domingo, 16 de agosto de 2015

Ejercicios Resueltos de Cinemática


Un objeto en caída libre requiere de 1,5 s para recorrer los últimos 30 m antes de golpear el suelo. ¿Desde qué altura sobre el suelo cayó?

Podemos calcular la velocidad con la que llega a ese último tramo el objeto. Debemos tener en cuenta que la velocidad inicial al dejar caer el objeto es cero: 
d = v_1t + \frac{1}{2}gt^2\ \to\ v_1 = \frac{d - \frac{g}{2}t^2}{t} = \frac{30 - 4,9\cdot 1,5^2}{1,5} = 12,65\frac{m}{s}

Tras haber recorrido la distancia desde el punto de lanzamiento hasta el punto en el que le quedan los últimos 30 m por recorrer, su velocidad es la que acabamos de calcular. 
Ahora calculamos qué distancia ha recorrido el objeto hasta llegar a esa velocidad: 
v_1^2 = v_0^2 + 2gd_1\ \to\ d_1 = \frac{v_1^2}{2g} = \frac{12,65^2\frac{m^2}{s^2}}{2\cdot 9,8\frac{m}{s^2}} = 8,16\ m

El objeto recorre 8,16 m hasta llegar al punto en el que aún le quedan por recorrer los últimos 30 m. La altura desde la que se lanzó será 38,16 m.








Caída libre con velocidad inicial 0001

Del techo de un ascensor de 2,5 m de altura, que sube son velocidad constante de 8 m/s, se desprende un clavo. Determina el tiempo que tarda el clavo en chocar con el suelo del ascensor. Considera que la aceleración de la gravedad es g = 10\ \frac{m}{s^2}



Se trata de un movimiento acelerado cuya velocidad inicial es la que lleva el ascensor en su subida. La expresión que usamos es: d = v_0\cdot t + \frac{1}{2}g\cdot t^2 
La distancia que debe recorrer el clavo son los 2,5 m que lo separan del suelo y la velocidad inicial del clavo es 8 m/s, ya que sería equivalente a lanzarlo con esa velocidad hacia abajo: 2,5 = 8t + 4,9t^2 
Se obtienen dos resultados al resolver la ecuación de segundo grado pero solo nos interesa el resultado positivo, por ser el que tiene significado físico: t = 0,27 s



Caída libre: posición en un instante determinado 0001

Desde una altura de 80 m se deja caer un cuerpo. Calcula a qué altura se encuentra a los 3 s.

SOLUCIÓN

La expresión que necesitamos para hacer el problema es la siguiente:
y = y_0 + v_0t + \frac{1}{2}gt^2

Ahora debemos decidir un criterio de signos. Si consideramos que la altura a la que se lanza el objeto es positiva, la aceleración (que apunta hacia abajo) debe ser negativa. La velocidad inicial es cero porque el cuerpo se deja caer:
y = 80\ m - \frac{1}{2}\cdot 9,8\frac{m}{s^2}\cdot 3^2\ s^2 = \bf 35,9\ m

La posición del cuerpo será 35,9 m de altura sobre el suelo en ese instante.

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