Movimiento uniformemente acelerado y las cinco grandes ecuaciones cinemáticas

Liderar con una broma de física

Hay una broma en el mundo de la física que dice algo como esto:

Un granjero llama a un biólogo, un químico y un físico para que le ayuden a averiguar qué les pasa a sus pollos enfermos. El biólogo los examina pero no puede formular una hipótesis para explicar la enfermedad. El químico realiza algunas pruebas, pero sus resultados no son concluyentes. El físico simplemente mira a los pollos durante mucho tiempo, escribe algunas notas y anuncia que ha encontrado la cura, pero solo funciona para pollos esféricos a cero kelvin en el vacío.

La clave de esta broma es que el mundo de la física tiene tantas variables posibles que intentar crear modelos precisos y relaciones entre ellos puede ser una pesadilla, si no totalmente imposible. Por eso tenemos que simplificar las cosas. Con solo mirar primero a los pollos esféricos congelados, aspirados, podemos hacer predicciones sobre cómo deberían comportarse. Estas predicciones simplificadas se pueden ampliar posteriormente para incluir más y más variables a medida que el físico en ciernes adquiere más y más conocimientos.

Movimiento uniformemente acelerado

Para sentirnos más cómodos trabajando con la cinemática, también usaremos esta táctica. En este punto, debería sentirse cómodo resolviendo problemas de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración por sí mismos. Así que vamos a dar un paso más y combinarlos. Pero necesitamos simplificar un par de cosas.

Primero, solo veremos los objetos que se aceleran a una velocidad constante, lo que se denomina “movimiento uniformemente acelerado”. Esto rara vez se logra en el mundo real debido a fuerzas externas adicionales que crean variabilidad en la rapidez o la lentitud de un objeto en todo su movimiento. Para hacerlo más fácil, todavía no nos vamos a molestar con ninguno de ellos.

En segundo lugar, solo veremos los objetos que viajan en línea recta. Esto elimina cualquier problema complicado con el componente direccional requerido para cantidades vectoriales y cálculos. Como estamos atrapados en una línea recta, las únicas direcciones de las que debemos preocuparnos son hacia adelante y hacia atrás, que llamaremos positivas y negativas. Para estos problemas, la señal es suficiente. No se necesitan descriptores adicionales como norte, arriba o izquierda.

Estas limitaciones pueden parecer poco realistas en el mundo real, pero el movimiento uniformemente acelerado en línea recta es una excelente manera de aprender cómo los conceptos de cinemática encajan en cinco ecuaciones básicas.

Las cinco grandes ecuaciones

Estas son las cinco grandes ecuaciones:

Como repaso rápido, primero definiré cada una de las variables.

El símbolo delta (Δ) significa ‘un cambio en’.

x = posición final

x 0 = posición inicial

v = velocidad final

v 0 = velocidad inicial

v con una barra encima = velocidad media

a = aceleración

t = tiempo

Las preguntas de movimiento uniformemente acelerado le proporcionarán algunos de estos datos y le pedirán que resuelva una cantidad desconocida. La clave es extraer los valores e identificar cuáles tiene, cuáles debe determinar y cuáles no están incluidos en la pregunta. Luego, simplemente conéctelos a la ecuación adecuada. Esto puede sonar como un sencillo “rellenar los espacios en blanco y hacer los cálculos”, pero puede ser un poco más complicado que eso. Lo siento, pero tienes que memorizar estas cinco ecuaciones. Ninguna de las preguntas de opción múltiple que encuentre se las proporcionará.

Hay un punto más que destacar aquí. En algunas preguntas, puede parecer que le falta información clave, específicamente la posición inicial. Si está buscando un cambio de posición durante un período de tiempo y la pregunta no le da una posición inicial, puede asumir que es 0 metros. Recuerde siempre verificar sus variables y ecuaciones y tenga mucho cuidado al asumir cualquier cosa.

Poniendo las ecuaciones en funcionamiento

Trabajemos en un problema típico para que tenga una idea de cómo abordarlo.

Un coche de carreras sentado en la línea de salida de una pista recta acelera uniformemente durante 3,6 segundos a una velocidad de 4,5 m / s 2 . Si la velocidad inicial es 0 m / s, ¿qué distancia recorre el automóvil durante este intervalo de tiempo?

Primero, anotemos las variables que se nos dan en la ecuación.

t = 3.6 s
a = 4.5 m / s 2
v 0 = 0 m / s
x 0 = 0 m. Esto no se da, pero puede asumir que es 0 m para calcular el cambio de posición.
x = qué te pide el problema que resuelvas.

Ahora, mire las cinco grandes ecuaciones. Solo uno tendrá exactamente estas cinco variables. En este caso, necesitamos la Ecuación 3: x = x 0 + v 0 * t + ½ en 2 . Ahora, comience a completar los espacios en blanco y calcule la respuesta.

Entonces, en este problema, el corredor viaja alrededor de 29 metros en 3.6 segundos. Debe incluir las unidades, que son metros.

Si en algún momento durante preguntas como esta, no está seguro de tener la ecuación correcta, intente conectar los números en varias ecuaciones. Descubrirá rápidamente que tiene valores sin usar o que la ecuación necesita un valor que usted no tiene.

Resumen de la lección

Repasemos brevemente.

Para que nos resulte más cómodo resolver problemas con diferentes combinaciones de variables de posición, desplazamiento, velocidad y aceleración, simplificamos un par de aspectos de estos problemas. Primero, asumimos que toda la aceleración es uniforme, lo que significa que ocurre al mismo ritmo de principio a fin. En segundo lugar, solo observamos el movimiento en línea recta, por lo que la dirección asociada con las cantidades vectoriales es solo positiva o negativa.

Hay cinco ecuaciones que necesita memorizar para resolver problemas de movimiento uniformemente acelerado. La mejor manera de comenzar es identificar todas las variables, incluida la que necesita calcular, y buscar la ecuación que las tenga todas. Luego, simplemente conéctelos y haga los cálculos. Recuerde, para responder correctamente a la pregunta, debe incluir las unidades adecuadas.

Los resultados del aprendizaje

Una vez que haya completado esta lección, debería poder:

• Recuerde las 5 grandes ecuaciones para un movimiento uniformemente acelerado
• Identificar las variables en una ecuación de movimiento uniformemente acelerado.
• Resolver un problema de movimiento uniformemente acelerado