La velocidad en física se refiere a la magnitud vectorial que indica la variación de la posición de un objeto por cada unidad de tiempo. Se trata de un concepto crucial para el estudio de la cinemática de los objetos.
El concepto de velocidad también se utiliza en muchas otras disciplinas además de la física. Así por ejemplo, también existen los conceptos de velocidad de reacción en química, velocidad de internet en informática o la velocidad de recuperación en educación física.
¿Qué es la velocidad?
En física definimos la velocidad como la una magnitud física que expresa el grado de desplazamiento de un cuerpo respecto a un punto en un determinado tiempo. Esta variación se expresa en el espacio, por lo tanto es un valor vectorial, que indica una magnitud y una dirección.
Existen dos tipos de velocidad: media y instantánea. La primera se calcula dividiendo la distancia recorrida entre el tiempo transcurrido, mientras que la velocidad instantánea corresponde al límite cuando el intervalo de tiempo tiende a cero.
Las unidades en el sistema internacional de unidades son metros por segundo (m/s), kilómetros por hora (km/h) o millas por hora (mph).
Características de la velocidad
La velocidad tiene varias características importantes que definen cómo se describe el movimiento de un objeto:
- Magnitud: Es la distancia recorrida por unidad de tiempo. Se mide en unidades como metros por segundo (m/s) o kilómetros por hora (km/h).
- Dirección: La velocidad tiene una dirección específica, es decir, hacia dónde se mueve el objeto. Si la dirección cambia, incluso si la magnitud permanece constante, la velocidad también cambia.
- Sentido: Además de la dirección, el sentido indica el rumbo específico del movimiento (por ejemplo, hacia el norte, al este, etc.).
- Vectorialidad: La velocidad es una magnitud vectorial, lo que significa que se describe no solo por su magnitud, sino también por la dirección y el sentido del movimiento.
- Velocidad media: Es el cociente entre el desplazamiento total y el tiempo total transcurrido. No tiene en cuenta las variaciones en la velocidad durante el trayecto.
- Velocidad instantánea: Es la velocidad en un momento específico del tiempo, y puede variar a lo largo del trayecto.
Tipos de velocidad
Existen diferentes tipos de velocidades que se pueden clasificar en varias categorías según el contexto en el que se apliquen.
Los tipos de velocidadades más relevantes en el estudio de la cinemática son las siguientes:
Velocidad lineal
La velocidad lineal es la que mide la distancia recorrida por un objeto en una dirección específica por unidad de tiempo. Por ejemplo, la velocidad de un automóvil en kilómetros por hora (km/h).
Velocidad angular
La velocidad angular se refiere a la velocidad de rotación de un objeto alrededor de un punto o eje. Se mide en radianes por segundo (rad/s) o grados por segundo (°/s).
cuando un cuerpo gira respecto a un eje aparece la velocidad angular ω. La velocidad angular indica la variación de la posición angular en el tiempo.
Los cuerpos en rotación tienen los dos tipos de velocidades: la angular, que indica la variación del ángulo y la velocidad tangencial que es la velocidad lineal con dirección tangente a la curvatura en cada momento.
Velocidad instantánea
Es la velocidad de un objeto en un punto específico de su trayectoria en un momento dado. Su valor puede ser diferente de la velocidad promedio.
Velocidad promedio
Es la velocidad media de un objeto durante un intervalo de tiempo determinado. Se calcula dividiendo la distancia total recorrida por el tiempo transcurrido.
Velocidad relativa
Es la velocidad de un objeto en relación con otro. Se utiliza comúnmente en física para describir el movimiento relativo de dos objetos en movimiento.
Por ejemplo, en el caso de que el pasajero de un autobús se pasea por el pasillo mientras está en marcha tienen dos velocidades relativas: la velocidad respecto a la de un observador situado dentro del autobús y la que percibe un observador situado en la calle.
Velocidad terminal
Es la velocidad máxima que alcanza un objeto en caída libre debido a la resistencia del aire. Una vez que se alcanza esta velocidad, el objeto no acelerará más.
La fuerza de resistencia que ejerce el aire sobre un objeto en caída libre es proporcianal a la velocidad del objeto. Esta fuerza aumenta a medida que que el objeto gana velocidad debido a la aceleración provocada por la gravedad según la segunda ley de Newton. Finalmente llega un momento en que la fuerza de del aire se equilibra con la fuerza de la gravedad.
Otros tipos de velocidades
Desde otro punto de vista más específico también se definen estos tipos particulares:
- Velocidad del sonido: Es la velocidad a la que se propaga una onda sonora a través de un medio, como el aire o el agua. En el aire a temperatura ambiente, la velocidad del sonido es de aproximadamente 343 metros por segundo.
- Velocidad de la luz: Es la velocidad a la que viaja la luz en el vacío, que es de aproximadamente 299,792,458 metros por segundo. Es una constante fundamental en la física moderna.
- Velocidad orbital: Es la velocidad a la que un objeto, como un satélite, debe moverse para mantener una órbita estable alrededor de otro cuerpo celeste, como la Tierra para que la fuerza de la gravedad no lo haga caer. En este caso, la fuerza de la gravedad es igual a la fuerza centrípeta.
Fórmulas de la velocidad
La velocidad se define como el cambio en la posición de un objeto respecto al tiempo.
Fórmula de la velocidad lineal
La fórmula de la velocidad media de un objeto es:
v = Δx/Δt
Donde:
-
v representa la velocidad.
-
Δx representa el cambio en la posición o el espacio recorrido (el vector de posición final menos el vector de posición inicial)
-
Δt representa el tiempo transcurrido.
La velocidad puede ser negativa, lo que significa que el objeto se está moviendo hacia atrás. También puede ser nula, lo que significa que el objeto no se está moviendo.
Fórmula de la velocidad angular
Para calcular la velocidad angular media se utiliza la siguiente fórmula:
ω = 2π/T
Donde,
-
ω es la velocidad angular en radianes por segundo
-
T es el periodo de rotación en segundos (el tiempo que el objeto tarda a dar una vuelta completa)
-
π es la constante PI.
Diferencia entre velocidad, rapidez y celeridad
La velocidad nos indica la variación de la posición de un objeto por unidad de tiempo. La variación de la posición se determina por la diferencia de dos vectores, por lo tanto, la velocidad es un vector que nos indica la dirección del objeto.
Por otro lado, celeridad y rapidez son dos sinónimos y se refieren a la magnitud física de la velocidad sin importar la dirección. La celeridad nos indica la variación de la distancia recorrida por unidad de tiempo pero no tenemos ninguna información sobre la dirección y la posición del objeto.
Sin embargo, es habitual hablar de velocidad refiriéndose a la celeridad.
Ejemplos de velocidad
Dependiendo de cómo se mueve un objeto o dependiendo de si está sometido a una aceleración se definen diferentes tipos de movimientos:
-
En el movimiento rectilíneo uniforme, el objeto tiene velocidad constante y no cambia de dirección.
-
En el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, el objeto no cambia de dirección pero su velocidad varía porqué está afectada por una aceleración constante. En este caso, la velocidad inicial y final son diferentes.
-
En el movimiento circular uniforme, el objeto gira sobre un eje pero no está sometido a ninguna aceleración (ni angular ni tangencial)
-
En el movimiento circular uniformemente acelerado, el objeto rota sobre un eje y está sometido a una aceleración constante que puede ser angular o lineal.