Definición de velocidad en Física
Antes de continuar, nos será útil establecer una definición sólida de velocidad.
Lavelocidad es una medida de la tasa de cambio de la distancia recorrida por un objeto en movimiento. La velocidad es un escalar, lo que significa que es una unidad de medida que tiene magnitud pero no tiene dirección.
Elritmo al que se desplaza un objeto a lo largo de una determinada distancia se conoce como velocidad.
Un objeto rápido que tiene una velocidad elevada, se desplaza con rapidez y recorre una distancia considerable en poco tiempo.
En cambio, un objeto lento, con unavelocidad baja, recorre unadistancia comparativamente pequeña en el mismo periodo de tiempo.
Un objeto de velocidadcero no se mueve en absoluto.
Un escalar frente a un vector. Un escalar tiene magnitud, mientras que un vector, como el que se muestra arriba, tiene magnitud y dirección,Adaptado de una imagen de Ducksters.
Definición de velocidad en Física:
Los físicos utilizan los conceptos básicosde rapidez y velocidad para describir el movimiento de los objetos en términos de :
Distancia
Tiempo
Dirección.
Estas dos palabras tienen dos significados distintos: rapidez y velocidad. Sin embargo, con frecuencia oímos utilizar estas frases indistintamente.
Es cierto que la rapidez es el ritmo al que un elemento se desplaza a lo largo de un recorrido en términos de tiempo.
Mientras que la velocidad es el ritmoy la dirección del movimiento.
Enotras palabras, mientras que la rapidez es unvalor escalar, la velocidad es un vector, lo que significa que es una unidad de medida que tiene magnitud y dirección.
Por ejemplo, \(50\;\mathrm{kmph}\) denota la velocidad de un coche que circula por una carretera, mientras que \(50\;\mathrm{kmph}\) oeste denota la velocidad.
Fórmula de la velocidad en Física:
Para calcular la velocidad de un objeto en movimiento, dividimos la distancia recorrida entre el tiempo necesario para recorrer dicha distancia. $$v=\frac{d}{t}$$
Donde \(v\) es la velocidad, expresada en millas por hora (\(\mathrm{mph})\),
\(d\) es la distancia recorrida, expresada en millas.
y \(t\) es el tiempo, expresado en horas \(\mathrm{h}\).
Un niño pequeño camina a una velocidad de \(4\;\mathrm{kmph}\). ¿Cuánto tarda en caminar \(20\;\mathrm{km}\)? $$t=\frac{d}{v}=\frac{20\;\mathrm{km}}{4\;\mathrm{kph}}=5\;\mathrm{h}.$$
En dos horas, una bicicleta puede recorrer una distancia de \(16\;\mathrm{mi}\). Calcula su velocidad. $$v=\frac{d}{t}=\frac{16\;\mathrm{mi}}{2\;\mathrm{h}}=8\;\mathrm{mph}.$$
Si un automóvil va a \(20\;\mathrm{mph}), tarda \(2\;\mathrm{h}) en recorrer una distancia. ¿A qué velocidad debe recorrer la misma distancia en 0,5 mph? $$d=20 mph por 2 mph = 40 mph$$.
Velocidad necesaria para recorrer la misma distancia en \(0,5;\mathrm{h}): $$v=\frac{d}{t}=\frac{40\;\mathrm{mi}}{0.5\;\mathrm{h}}=80\;\mathrm{mph}.$$
Fórmula de la velocidad media en Física
Las siguientes tablas representan la posición de un objeto en movimiento frente al tiempo, de forma que en cada instante de tiempo se mide la posición respecto al punto inicial.
La primera tabla representa el movimiento de un objeto que se mueve a velocidad constante.
Tiempo (s) | Posición (m) |
\(0\) | \(0\) |
\(1\) | \(7\) |
\(2\) | \(14\) |
\(3\) | \(21\) |
Un objeto con velocidad cambiante tendría una tabla como la siguiente.
Tiempo (s) | Posición (m) |
\(0\) | \(0\) |
\(1\) | \(4\) |
\(2\) | \(12\) |
\(3\) | \(20\) |
Podemos ver que la diferencia entre cada par de mediciones de posición consecutivas aumenta con el tiempo. Esto indica que la velocidad fue cambiando en el transcurso del movimiento del objeto. Esto significa que el objeto no tiene una velocidad durante todo el recorrido, sino que tiene una velocidad que cambia constantemente.
Por tanto, necesitamos un parámetro que pueda utilizarse para describir la velocidad cambiante global de un objeto. Una medida de este tipo es la velocidad media. Como la velocidad de un objeto en movimiento cambia a menudo a lo largo de su movimiento, es típico distinguir entre la velocidad media y la instantánea.
Los objetos en movimiento no siempre se desplazan a una velocidad impredecible. En ocasiones, un objeto se desplaza a una velocidad y un ritmo constantes.
La velocidad en un momento dado sedenomina velocidad instantánea.
La velocidad media es la suma de todas las velocidades instantáneas dividida por el número de velocidades diferentes; se calcula cuando la velocidad de un objeto en movimiento cambia con el tiempo.
Como la velocidad de un cuerpo en movimiento no suele ser constante y fluctúa con el tiempo, es necesario utilizar la fórmula de la velocidad media. Aunque lavelocidad cambie, se pueden utilizar el tiempo total y la distancia total recorrida, y podemos obtener un único valor para describir el movimiento completo utilizando la fórmula de la velocidad media.
Tomando el ejemplo de un coche en movimiento, la velocidad del coche puede ser
acelerando desde una parada
acelerando durante un tiempo
frenar ante un semáforo en amarillo
y finalmente detenerse
En cada instante, la velocidad del coche reflejaría su movimiento en ese momento respectivo.
Sin embargo, un parámetro puede tener en cuenta todas las variaciones de velocidad anteriores.
Ese parámetro sería la velocidad media.
Para calcular la velocidad media, dividimos la distancia total recorrida entre el tiempo total necesario .
Utiliza la fórmula de la velocidad media para hallar la velocidad media de Tom, que recorre el primer \(200\;\mathrm{km}) en \(4\;\mathrm{h}) y el restante \(160\;\mathrm{km}) en otro \(4\;\mathrm{h}) utilizando la fórmula de la velocidad media. Para hallar la velocidad media, necesitamos calcular la distancia total y el tiempo total.
La distancia total recorrida por Tom:
$$200\;\mathrm{km}} + 160\;\mathrm{km}=360\;\mathrm{km}.$$
El tiempo total que tarda Tom
$$4;\mathrm{h}} + 4\;\mathrm{h}=8\;\mathrm{h}.$$
Sepuede calcular la velocidad media: $$v_{texto{media}}={frac_d_{texto{total}}{t_{texto{total}}={frac_360;\mathrm{km}}{8;\mathrm{h}}.$$
Tras \(3;\mathrm{h}) de conducción a \(30;\mathrm{kmph}\), un automóvil decide reducir la velocidad a \(20;\mathrm{kmph}\) durante los siguientes \(4;\mathrm{h}\). Utilizando la fórmula de la velocidad media, calcula la velocidad media.
La distancia recorrida el primer \(3\;\mathrm{h}) puede calcularse: $$d_{1}=vt=30\(\mathrm{kmph})veces3\(\mathrm{h}=90\(\mathrm{mi}.$$ La distancia recorrida durante las segundas (4) horas: $$d_{2}=vt=20;\mathrm{kmph}\veces4;\mathrm{h}=80;\mathrm{mi}.$$ La distancia total recorrida: $$d_{text{total}}=d_{1}+d_{2}}=80;\mathrm{mi}+90;\mathrm{mi}=170;\mathrm{mi}.$$
Utilizando la fórmula de la velocidad media : $$v_{{texto{media}}={frac_d_{texto{total}}{t_{texto{total}}={frac_170;{\mathrm{mi}}{7;{\mathrm{h}}=24,3;{\mathrm{mph}.$$
Unidades de velocidad en física
Como ya se ha dicho, la velocidad se refiere al ritmo al que un objeto cambia de posición. La velocidad puede medirse o expresarse en
Metros por segundo \((\mathrm{m/s})\}, donde la distancia se expresará en metros y el tiempo en segundos.
Kilómetros por hora \((\mathrm{kmph})\), donde la distancia se medirá en kilómetros y el tiempo en horas.
Millas por hora \((\mathrm{mph})\}, donde la distancia se expresa en millas y el tiempo en horas.
Se pueden utilizar más unidades que las mencionadas, pero son las que se emplean con más frecuencia.
Velocidad - Puntos clave
La velocidades un número escalar que describe "el ritmo al que se mueve un elemento".
Es cierto que la rapidez es el ritmo al que un elemento se desplaza a lo largo de un recorrido en términos de tiempo. Mientras que la velocidad es el ritmoy la dirección del movimiento.
La velocidaden un momento dado sedenomina velocidad instantánea.
Velocidad media : suma de todas las velocidades instantáneas; se calcula cuando la velocidad de un objeto en movimiento cambia con el tiempo.
El término "velocidad" se refiere al ritmo al que algo se mueve. Los metros por segundo \(\mathrm{(m/s)}\}, los kilómetros por hora \(\mathrm{(kmph)}\} y las millas por hora \(\mathrm{(mph)}\} son las unidades de velocidad más utilizadas.
Para calcular la velocidad, dividimos la distancia recorrida por el tiempo necesario.
La misma fórmula puede aplicarse para calcular la velocidad media, en cuyo caso la velocidad variaría con el tiempo.
En el caso de la velocidad media, dividimos la distancia total por el tiempo total de recorrido
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