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Física · Unidad 2 — Cinemática en una dimensión

Posición, velocidad y MRU

Todo problema de cinemática empieza igual: elegir un sistema de referencia y escribir la ecuación horaria de cada móvil. Después es álgebra.

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La explicación

Sistema de referencia: elegilo vos

Antes de escribir nada hay que decidir dónde está el origen y hacia dónde es positivo. No hay una elección correcta: hay elecciones cómodas. Pero una vez elegida, todos los signos del problema dependen de ella, así que conviene anotarla y respetarla hasta el final.

Elegir bien ahorra trabajo: poner el origen donde arranca uno de los móviles hace que su x₀ valga 0.

Posición, desplazamiento y distancia

Si un móvil va y vuelve al punto de partida, el desplazamiento es cero pero la distancia no. Es la primera distinción del tema y se toma seguido.

Velocidad

velocidad media = Δx / Δt  (con signo)
rapidez media = distancia / Δt  (siempre positiva)
La velocidad media NO es el promedio de las velocidades. Es el desplazamiento total sobre el tiempo total. Si hacés la mitad del camino a 60 y la otra mitad a 40, la media no es 50: es menor, porque pasaste más tiempo en el tramo lento.

La velocidad instantánea es la de un instante, y es lo que marca el velocímetro. En MRU las dos coinciden porque la velocidad no cambia.

MRU: la ecuación horaria

x(t) = x₀ + v·t

Es una recta: x₀ es dónde arranca y v la pendiente. Velocidad constante significa aceleración cero, no velocidad cero.

Si el móvil arranca en un instante t₀ distinto de cero, la ecuación es x = x₀ + v·(t − t₀). Ese detalle es el que resuelve los problemas donde uno sale más tarde que el otro.

Problemas de encuentro

1. Un mismo sistema de referencia para los dos móviles. Ésta es la parte que hay que hacer bien.
2. Escribir la ecuación horaria de cada uno, con sus signos y su t₀.
3. Igualar las dos posiciones: x₁(t) = x₂(t).
4. Despejar t, y con ese t calcular dónde se encontraron.

Los dos casos clásicos: si van al encuentro, las velocidades tienen signos opuestos; si uno persigue al otro, el mismo signo y el de atrás tiene que ir más rápido, si no no lo alcanza nunca.

Controles

Un ejercicio resuelto, paso a paso

Un auto sale de A hacia B (300 km) a 60 km/h. Al mismo tiempo otro sale de B hacia A a 40 km/h. ¿Cuándo y dónde se cruzan?

Sistema de referencia: origen en A, positivo hacia B. Entonces:

x₁(t) = 0 + 60·t   (sale de A, va hacia B)
x₂(t) = 300 − 40·t  (sale de B, va hacia A: velocidad negativa)

Se cruzan cuando están en la misma posición:

60t = 300 − 40t
100t = 300
t = 3 h

Dónde: reemplazo en cualquiera de las dos.

x₁(3) = 60·3 = 180 km desde A

Control: x₂(3) = 300 − 120 = 180 km ✓. Las dos dan lo mismo, como tiene que ser.

Y uno del nivel del parcial

Un ciclista pasa por un semáforo a 8 m/s constantes. Cinco segundos después, una moto que estaba detenida en ese mismo semáforo arranca y alcanza enseguida los 12 m/s, que mantiene constantes. Hallar cuándo y dónde la moto alcanza al ciclista.

El sistema de referencia, que es lo primero de todo. Origen en el semáforo, sentido positivo hacia donde van los dos, y el reloj arranca cuando pasa el ciclista. Con eso las dos ecuaciones horarias se escriben solas.

xciclista = 8 · t
xmoto = 12 · (t − 5)

De dónde sale el (t − 5). La moto arranca cinco segundos más tarde, así que a los 5 s todavía está en el origen. Si escribieras 12·t estarías haciéndola salir junto con el ciclista, que es el error más común del tema.

Alcanzar quiere decir estar en el mismo lugar al mismo tiempo. Se igualan las dos posiciones:

8t = 12(t − 5)
8t = 12t − 60
60 = 4t → t = 15 s

El lugar sale reemplazando en cualquiera de las dos. Y conviene hacerlo en las dos, que es el control gratis:

x = 8 · 15 = 120 m
x = 12 · (15 − 5) = 12 · 10 = 120 m ✓

Leer el resultado. La moto tardó 10 segundos de los suyos en recuperar los 40 m de ventaja que el ciclista sacó en 5 s. Tiene sentido: le gana 4 m por segundo, y 40 / 4 = 10.

Dónde se pierde el punto: olvidarse del desfasaje y escribir 12t. Da t = 0, que es la respuesta a otra pregunta.

Dónde se cae la mayoría

Hasta acá la explicación. La práctica es la otra mitad: 7 ejercicios de este tema, en cuatro niveles, que no te dicen sólo si está bien al final sino que te corrigen en cada paso y te explican por qué. Además trae una animación que muestra la idea en movimiento y un simulador donde los números los elegís vos.

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