde que comienza a frenar hasta que se detiene? ?

c- ¿ En qué instante se encuentra a 200 m del lugar en donde comenzó a frenar ?

Solución:

 

Colocamos el sistema de referencias con el origen en el punto donde comienza a frenar y en sentido del movimiento. Dadas estas condiciones, la aceleración tendrá signo negativo.

 

Calculamos el tiempo que tarda en detenerse considerando que en esta instante la velocidad es cero.

 

Con éste tiempo calculamos la posición que gracias al sistema de referencias adoptado coincidirá con la distancia recorrida.

 

Por ultimo calculamos el instante en que se encuentra en la posición 200 m aplicando nuevamente la segunda ecuación horaria y resolviéndola como una cuadrática.

 

Como vemos hay dos soluciones ya que el móvil pasa dos veces por el punto en cuestión, una cuando va y otra cuando vuelve.

Tiro vertical:

Un proyectil es lanzado verticalmente hacia arriba en el vacío con una velocidad de 39,2 m/s. Calcular:

a- Velocidad con que llega a la máxima altura.

b- Altura máxima alcanzada.

c- Tiempo que tarda en tocar la tierra.

 

Solución:

Utilizaremos un sistema de referencias con el origen en el piso. La velocidad inicial 39,2 m/s y la aceleración de la gravedad 9,8 m/s2 dirigida hacia abajo.

En la máxima altura la velocidad será cero pues en ese punto el móvil se detiene y comienza a caer. Por lo tanto: vhmax = 0

Este dato lo utilizaremos para calcular el tiempo que el móvil tarda en alcanzar la máxima altura.

Una vez calculado el tiempo, calculamos la altura máxima:

 

 

 

 

 

 

 

 

Para calcular el tiempo que tarda en tocar tierra, tendremos en cuenta que en ese instante h = 0:

 

 

 

 

Como vemos el proyectil tarda el mismo tiempo en subir que en bajar.

Caída Libre:

Solución:

 

Primero calculamos el tiempo que tarda en caer utilizando el sistema de referencias dirigido hacia abajo:

 

 

Luego calculamos la velocidad: