Velocidad

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Física

Caída libre

Es el movimiento de un cuerpo bajo la acción exclusiva de un campo gravitatorio. Esta definición formal excluye a todas las caídas reales influenciadas en mayor o menor medida por la resistencia aerodinámica del aire, así como a cualquier otra que tenga lugar en el seno de un fluido.

Caída libre ideal. En la caída libre ideal, se desprecia la resistencia aerodinámica que presenta el aire al movimiento del cuerpo, analizando lo que pasaría en el vacío. En esas condiciones, la aceleración que adquiriría el cuerpo sería debida exclusivamente a la gravedad, siendo independiente de su masa.

Por lo tanto, si partimos de un cuerpo que se mueve en caída, sometido solamente a la fuerza gravitacional v tendríamos:

– g : constante.

considerando vertical el eje y, con el sentido positivo hacia arriba, la aceleración de la gravedad es vertical hacia abajo, por lo que la señalamos con signo negativo:

la velocidad que alcanza el móvil tiempo {\displaystyle t_{1}} es igual a la velocidad inicial {\displaystyle v_{0}} que el cuerpo tenía aceleración {\displaystyle t_{0}} mas la aceleración de la gravedad g\, por el incremento de tiempo, si {\displaystyle t_{0}=0} entonces:{\displaystyle v=v_{0}+-gt}

si el cuerpo se deja caer desde el reposo {\displaystyle v_{0}=0}, entonces:

{\displaystyle v=-gt}

Ecuación del movimiento.

De acuerdo a la segunda ley de Newton, la fuerza “F” que actúa sobre un cuerpo es igual al producto de su masa “M” por la aceleración que adquiere. En caída libre sólo intervienen el peso “p” (vertical, hacia abajo) y el rozamiento aerodinámico “v” en la misma dirección, y sentido opuesto a la velocidad. Dentro de un campo gravitatorio aproximadamente constante, la ecuación del movimiento de caída libre.

Física

La velocidad

La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa la distancia recorrida por un objeto en la unidad de tiempo. Se representa por {\mathbf {v}}\,o {\vec {v}}\,(en la escritura manuscrita). En análisis dimensional sus dimensiones son [L]/[T].​ Su unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el metro por segundo (símbolo, m/s).

La velocidad que experimenta un movimiento se puede estudiar de la siguiente forma:

  • Velocidad en mecánica clásica.

Velocidad media. La velocidad media se define como el cambio de posición durante un intervalo de tiempo considerado. Se calcula dividiendo el vector desplazamiento (Δr) entre el escalar tiempo(Δt) empleado en efectuarlo.

De acuerdo con esta definición, la velocidad media es una magnitud vectorial (ya que es el resultado de dividir un vector entre un escalar).

Por otra parte, si se considera la distancia recorrida sobre la trayectoria durante un intervalo de tiempo dado, tenemos la velocidad media sobre la trayectoria o celeridad media, la cual es una magnitud escalar.

El módulo del vector velocidad media, en general, es diferente al valor de la velocidad media sobre la trayectoria. Solo serán iguales si la trayectoria es rectilínea y si el móvil solo avanza (en uno u otro sentido) sin retroceder.

Velocidad instantánea. 

La velocidad instantánea es un vector tangente a la trayectoria, corresponde a la derivada del vector posición respecto al tiempo.

Permite conocer la velocidad de un móvil que se desplaza sobre una trayectoria cuando el intervalo de tiempo es infinitamente pequeño, siendo entonces el espacio recorrido también muy pequeño, representando un punto de la trayectoria. La velocidad instantánea es siempre tangente a la trayectoria.

Donde {\mathbf u}_{t} es un vector (vector de módulo unidad) de dirección tangente a la trayectoria del cuerpo en cuestión y {\mathbf r} es el vector posición, ya que en el límite los diferenciales de espacio recorrido y posición coinciden.

Velocidad promedio. La velocidad promedio es el promedio de la magnitud de la velocidad final e inicial concluyendo a la aceleración constante.

Celeridad instantánea.  La celeridad o rapidez instantánea es una magnitud escalar definida como el módulo de la velocidad instantánea, esto es, el módulo del vector velocidad en un instante dado.

Velocidad relativa. El cálculo de velocidades relativas en mecánica clásica es aditivo y encaja con la intuición común sobre velocidades; de esta propiedad de la actividad surge el método de la velocidad relativa. La velocidad relativa entre dos observadores A y B es el valor de la velocidad de un observador medida por el otro. Las velocidades relativas medidas por A y B serán iguales en valor absoluto pero de signo contrario. Denotaremos al valor la velocidad relativa de un observador B respecto a otro observador A como {\mathbf v}_{{\text{BA}}}\;.

Dadas dos partículas A y B, cuyas velocidades medidas por un cierto observador son {\mathbf {v}}_{{\text{A}}}\, y {\mathbf {v}}_{{\text{B}}}\,, la velocidad relativa de B con respecto a A se denota como {\mathbf {v}}_{{\text{BA}}}\;.

Velocidad angular. La velocidad angular no es propiamente una velocidad en el sentido anteriormente definido, ya que no se refiere al desplazamiento de un cuerpo sobre una trayectoria a un movimiento de rotación.