La velocidad lineal es un concepto fundamental en la física que se utiliza para describir la rapidez con la que un objeto se mueve a lo largo de una trayectoria en línea recta. Esta magnitud es de gran importancia en la vida cotidiana y en diversas disciplinas científicas como la física, la ingeniería y la mecánica.
En este artículo, explicaremos en detalle qué es la velocidad lineal, cómo se calcula, proporcionaremos ejemplos de su aplicación en la vida diaria y resolveremos algunos ejercicios prácticos.
Definición de velocidad lineal
La velocidad lineal, a menudo denotada como "v," es una medida de la rapidez con la que un objeto se desplaza a lo largo de una trayectoria recta. Se define como la distancia recorrida por el objeto dividida por el tiempo que ha transcurrido.
En el Sistema Internacional (SI), la unidad fundamental para medir la velocidad lineal es el metro por segundo (m/s). Sin embargo, en la vida cotidiana, se utilizan unidades más familiares, como el kilómetro por hora (km/h), que se emplea comúnmente para medir la velocidad de vehículos terrestres como automóviles, bicicletas y trenes.
Fórmulas
Matemáticamente, la velocidad lineal se expresa de la siguiente manera:
v=d/t
Donde:
-
v es la velocidad lineal en unidades de longitud por unidad de tiempo (por ejemplo, metros por segundo, kilómetros por hora).
-
d es la distancia recorrida por el objeto en unidades de longitud (por ejemplo, metros, kilómetros).
-
t es el tiempo transcurrido en unidades de tiempo (por ejemplo, segundos, horas).
Sin embargo, existen varias formas más específicas de calcular la velocidad lineal dependiendo de la información disponible. Aquí se presentan algunas fórmulas comunes:
Velocidad lineal promedio
Cuando se conoce la distancia total recorrida (d) y el tiempo total (t), la velocidad lineal promedio se calcula como:
vpromedio=d/t
Velocidad instantánea
La velocidad instantánea se refiere a la velocidad en un punto específico en el tiempo. Para calcularla, se necesita el desplazamiento (Δd) y el cambio en el tiempo (Δt):
vinstantánea=Δd / Δt
Velocidad relativa
Cuando se trata de dos objetos en movimiento, la velocidad relativa se calcula restando las velocidades de los dos objetos:
vrelativa=v1−v2
Donde v1 es la velocidad del primer objeto y v2 es la velocidad del segundo objeto.
Tipos de movimientos que incluyen la velocidad lineal
La velocidad lineal se aplica a varios tipos de movimientos en los que un objeto se desplaza en línea recta.
Aquí hay algunos ejemplos de tipos de movimientos que involucran la velocidad lineal:
Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)
En el movimiento rectilíneo uniforme, un objeto se mueve en línea recta a una velocidad constante. La velocidad lineal en un MRU es constante, y la distancia recorrida es directamente proporcional al tiempo transcurrido.
Ejemplos incluyen un automóvil que viaja en una autopista a velocidad constante o una persona caminando a paso constante.
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)
En el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, un objeto se mueve en línea recta, pero su velocidad cambia uniformemente con el tiempo debido a una aceleración constante. La velocidad lineal aumenta o disminuye a una tasa constante.
Ejemplos incluyen un automóvil frenando gradualmente o un objeto que cae debido a la gravedad.
Tiro parabólico
Cuando un objeto se lanza en el aire y sigue una trayectoria parabólica, su movimiento horizontal es un MRU, mientras que su movimiento vertical puede ser un MRUA debido a la gravedad.
La velocidad lineal del tiro parabólico se utiliza para describir la rapidez con la que se desplaza horizontalmente.
Ejemplos en la vida cotidiana
La velocidad lineal se encuentra en numerosos aspectos de nuestra vida cotidiana. Aquí hay algunos ejemplos:
- Conducción de automóviles: Cuando conduces un automóvil, estás constantemente calculando y ajustando tu velocidad lineal para mantener una velocidad segura y llegar a tu destino a tiempo. Si viajas a una velocidad de 60 kilómetros por hora durante 2 horas, habrás recorrido 120 kilómetros.
- Caminata: Cuando caminas, tu velocidad lineal es mucho menor que la de un automóvil, pero sigue siendo importante. Si caminas a una velocidad de 5 kilómetros por hora durante 30 minutos, habrás recorrido 2.5 kilómetros.
- Ciclismo: Los ciclistas también utilizan la velocidad lineal para medir su rendimiento y planificar rutas. Si pedaleas a una velocidad constante de 20 kilómetros por hora durante 1.5 horas, habrás recorrido 30 kilómetros.
Ejercicios resueltos
Ahora, resolvamos algunos ejercicios prácticos relacionados con la velocidad lineal:
Ejercicio 1
Un automóvil recorre una distancia de 400 kilómetros en un tiempo de 4 horas. ¿Cuál es la velocidad lineal promedio del automóvil?
Solución
Usamos la fórmula de velocidad lineal promedio:
vpromedio=d/t=400 km / 4 h=100 km/h
La velocidad lineal promedio del automóvil es de 100 kilómetros por hora.
Ejercicio 2
Un corredor completa una carrera de 10 kilómetros en un tiempo de 45 minutos. Calcula su velocidad lineal promedio en metros por segundo.
Solución
Primero, convertimos el tiempo a segundos, ya que 1 minuto es igual a 60 segundos:
t=45 minutos=45×60 segundos=2700 segundos
Ahora usamos la fórmula de velocidad lineal promedio:
vpromedio=d/t=10 km / 2700 s =10000 m / 2700 s≈3.7 m/s
La velocidad lineal promedio del corredor es aproximadamente 3.7 metros por segundo.
Ejercicio 3
Dos trenes se mueven en direcciones opuestas. El primer tren tiene una velocidad de 80 km/h, y el segundo tren tiene una velocidad de 100 km/h. ¿Cuál es la velocidad relativa entre los dos trenes?
Solución
Utilizamos la fórmula de velocidad relativa:
vrelativa=v1−v2=80 km/h−100 km/h=−20 km/h
La velocidad relativa entre los dos trenes es de 20 kilómetros por hora en direcciones opuestas. El signo negativo indica que se están moviendo en direcciones opuestas.
