Previamente ver:
[A110] Movimiento rectilíneo uniformemente variado (MRUV)
Rapidez y Velocidad media (o
promedio)
Cualquiera sea el móvil/objeto/persona que consideremos (utilitario
para el reparto de medicamentos, nave espacial, maratonista, coche de Fórmula
1, etc.), uno de los aspectos más interesantes de su movimiento es la rapidez
con que lo hace (recordemos la diferencia entre rapidez y velocidad).
Leer también:
[M11] (González y ot.)
Fisica ES.4 [2007] Cap2 (Material obligatorio)
El concepto rapidez se refiere a la distancia que recorre en
un intervalo de tiempo dado, sin importar la dirección del movimiento (ej. si
un auto recorrió 240 km en 3 h su rapidez promedio fue de 80 km/h). Por lo
tanto la definición para su promedio será:
La rapidez media de un objeto es la
distancia total recorrida a lo largo de su trayectoria, dividida por el tiempo necesario
para recorrer esa distancia.
Si bien los términos velocidad
y rapidez suelen utilizarse como
sinónimos en el lenguaje cotidiano, para la Física tienen significados
diferentes. Mientras la rapidez es solamente un número positivo con unidades,
la velocidad se define como:
La velocidad es una magnitud vectorial que indica tanto el módulo
(valor numérico) de lo rápido que se desplaza un objeto, así como la dirección
y sentido en la que se mueve.
También podríamos resaltar una segunda diferencia entre
rapidez y velocidad, ya que la velocidad promedio se define en términos de
desplazamiento, en lugar de distancia total recorrida.
La velocidad media es una magnitud vectorial
que indica el desplazamiento de un móvil (diferencia de posición) respecto del
tiempo empleado.
La rapidez promedio
y la velocidad promedio tienen la
misma magnitud cuando todo el movimiento se da en una sola dirección, ya que en
otros casos será diferente (ej. si para llegar a un destino debemos dar un
rodeo o esquivar un lago o montaña). Esta diferencia entre la rapidez y la
magnitud de la velocidad ocurre cuando se calculan valores promedio y la
trayectoria no es recta (Giancoli; 2006:21).
Rapidez y Velocidad instantánea
Hay ocasiones en que la velocidad media es lo único que
necesitamos conocer del movimiento de un objeto (ej. en una carrera pedestre se
premia al que recorrió el circuito en menor tiempo). Pero la velocidad media de
una partícula durante un intervalo de tiempo no informa la rapidez y la dirección
para cada instante del intervalo. Para describir el movimiento con mayor
detalle necesitamos conocer la velocidad en cualquier instante específico del camino, por ello definimos:
La velocidad instantánea en cualquier instante
de tiempo es la velocidad promedio durante un intervalo de tiempo
infinitesimalmente corto (tendiente a cero).
La rapidez instantánea de una partícula es la magnitud de su velocidad instantánea.
La velocidad instantánea puede ser positiva, negativa o cero. Así como la rapidez promedio no tenía dirección asociada, tampoco la tiene la rapidez instantánea (Serway, Jewett; 2008:24).
Es importante destacar que la rapidez instantánea siempre es igual a la magnitud de la velocidad instantánea, porque la distancia y la magnitud del desplazamiento se igualan cuando son infinitesimalmente pequeños.
La velocidad instantánea puede ser positiva, negativa o cero. Así como la rapidez promedio no tenía dirección asociada, tampoco la tiene la rapidez instantánea (Serway, Jewett; 2008:24).
Es importante destacar que la rapidez instantánea siempre es igual a la magnitud de la velocidad instantánea, porque la distancia y la magnitud del desplazamiento se igualan cuando son infinitesimalmente pequeños.
Cuando un automóvil recorre 100 km por un camino recto en
una determinada dirección durante 2 h, la velocidad promedio será de 50 km/h,
pero probablemente esa velocidad no sea la misma en cada instante de tiempo, de
allí la necesidad del concepto de velocidad instantánea, que es la velocidad para
un instante específico de tiempo.
Solo en MRU la velocidad instantánea en cualquier instante
es la misma que su velocidad promedio.
La velocidad instantánea, igual que la velocidad media, es
una magnitud vectorial.
Responder
antes de continuar: ¿Los velocímetros de los vehículos (motos, autos, camiones,
etc.) miden rapidez, velocidad o ambas? ¿Es más preciso un velocímetro de un
automóvil o un GPS? ¿Qué velocidad informa el piloto de un avión a los
pasajeros?
 |
| Indicador mecánico de la velocidad real de vuelo. |
 |
| Velocímetro programable |
Un velocímetro mecánico de auto convierte la rapidez angular
de las ruedas a rapidez lineal del auto, suponiendo que los neumáticos son de
tamaño estándar y no hay deslizamiento sobre el
pavimento (Sears; Zemansky; 2009:348). Mientras que un velocímetro
electrónico recoge los datos de un sensor (imán) que se ubica en la caja de
cambios y envía impulsos eléctricos que una computadora procesa y muestra un
valor en el dial. A mayor rapidez de giro de la transmisión se transmitirán más
señales eléctricas y se leerá una velocidad mayor. Actualmente los velocímetros
electrónicos son muy fiables, mientras que los mecánicos requieren una calibración
muy fina que no suele perdurar en el tiempo.
El velocímetro mide el valor de la rapidez media de un
vehículo, pero como el intervalo de tiempo generalmente es muy pequeño, la
medición se aproxima mucho a la magnitud de la rapidez instantánea.
Apuntes curiosos:
- El velocímetro del auto miente un poquito, ya que los fabricantes de automóviles se cubren legalmente ante la posibilidad de demandas por accidentes (por eso marcan una velocidad algo menor a la real). Suele ser más precisa la medición con un buen GPS o una app de smartphone.
- Velocímetro, odómetro y tacómetro son conceptos diferentes. El odómetro indica la distancia recorrida (datos parciales y acumulados), obteniendo la información del mismo lugar que el velocímetro, pero sin error inducido.
Fuentes:
Giancoli (2006). Física
Vol. 1. Edic. 6°.
Sears; Zemansky (2009). Física Universitaria. Vol. 1. Edic. 12°.
Serway; Jewett (2008). Física para ciencias e ingenieria Vol. 1. Edic. 7°.
Imagen1: Tippens (2011). Física: Conceptos y Aplicaciones. Edic. 7°.
Imagen2. Imagen3.
Sears; Zemansky (2009). Física Universitaria. Vol. 1. Edic. 12°.
Serway; Jewett (2008). Física para ciencias e ingenieria Vol. 1. Edic. 7°.
Imagen1: Tippens (2011). Física: Conceptos y Aplicaciones. Edic. 7°.
Imagen2. Imagen3.
Continuamos con:
[A112] Aceleración en el MRUV
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