NO ME SALEN
PROBLEMAS RESUELTOS DE FÍSICA
(Tiro oblicuo)

 

manolito

NMS c5.31* – Una catapulta ubicada sobre el suelo lanza una piedra contra el muro vertical de un castillo que se encuentra a 50 m de distancia. La piedra hace impacto en el muro a una altura de 5 m sobre el suelo, y en el momento del impacto su velocidad es perpendicular al muro.
    a) Calcular el tiempo de vuelo de la piedra y las componentes de su velocidad en el impacto.
    b) Calcular el módulo y el ángulo de la velocidad de la piedra cuando es lanzada.
* Este ejercicio formó parte del primer examen parcial de Física del CBC tomado en noviembre de 2012. Para ver el tema de examen completo hacer click acá.
Si te ponés a chapucear la probabilidad de que resuelvas correctamente el ejercicio es bastante baja. En cambio si cumplis con los pasos que te indica No me salen... es imposible que no te salga. Tenés que empezar por un esfuerzo de interpretación, ayudado es esta herramienta magnífica que es el esquema:    
   

Todo esquema te obliga a tomar decisiones: sistema de referencia, nombres de los eventos... e interpretaciones, que en este caso la más importante es que en el punto de impacto la velocidad vertical es nula (la piedra impacta perpendicularmente al muro).

Ahora vamos a la parte analítica. ¿Cuántas ecuaciones horarias describen este problema? Tres, porsupu, como todo TO. Para hallarlas basta con reemplazar las constantes (to , xo , yo , vx , voy , y g) de las ecuaciones generales de los tiros oblicuos:

x = xo + vx ( t – to )

y = yo + voy ( t – to )
+ ½ g ( t – to )²


vy = voy + g ( t – to )

En el esquema, en el cuadradito que habla del punto 0, están todas las constantes que necesitamos para armar las ecuaciones que describen el movimiento del cuerpo.

x = vx t

y = voy . t
5 m
/s² . t²


vy = voy 10 m/s² . t

Ahora les pedimos a esas ecuaciones que hablen del punto 1.

   
50 m = vx t1   [1]
5 m = voy . t1 5 m/s² . t1²   [2]
0 m/s = voy 10 m/s² . t1   [3]
 

 

Y como siempre... desembocás en un sistema de tantas ecuaciones como incógnitas (en este caso 3 y 3). Resolvelo como quieras. No es física, es álgebra.

De [3] despejo t1.

t1 = voy / 10 m/s²

Eso lo meto en la [2]...

   
5 m =   voy . voy 5 m/s² voy²  


10 m/s² (10 m/s²
   
5 m =   voy² voy²  


10 m/s² 2 . 10 m/s²
   
5 m =   voy²    

2 . 10 m/s²
   

De ahí surge que:

voy² = 100 m²/s²

voy = 10 m/s

Con eso vuelvo a la [3] y obtengo:

t1 = 1 s

Y lo meto en la [1]:

50 m = vx . 1 s

Respondamos correctamente:

   
 

t1 = 1 s     ,     v1x = 50 m/s    y    v1y = 0 m/s

 
   

Tenemos las componentes horizontal y vertical de la velocidad inicial... pero la pregunta b) pide el módulo y el ángulo inicial, α0. Para lo primero usamos el teorema de Pitágoras:

vo² = vx² + voy²

vo² = (50 m/s)² + (10 m/s)²

Para hallar el ángulo inicial tenés que recordar un cacho de trigonometría:

tg αo = voy / vx

tg αo = 10 m/s / 50 m/s

tg αo = 0,2

   
 

vo = 51 m/s      ,      αo = 11,3°

 
   

Y con eso estamos.

   
NOTA: hay una pequeña ambigüedad en el enunciado, tal vez ya la detectaste. Se trata de la altura inicial del disparo. Si sabés lo que es una catapulta difícilmente vas a creer que la altura inicial pueda valer cero. Hasta es probable que la altura inicial de una catapulta de verdad sea mayor que 5 m. Requiere cierta experiencia saber que los profesores de física cometen a menudo este tipo de errores.    
     

DESAFIO: ¿Cuánto vale la aceleración de la piedra 0,5 s después de haber sido disparada?

  Ricardo Cabrera
Algunos derechos reservados. O sea: propiedad intelectual, propiedad vertical y propiedad horizontal. Se permite su reproducción citando la fuente. Agradezco a Francis Felici por el envío de una errata. Última actualización jul-14. Buenos Aires, Argentina.