Tipos de Movimientos

Transcripción

1 Unidad didáctica 8 Tipos de Movimientos

2 1.- Clasificación de movimientos. 1. Tomando como referencia la trayectoria: Movimientos rectilíneos o de trayectoria recta. Movimientos curvilíneos o de trayectoria curva (circular, elíptica, parabólica, etc.). 2. Tomando como referencia las componentes intrínsecas de la aceleración: Trayectoria Tipos de movimientos v r a t a n Movimientos Rectilíneos Movimientos curvilíneos M.R. Uniforme cte. 0 0 M.R.Uniformemente variado acelerado aumenta > 0 y cte 0 retardado disminuye < 0 y cte 0 M.R. Variado # cte. # cte 0 M.C. Uniforme cte. 0 # 0 y cte M.C. Uniformemente variado acelerado aumenta > 0 y cte # 0 y cte retardado disminuye < 0 y cte # 0 y cte Otros # cte. # cte # 0, #cte 2.- El movimiento rectilíneo. Un movimiento es rectilíneo cuando su trayectoria es una línea recta. r r r El vector = F - I tiene dirección constante, pero no r r necesariamente la misma que y F I. No obstante, para mayor sencillez, se va a tomar el origen de coordenadas sobre la trayectoria y, además, se hace que ésta coincida con uno de los ejes cartesianos. r Entonces las direcciones de F, r I y r van a coincidir y, en consecuencia, también coincidirán las direcciones de los vectores v r y a r y se pueden manejar las correspondientes ecuaciones vectoriales como ecuaciones escalares. Dentro de los movimientos rectilíneos se van a estudiar dos: Ecuaciones del movimiento rectilíneo. Tipo de movimiento Posición Desplazamiento Velocidad Aceleración Cualquiera Rectilíneo uniforme Rectilíneo uniformemente variado r r r r = x (t) i + y(t) j + z(t) k x F = x I + v t x F = x I + v t + 0'5 a t 2 r r r = F - I x = x F - x I = v t x = x F - x I = v t + 0'5 a t 2 r r dr x v = v = = cte v F = v I + a t dt t r r dv r r a n = 0, a t = 0 a n = 0, a = = a t + an v dt a = a t = a = 0 t Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 1

3 2.2.- Criterios de signos. Aunque no hay una dirección privilegiada, por convenio internacional se ha adoptado el siguiente criterio: Posición: se considera positiva si se encuentra a la derecha del origen y negativa si se encuentra a la izquierda. En movimientos verticales, será positiva si se encuentra por encima del origen y negativa cuando está por debajo del origen. Desplazamiento: se considera positivo si un móvil se mueve hacia la derecha y negativo si se mueve hacia la izquierda. En los movimientos verticales consideramos positivo, hacia arriba y negativo, hacia abajo. Velocidad: tiene siempre el mismo sentido que el desplazamiento, por tanto, se considera positiva si el móvil se mueve hacia la derecha y negativa si se mueve hacia la izquierda. Aceleración: depende de dos cosas: de que el módulo de la velocidad esté aumentando o disminuyendo de que el cuerpo se desplace en sentido + o -. El convenio que se ha tomado es: Si el módulo de la velocidad de un móvil aumenta (acelera), la aceleración (tangencial) tiene el mismo sentido y el mismo signo que la velocidad. Si el módulo de la velocidad de un móvil está disminuyendo (está frenando), entonces su aceleración (tangencial) tiene el sentido y el signo contrario al de la velocidad Gráficas de los movimientos rectilíneos Movimiento rectilíneo uniforme. Gráfica posición-tiempo: La ecuación del movimiento es: x = x i + v t La gráfica posición-tiempo es una línea recta que corta al eje de ordenadas en x i, y su pendiente se identifica con el módulo de la velocidad. Gráfica velocidad-tiempo: El módulo de la velocidad es constante, por lo que la gráfica velocidad-tiempo es una línea recta paralela al eje de abcisas. Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 2

4 Movimiento rectilíneo uniformemente variado. Gráfica posición-tiempo: La ecuación del movimiento es: x = x i + v i t a t2 La gráfica posición-tiempo es una parábola (con existencia para t > 0), que corta al eje de ordenadas en x i, y su pendiente se identifica con el módulo de la velocidad. Si el módulo de la velocidad aumenta con el tiempo, la aceleración tiene el mismo signo que la velocidad y si disminuye con el tiempo tiene signo contrario. Gráfica velocidad-tiempo: La ecuación es: v = v i + a t El módulo de la velocidad varía con el tiempo. La gráfica velocidad-tiempo es una recta (no horizontal) cuya pendiente dependerá del signo de la aceleración. En un caso, a > 0, y la pendiente de la recta es positiva. En el otro caso, a < 0, y la pendiente de la recta es negativa. En ambos casos a = cte (distinta de cero). Gráfica aceleración-tiempo: La ecuación: a = cte. El módulo de la aceleración es constante, por lo que la gráfica aceleración-tiempo es una línea recta paralela al eje de abcisas La caída libre. Un cuerpo lleva un movimiento de caída libre cuando se deja caer (o es lanzado hacia arriba) verticalmente y solo actúa sobre él la fuerza de la gravedad. Se trata de un caso especial de M.R.U.V, por tanto las ecuaciones son las mismas con una diferencia: la aceleración en la caída libre es la aceleración de la gravedad que se representa con la letra g y es, en la Tierra, igual a 9'8 m/s 2. o Posición: y F = y i + v i t + 0'5 g t 2 o Desplazamiento: y = y F - y i = v i t + 0'5 g t 2 o Velocidad: v F = v i + g t o Aceleración: g = ±9'8 m/s 2 Se considera g positiva (tiene el mismo sentido que la fuerza de gravedad) cuando el objeto cae y negativa (tiene sentido contrario a la fuerza de gravedad) cuando el objeto se lanza hacia arriba. El valor de g es algo diferente según estemos al nivel del mar, o en lo alto de una montaña, o si nos encontramos cerca del Ecuador, o cerca de los polos. Pero como las variaciones son pequeñas, se considera válido tomar siempre el valor g = 9'8 m/s 2. Hay dos casos posibles de caída libre: Sin rozamiento: todos los cuerpos tardan el mismo tiempo en caer desde la misma altitud. Con rozamiento: el tiempo que tardan en caer diferentes cuerpos, desde la misma altitud, depende de la forma más o menos aerodinámica que tenga el cuerpo y no depende de la masa. Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 3

5 3.- Composición de movimientos rectilíneos. Si un cuerpo se ve sometido simultáneamente a dos movimientos independientes, el resultado es un movimiento compuesto que es consecuencia de la combinación de los dos primeros. Principio de independencia de los movimientos: cuando un punto material se ve sometido por causas distintas a dos movimientos simultáneos, su cambio de posición es independiente de que se imagine que los movimientos tengan lugar sucesiva o simultáneamente. Caso 1: una canoa que navega, con velocidad v r c, por un río a favor de la corriente que tiene velocidad v r a, su desplazamiento respecto a la orilla puede calcularse: a) Como si la canoa bajase por el río durante un tiempo t, estando el agua parada, y a continuación la canoa se parase y el agua la arrastrase durante el mismo tiempo. b) Como si los dos movimientos tuviesen lugar simultáneamente, bajando la canoa por el río durante el tiempo t, a una velocidad que es igual a la suma de la velocidad de la canoa y la velocidad del agua. Caso 2: Tiro oblicuo o parabólico: disparo de un proyectil con un cañón que forma un ángulo α con la horizontal y que sale de la boca de fuego con una velocidad (velocidad inicial) v r. i El proyectil describe un movimiento parabólico que puede considerarse como el resultado de la composición de dos movimientos: o Un movimiento rectilíneo uniforme en dirección horizontal: ya que tras el impulso inicial, no existen fuerzas que actúen sobre el móvil en dirección horizontal, por lo que, en esa dirección no existe aceleración (no se tienen en cuenta las fuerzas de rozamiento del aire). Por tanto: v r x = v r ix = v i cosα r i = cte x r = v i cosα t r i o Un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado en dirección vertical: ya que, en esa dirección, actúa la fuerza de la gravedad que va dirigida hacia abajo y produce una aceleración (-g), por tanto: v r iy = v i senα r j v r Fy = (v i senα - gt) r j y r = (v i senα t - 0'5 g t2 ) r j El desplazamiento global: r r = v i cosα t ir + (v i senα t - 0'5 g t 2 ) j r La velocidad global, en cada instante: v r = v i cosα i r + (v i senα - gt) j r Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 4

6 Caso 3: Tiro horizontal: se trata de un caso límite del tiro oblicuo, en el que el ángulo de lanzamiento con la horizontal es de 0. El movimiento del proyectil se puede considera que es el resultado de la composición de dos movimientos: o Un movimiento rectilíneo y uniforme en dirección horizontal: la velocidad inicial solo tiene componente x, por tanto: v r x = v r ix = v r i i = cte x r = v i t r i o Un movimiento rectilíneo y uniformemente acelerado en dirección vertical: en este caso, el móvil cae, desde el primer momento, bajo la acción de la fuerza de gravedad, partiendo del reposo, porque la velocidad inicial no tiene componente y, por tanto: v r iy = 0 r j El desplazamiento global: r r = v i t i r - 0'5 g t 2 j r v r Fy = - gt r j y r = - 0'5 g t r 2 j La velocidad global en cada instante vendrá dada por: v r = v i i r - gt j r 4.- El movimiento circular. Movimiento circular es aquel en el que la trayectoria descrita por el punto móvil es una circunferencia. En este caso se elige como origen de referencia el centro de la circunferencia El vector de posición, r r : es un radiovector, con origen en el centro de la circunferencia, de módulo constante y que cambia de dirección en cada instante. Para describir este tipo de movimiento se pueden utilizar las magnitudes: posición ( r r ), desplazamiento ( r r ), velocidad ( v r ), aceleración ( a r ), que reciben el nombre de magnitudes lineales. Pero es más práctico utilizar unas nuevas magnitudes físicas basadas en el ángulo ( ϕ) barrido por el vector que indica la posición del móvil en cada instante ( r r ), llamadas magnitudes angulares Magnitudes angulares. Ángulo barrido por el radiovector ( ϕ): es una magnitud adimensional y se expresa en radianes. La velocidad angular: es una magnitud vectorial que mide la rapidez de variación del ángulo barrido por el radiovector por unidad de tiempo. Es un vector axial, es decir, su dirección es perpendicular al plano que contiene a la trayectoria descrita, su sentido viene dado por el sentido de avance de un sacacorchos, que gire en el sentido en que gire el móvil. Unidad: s -1 o el rad/s. Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 5

7 Velocidad angular media, r ωm, se utiliza cuando hay que calcular la velocidad en un intervalo. Su módulo: ϕf -ϕi ϕ ω m = = t t Velocidad angular instantánea, r ω, es la velocidad angular que lleva el móvil en un punto o momento determinado. Su módulo: d ω = ϕ dt La aceleración angular, α r, es una magnitud vectorial que mide la rapidez de variación de la velocidad angular con el tiempo. También es un vector axial cuyo sentido es el de la velocidad angular,ω r. Unidad: rad/s 2 o bien s -2. Aceleración angular media, α r m, se utiliza cuando hay que calcular la aceleración angular en un intervalo. Su módulo: ωf -ωi ω α m = = t t Aceleración angular instantánea, α r, es el valor de la aceleración angular en una posición o instante determinado. Su módulo: d α = ω dt Tipos de movimientos circulares. Dentro de los movimientos con trayectoria circular se van a estudiar dos: Movimiento circular uniforme (M.C.U.): el módulo de su velocidad angular es constante y, por tanto, su aceleración angular es cero. Movimiento circular uniformemente variado (M.C.U.V.): el módulo de la velocidad angular no es constante. Ecuaciones del movimiento circular: Movimiento M.C.U. M.C.U.V. Relación Ángulo ϕ F = ϕ I + ω t ϕ F = ϕ I + ω I t + 1 α 2 t2 Desplazamiento angular ϕ =ϕ F - ϕ I = ω t ϕ = ϕ F - ϕ I = ω I t + 1 α 2 t2 S = ϕ. r Velocidad angular ω = ϕ t = cte ω F = ω I + α t v = ω r Aceleración angular ω α = 0 α = =cte t Componentes intrínsecas a t = 0 a n = ω 2 R Periodo: T = 2π ω Frecuencia: f = 1 T = ω 2π a t = α r a n = ω 2 r a t = α r a n = ω 2 r Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 6

8 4.3.- Movimiento periódico. Se dice que el movimiento circular uniforme es un movimiento periódico, ya que a intervalos iguales de tiempo se repiten los valores del vector de posición, de la velocidad, de la aceleración, etc.). Periodo, T, es el tiempo empleado por el móvil en describir un giro completo y, por tanto, en repetir los valores de las magnitudes mencionadas. T = 2π ω 2π radianes equivale a dar una vuelta completa, es decir a 360º Frecuencia, f: es el número de vueltas que el punto móvil da en un segundo. Por consiguiente, la frecuencia será la inversa del periodo (expresado en segundos). f = 1 T = ω 2π La unidad de frecuencia en el S.I. es el s -1, también conocido como hertzio (Hz). Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 7

9 Problemas de movimiento rectilíneo 1.- Te dicen que la ecuación de un movimiento es la siguiente: x = 20-2 t. a) Podrías decir si la trayectoria es rectilínea o curvilínea? b) Cuál es la velocidad de ese movimiento, suponiendo que la ecuación está escrita para usar unidades del sistema internacional? c) Calcula la posición 5'82 s después de comenzar a contar el tiempo. d) Calcula la distancia recorrida por el móvil en los siete primeros segundos. R. b) -2 m/s, c) 8'36 m, d) 14 m 2.- Un cuerpo lleva un movimiento rectilíneo de manera que su posición en función del tiempo varía como muestra la figura. a) Analiza qué tipo de movimiento corresponde a cada uno de los tramos de dicha gráfica. b) Cuál es la posición final del cuerpo? 3.- Un ascensor sube con velocidad uniforme de 0'5 m/s comenzando su movimiento en la planta correspondiente al 4º sótano. Cada planta tiene una altura de 4 m. Calcula: a) La ecuación del movimiento, si suponemos que el punto de referencia se encuentra en la planta baja. b) El piso por el que irá cuando lleve 48 segundos subiendo. R. a) x = '5 t, b) 8 m 4.- La gráfica v - t del movimiento de un tren es la siguiente: a) Qué tipo de movimiento lleva el tren? Por qué? b) Qué espacio recorrerá el tren en 3 min? Por qué? R. b)120 m 5.- Sabiendo que la velocidad con que se mueve un cuerpo sobre una trayectoria recta es 20 m/s, y que su posición a los 3 s de iniciado el movimiento es 100 m, calcula su posición a los 10 s y la distancia recorrida en 10 s. R. 240 m, 200 m 6.- Un móvil se desplaza en línea recta de forma que su posición en cada instante viene dada por la ecuación: x = 3 + 2t + 5t 2. a) De qué tipo de movimiento se trata? b) Calcula el valor inicial de la posición y de la velocidad. c) Cuánto vale la aceleración? d) Qué distancia habrá recorrido transcurridos 10 s? e) Hay en algún instante un cambio de sentido? R. c) 10 m/s 2, d) 523 m 7.- Un Boeing 727 necesita como mínimo una velocidad de 369 km/h para iniciar el despegue. Si estando parado comienza a rodar, tarda 25 s en despegar. a) Determina la aceleración, supuesta constante, que proporcionan los motores del avión. b) Calcula la longitud mínima que ha de tener la pista de aterrizaje. R. a) 4'1 m/s 2, b) 1281'3 m 8.- El gráfico siguiente representa el movimiento de un cuerpo: a) Qué clase de movimiento corresponde a cada uno de los tramos de la gráfica? b) Cuál es la aceleración en cada tramo? c) Qué distancia total recorre en cada tramo? R. b) 0 m/s 2, 5 m/s 2, 0 m/s 2, -1'67 m/s 2 c) 40m, 30m, 40 m, 89'94 m 9.- Un coche circula a 72 km/h. Frena y para en 5 s. Calcula la aceleración de frenado, supuesta constante, y la distancia recorrida hasta pararse. R. a) 4 s b) 50 m Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 8

10 10.- Un cuerpo, que se desplaza en línea recta a 4 m/s, se ve sometido a las aceleraciones mostradas en la figura. Construye la gráfica velocidad/tiempo Una caja se cae desde un camión en marcha y se desliza por la calle una distancia de 45 m antes de detenerse. El rozamiento entre la caja y la calle produce una deceleración de 4 m/s 2. Cuál era la velocidad del camión cuando se cayó la caja? R. 18'8 m/s 12.- La velocidad de un automóvil pasa de 54 km/h a 72 km/h en 175 m de carretera rectilínea. a) Qué tipo de movimiento lleva? b) Calcula la aceleración. c) Qué tiempo invierte en recorrer esos 175 m? R. b) 0'5 m/s 2, c) 10 m/s 13.- Un avión toma tierra con una velocidad de 180 km/h deteniéndose después de recorrer 250 m en la pista. Suponiendo que la aceleración es constante, calcula: a) el valor de la aceleración. b) el tiempo que tarda en pararse desde que toma tierra. c) el desplazamiento en los 3 s iniciales. R. a) -5 m/s 2, b) 10 s, c) 127'5 m 14.- Un móvil que lleva una velocidad de 5 m/s, frena durante 3 s, con lo que su velocidad se reduce a 2 m/s, velocidad que mantiene durante 2 s más. Calcula la distancia total recorrida por el móvil. Coincide con el desplazamiento? R. a) 14'5 m 15.- Un coche viaja de noche a una velocidad de 72 km/h y, de repente, se encuentra con un camión estacionado a 20 m de distancia. El conductor aplica el freno comunicándole una aceleración de -5 m/s 2. a) Cuánto tiempo tardará en detenerse? b) Chocará con el camión parado? R. a) 4 s, b) si Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 9

11 Problemas de Encuentros 1.- Dos amigos que viven en ciudades próximas, deciden hacerse una visita. El primero sale de la ciudad A a las 10 h 30 min con una rapidez de 5 m/s. El otro, que va en bici, sale de la ciudad B a las 10 h 45 min con una rapidez de 10 m/s. La distancia ente ambas ciudades es de 10 km. A qué hora y en qué lugar se encontrarán? R m de A, 10 h 51'11 min 2.- Dos ciclistas parten en sentidos opuestos (hacia un punto de encuentro) de dos ciudades A y B que están separadas 200 Km, con velocidades de 40'0 Km/h y 20'0 Km/h respectivamente. El de A parte dos horas (2.0 h) antes que el de B. Calcular: a) el tiempo que se demoran para encontrarse medido desde el instante en que partió el de A; b) la posición que ocupan respecto a la ciudad A en el instante de encuentro. R. a) 4 h, b) 160 km 3.- Dos coches se mueven por una carretera rectilínea. El coche azul, que se mueve con velocidad constante de 5'5 m/s, va 101'5 m por delante del coche rojo, que se mueve con una velocidad constante de 20 m/s. Al comienzo les separa una distancia de 101'5 m. Calcula el tiempo que tardará el coche rojo en alcanzar al azul y en qué posición ocurrirá. R. 7 s, 140 m 4.- Un automóvil que se encuentra parado, arranca con una aceleración de 1'8 m/s. En el mismo instante, un camión que lleva una rapidez constante de 9 m/s alcanza y pasa al automóvil. a) Calcula a qué distancia del punto de partida alcanza el automóvil al camión. b) Qué rapidez tiene el automóvil al alcanzar al camión? c) En qué momento llevan ambos la misma rapidez? Cuál es la posición de cada uno en ese momento? R. a) 90 m, b) 18 m/s c) 5 s, 45 m 22'5 m 5.- Un automóvil está parado en un semáforo. cuando se pone la luz verde arranca con aceleración constante de 2 m/s 2. En el momento de arrancar es adelantado por un camión que se mueve con velocidad constante de 54 km/h. Calcula: a) A qué distancia del semáforo alcanzará el coche al camión? b) Qué velocidad posee el coche en ese momento? R. 225 m, 30 m/s 6.- Arrancas en tu coche con una aceleración de 1 m/s 2. En ese instante te pasa una furgoneta que lleva una rapidez constante de 50 km/h. Cuánto tardarás en alcanzar a la furgoneta y qué rapidez llevarás en ese momento? R. 27'6 s, 27'6 m/s Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 10

12 Problemas de caída libre 1.- Para medir la altura de una torre, dejamos caer un objeto desde lo alto y medimos el tiempo que tarda en llegar al suelo: 2'4 s. Calcula dicha altura. R. 28'22 m 2.- Se lanza, desde el suelo, verticalmente hacia arriba un cuerpo con una velocidad de 40 m/s. Calcula: a) la posición y la velocidad al cabo de 2 s. b) la altura máxima que alcanza y el tiempo empleado. c) la velocidad cuando llega al punto de lanzamiento y el tiempo total empleado. R. a) 60'4 m 20'4 m/s b) 81'6 m y 4'08 s c) 8'16 s, -40 m/s 3.- Un cohete se dispara verticalmente hacia arriba con una velocidad de 20 m/s. Calcular: a) Tiempo que tarda en alcanzar la altura máxima. b) Altura máxima alcanzada. c) Espacio que habrá recorrido en los 3 primeros segundos. R. 2'04 s, 20'4 m, 24'9 m 4.- Desde un globo que se está elevando con una velocidad constante de 2 m/s se deja caer un paquete cuando se encuentra a 60 m de altitud. a) Cuánto tiempo tarda el paquete en llegar al suelo? b) Con qué velocidad llega? c) Donde se encuentra el globo cuando llega el paquete al suelo? R. 3'7 s, -34'26 m/s m, 67'4 m 5.- Se lanza un objeto hacia arriba con una velocidad inicial de 40 m/s, desde el techo de un edificio de 100 m de altura. Calcúlese la máxima altura sobre el suelo y la velocidad con que retorna al mismo. R. a) 181'5 m, b) -40 m/s 6.- Una piedra lanzada hacia arriba recorre en el primer segundo 25 m. Calcula la altura máxima que alcanzará. R. 45'6 m 7.- Se lanza una bola verticalmente hacia arriba y alcanza una altura máxima de 125 m. a) Con qué velocidad ha sido lanzada? b) Cuánto tiempo tarda en alcanzar dicha altura? R. a) 50 m/s b) 5'05 s 8.- Desde el borde de un precipicio se lanza verticalmente hacia arriba un objeto con una velocidad de 20 m/s. a) Dónde se encontrará al cabo de 5 s? Cuál es su velocidad en dicho instante? b) Cuánto tiempo tardará en tocar el fondo del precipicio cuya altura es de 160 m? c) Cuánto tiempo requerirá para llegar a una altura de 1'5 m por encima del punto de partida? d) Con qué velocidad llegará el objeto al fondo del precipicio? R. a) -22'5 m, -20 m/s b) 8'1 s c) 4'02 s y 0'05 s d) -59'4 m/s 9.- Desde el borde de un acantilado de h metros de altitud sobre el nivel del mar se lanza una piedra verticalmente hacia arriba con una velocidad de 45 m/s y se observa que tarda 10 s en caer al agua. a) Qué altura tiene el acantilado? b) Qué altura máxima alcanza la piedra respecto del nivel del mar? c) Con qué velocidad llega a la superficie del agua? R. 40 m, 143'3 m, -53 m/s 10.- Se deja caer una piedra con velocidad inicial nula, en el interior de un pozo. El sonido del choque contra el agua se oye 3'74 s más tarde del lanzamiento. A qué profundidad se encuentra la superficie del agua? (velocidad del sonido = 330 m/s). R. 62'7 m Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 11

13 Problemas de composición de movimientos 1.-La velocidad que imprimen unos remeros a una barca es de 8 km/h. La velocidad del agua de un río es de 6 km/h, y la anchura de 100 m. a) Suponiendo que la posición de la barca es perpendicular a las orillas calcula el tiempo que tarda la barca en cruzar el río y distancia que ésta es arrastrada, aguas abajo, por la corriente. b) En qué dirección debe colocarse la proa de la barca para alcanzar el punto de la orilla opuesta situado enfrente del de partida? R. a) 45 s, 75'2 m, b) Lanzamos hacia arriba un proyectil con velocidad de 200 m/s y formando la dirección inicial un ángulo de 30 con la horizontal. Determina: a) La posición del móvil a los 3 s de efectuado el lanzamiento. b) La distancia en línea recta al punto de lanzamiento desde dicha posición. c) La velocidad del móvil a los 4 y a los 5 s de efectuado el lanzamiento. d) La aceleración del móvil a los 6 s de efectuado el lanzamiento. R. a) 519 m, 255'9 m, b) 495'4 m, c) 153'9 m/s, 150'3 m/s, d) 9'8 m/s Desde lo alto de un acantilado y a 200'0 m sobre el nivel del mar, se dispara horizontalmente una flecha en dirección perpendicular a la línea de la costa. Si la velocidad inicial de la flecha es de 108 km/h, calcula: a) Tiempo que tarda la flecha en llegar al agua. b) Velocidad de la flecha en el momento del impacto. c) Posición del impacto con el agua con respecto al punto de lanzamiento. R. a) 6'4 s, b) 69'5 m/s, d) (191'68, -200), 277 m 4- Un avión de bombardeo, en vuelo horizontal, a la velocidad de 360 km/h y a una altura sobre el objetivo de 1000 m, lanza una bomba. a) A qué distancia del objetivo inmóvil, contada horizontalmente, debe proceder al lanzamiento? b) Si el objetivo es un camión que marcha en carretera horizontal, a 72 km/h en la misma recta que el bombardero A qué distancia del objetivo, contada horizontalmente, debe proceder al lanzamiento si el objetivo se acerca o se aleja? R. a) 1430 m, b) 1716 m, 1144 m. 5.- Un jugador de baloncesto pretende realizar una canasta de tres puntos. Para ello lanza la pelota desde una distancia de 6'5 m y a una altura de 1'9 m del suelo. Si la canasta está situada a una altura de 2'5 m, con qué velocidad debe realizar el tiro si lo hace con un ángulo de elevación de 30? R. 12'98 m/s 6.- Un avión vuela a 800 m de altura y deja caer una bomba 1000 m antes de sobrevolar el objetivo haciendo blanco en él. Qué velocidad tiene el avión? R. 78'7 m/s 7.- Un cañón dispara un proyectil con una velocidad de 400 m/s y un ángulo de elevación de 30. Determina: a) La posición y la velocidad del proyectil a los 5 s. b) En qué instante el proyectil alcanza el punto más alto de la trayectoria y halla la altitud de ese punto. c) En qué instante se encuentra a 1000 m de altura. d) El alcance del proyectil. e) Con qué velocidad llega a la horizontal del punto de lanzamiento. R. a) (1732, 877'5), (346'4, 151), 377'9 m/s, b) 20'4 s, 2040'8 m, c) 5'8 s, 34'98 s, d) 14133'1 m, e) (346'4, -199'8), 399'89 m/s 8- Un jugador de beisbol lanza una pelota con una velocidad de 50 m/s y un ángulo de elevación de 30. En el mismo instante otro jugador situado a 150 m en la dirección que sigue la pelota corre, para recogerla cuando se encuentra a 1 m por encima del suelo, con una velocidad constante de 10 m/s. Llegará a recoger la pelota? En caso negativo, deberá correr más deprisa, con qué velocidad debería correr? R. No, 13'8 m/s Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 12

14 Problemas de movimiento circular 1.- Un disco de 40 cm de diámetro gira con velocidad angular constante de 200 r.p.m. Determina: a) La velocidad angular en el S.I. b) La velocidad lineal en un punto de la periferia de la rueda. c) Arco descrito por un punto de la periferia de la rueda en s. R. a) 20'9 rad/s b) 4'2 m/s c) 8' m 2.- Calcula las velocidades angular y lineal con las que la Luna gira alrededor de la Tierra, sabiendo que nuestro satélite invierte 27 días y 8 horas en una revolución completa alrededor de la Tierra, y que la distancia entre ambos astros es de km. R. 2' rad/s, 1020 m/s 3.- Un disco, con un diámetro de 30 cm, adquiere una velocidad de 33 r.p.m. a los 3 s de empezar a girar. Calcula: a) la aceleración angular de dicho disco, b) la velocidad y aceleración lineales de un punto de su periferia a los 2 s de comenzar el movimiento de giro. R. a) 1'17 rad/s 2 b) 0'35 m/s, 0'84 m/s Un punto móvil se ve sometido a un movimiento circular de 6 m de radio girando a la velocidad de 200 vueltas cada minuto. Hallar: a) Periodo y frecuencia. b) Ángulo descrito en 20 s. c) Valor de la aceleración tangencial y normal así como del vector aceleración. R. a) 0'3 s, 3'33 s -1 b) 418'9 rad c) 0, 2631'9 m/s 2, 2631'9 m/s Un ventilador de 50 cm de radio gira a 150 r.p.m., cuando se desconecta de la corriente, tardando medio minuto en parase. Calcula: a) su velocidad angular inicial en unidades S.I. b) su aceleración angular, c) el número de vueltas que da hasta que se detiene, d) el espacio recorrido por el punto medio y por el extremo de las aspas mientras se está parando, e) la velocidad lineal del extremo a los 25 s, f) la aceleración tangencial, normal y total del extremo del aspa a los 25 s. R. a) 15'7 rad/s b) - 0'523 rad/s 2 c) 37'6 vueltas d) 59 m, 118 m e) 1'32 m/s f) -0'26 m/s 2, 3'5m/s 2, 3'51 m/s 2 Unidad 8: Tipos de movimientos pag. 13