NO ME SALEN
  PROBLEMAS RESUELTOS DE BIOFÍSICA DEL CBC
  (Movimiento uniforme)

 

manolito

 

1) Para comprender las nociones básicas de movimientos rectilíneos, le proponemos que imagine la siguiente situación: En la reparación de un camino recto está trabajando una aplanadora. En la tabla adjunta, con el fin de describir su movimiento, se indican sus posiciones en algunos instantes de tiempo.
 t (s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
 x (m) 20 25 40 70 100 130 150 160 160 160 150 130
   

Le pedimos que:
a) Represente en el sistema de ejes de la figura, los pares (tiempo; posición)
b) Una los puntos con una curva suave, continua. Respecto a la descripción del movimiento de la aplanadora, ¿qué significado físico tiene unir los puntos? Explique.
c) Si la aplanadora se mueve sobre un camino recto, ¿cómo es posible que el gráfico x = x(t) sea una curva?
d) ¿Dónde estaba la aplanadora en t = 0?
e) ¿Entre 0 y 50 segundos, avanzó o retrocedió?, ¿y entre 50 y 70 segundos?
f) ¿En algún instante, o en algún intervalo de tiempo la aplanadora estuvo detenida?
g) ¿En qué instante comenzó a retroceder?
h) ¿Entre 0 y 70 segundos se movió siempre del mismo modo, o a veces se desplazó más rápido y a veces más lento? Justifique.
i) ¿Hubo alguna etapa en la que se desplazara distancias iguales en intervalos de tiempo iguales? Justifique.
j) Escriba la ecuación horaria de posición para el movimiento de la aplanadora entre 20 y 50 seg.
k) Describa con palabras cómo varió la velocidad de la aplanadora desde t = 0 hasta t = 110 seg.
l) ¿Durante qué intervalos de tiempo la aplanadora aceleró (cambió su velocidad)?
m) ¿Durante cuál o cuáles de los intervalos anteriores aumentó el módulo de su velocidad (lo que en el lenguaje cotidiano llamamos "aceleró") y durante cuál o cuáles frenó? Justifique.
n) ¿Podría afirmar que en los intervalos mencionados en el ítem l, el movimiento de la aplanadora fue rectilíneo uniformemente variado? Explique.

   

Me embolan los ejercicios kilométricos, como éste. Andá, preparate un mate, yo te espero. Y arrancamos.

a) Represente en el sistema de ejes de la figura, los pares (tiempo; posición)

   

Acá tenés el gráfico que dice exactamente lo mismo que la tabla de valores del enunciado.

El orden de los ejes debe ser este (no es un capricho, y tiene su lógica): el eje de los tiempos horizontal y el eje de las posiciones vertical.

Cada punto rojo del gráfico indica lo mismo que cada columna de la tabla.

No se pueden unir los puntos. Si los uniese estarías agregando información que no figura en el enunciado.

   

Vamos a la consigna siguiente.

b) Una los puntos con una curva suave, continua. Respecto a la descripción del movimiento de la aplanadora, ¿qué significado físico tiene unir los puntos? Explique.

   

"Curva suave" alude al hecho de que nuestro universo no permite "saltos de velocidad". Por ejemplo si vas con el auto a 40 km/h y querés pasar a 60 km/h... el universo te obliga a pasar por todas las velocidades intermedias. Las infinitas velocidades intermedias.

Eso se traduce en el gráfico de esta manera: en un gráfico posición tiempo están prohibidos los puntos angulosos.

Pero también es posible que por una cuestión de escala del gráfico, una curva suave parezca angulosa.

   

Pero ahí viene otra cuestión de interpretación del ejercicio. Se trata del movimiento de una aplanadora. Las aplanadoras son vehículos terriblemente masivos, a los que les cuesta mucho cambiar de velocidad (ese asunto lo vas a discutir en dinámica). Si se tratase de una avispa, sería muy temerario unir los puntos de esa manera. Pero para una aplanadora se trata, simplemente, de lo más probable.

c) Si la aplanadora se mueve sobre un camino recto, ¿cómo es posible que el gráfico x = x(t) sea una curva?

Esta proposición es absurda... mezcla dos cuestiones independientes. La geometría de la trayectoria es una cosa, puede ser rectilínea (como indica el enunciado del ejercicio) o curvilínea. Esa información no aparece en el gráfico. En cambio, lo que sí aparece en el gráfico es la relación entre las posiciones y los instantes de tiempo.

La expresión x = x(t) se lee: la posición es una función del tiempo. Está mal escrita... pero el error de notación se halla muy difundido. La notación correcta es x = x(t) (con el paréntesis como subíndice). En este caso, esa expresión es un modo de aludir al gráfico, nada más... no está para complicarte la vida.  También se usa x vs. t.

d) ¿Dónde estaba la aplanadora en t = 0?

Ya me estoy poniendo nervioso... La posición en el instante 0 s es 20 m. Escrito en símbolos correctamente sería así: x(0s) = 20 m.

e) ¿Entre 0 y 50 segundos, avanzó o retrocedió?, ¿y entre 50 y 70 segundos?

En cinemática de cuerpos puntuales no existe la marcha atrás. O sea, nuestra aplanadora es un cuerpo puntual y no nos importa si se mueve hacia adelante o hacia atrás o de costado. En cinemática avanzar o retroceder sólo tiene que ver con el sistema de referencia. Avanzar es alcanzar posiciones más altas (numéricamente) y retroceder es alcanzar posiciones menores. Tanto entre 0 y 50 segundos, como entre 50 y 70 segundos tenemos avances. Entre 0 y 50 segundos hubo un avance de 110 metros, y de 50 a 70 segundos hubo un avance de 30 metros.

f) ¿En algún instante, o en algún intervalo de tiempo la aplanadora estuvo detenida?

Aparentemente en el intervalo 70 a 90 segundos, la aplanadora estuvo detenida en la posición 160 metros.

g) ¿En qué instante comenzó a retroceder?

En el instante 90 segundos comienza un retroceso.

h) ¿Entre 0 y 70 segundos se movió siempre del mismo modo, o a veces se desplazó más rápido y a veces más lento? Justifique.

   

Mirá lo que te hice: un gráfico de velocidad en función del tiempo.

v = v(t), lo coloqué encolumnado con el de posición y con la misma escala de tiempo (en tándem).

Por supuesto, se trata de un gráfico aproximado, y lo hice asumiendo algunos supuestos de cierta probabilidad.

El tramo de 20 a 50 segundos la aplanadora parece moverse a velocidad constante. Esa velocidad la calculé con la definición de velocidad media: vm = Δx / Δt

Si hacés la cuenta da:

vm(20-50) = 3 m/s

En los tramos en los que cambia la velocidad, no necesariamente cambia uniformemente (como lo representé en el gráfico).

   

Pero el error cometido no debe ser mayor que el error volcado en el gráfico de posiciones al hacer las suposiciones que debimos hacer para confeccionarlo. Repito: no hay suficiente información en el enunciado como para hacer estos gráficos en forma correcta. El único gráfico cierto es el primero de todos, el de puntos. (De hecho, en el primer tramo en el que aumenta la velocidad, no la puede aumentar en forma uniforme como lo muestra el gráfico).

i) ¿Hubo alguna etapa en la que se desplazara distancias iguales en intervalos de tiempo iguales? Justifique.

Con las mismas suposiciones que antes... en el intervalo que va desde el segundo 20 hasta el 50, hay infinitos intervalos menores en los que se desplaza iguales distancias en iguales lapsos. Por ejemplo los intervalos 20 a 30 segundos, 30 a 40 segundos y 40 a 50 segundos... en esos 3 laspsos de 10 segundos cada uno, se desplaza 30 metros en cada uno.

j) Escriba la ecuación horaria de posición para el movimiento de la aplanadora entre 20 y 50 seg.

Sí y solo si las suposiciones que hicimos se aceptan, entonces la ecuación horaria que describe ese lapso será:

x = 40 m + 3 m/s (t - 20 s)         para 20 s < t < 50 s


k) Describa con palabras cómo varió la velocidad de la aplanadora desde t = 0 hasta t = 110 seg.

   

Desde 0 hasta 20 s la velocidad aumenta hasta alcanzar los 3 m/s. Mantiene esa velocidad hasta el segundo 50. Desde ese instante hasta el segundo 70 disminuye la velocidad hasta detenerse. En el segundo 90 arranca de nuevo ahora en retroceso, aumentando su velocidad de retroceso (aumenta la rapidez... pero disminuye la velocidad).

(Guarda con el último tramo: fijate que la velocidad alcanza valores cada vez más negativos... mirá el gráfico de velocidad; matemáticamente, eso es disminuir).

   

l) ¿Durante qué intervalos de tiempo la aplanadora aceleró (cambió su velocidad)?

La aceleración es el cambio de velocidad. De modo que hay aceleración en tres intervalos: 0 a 20 segundos, 50 a 70 y 90 en adelante.

m) ¿Durante cuál o cuáles de los intervalos anteriores aumentó el módulo de su velocidad (lo que en el lenguaje cotidiano llamamos "aceleró") y durante cuál o cuáles frenó? Justifique.

Ojo: los tres intervalos son acelerados. Con aceleración positiva sólo el primero. con aceleración negativa los otros dos. Frenar, solo frena en el segundo. Y como ya lo dije... esas aceleraciones no necesariamente son constantes (no te preocupes por no entender esto último... ya vas a adentrearte más en ese asunto cuando abordes los movimientos variados.

n) ¿Podría afirmar que en los intervalos mencionados en el ítem l, el movimiento de la aplanadora fue rectilíneo uniformemente variado? Explique.

Bueno... tiempo al tiempo. No expliques nada.

   

 

   
DESAFIO: Si el último tramo lo recorriese con aceleración constante, ¿cuánto valdría? Esta pregunta se puede responder luego de ver MRUV).   Ricardo Cabrera
 
 
   
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