Grado 11
  1. Mecánica  1.1. dinámico  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos y tres dimensiones  1.1.3. Desplazamiento y Distancia  1.1.4. Velocidad y rapidez  1.1.5. Aceleración y desaceleración  1.1.6. Análisis gráfico del movimiento  1.1.7. Ecuaciones del movimiento (deducciones avanzadas)  1.1.8. Caída libre y velocidad terminal  1.1.9. Movimiento de proyectiles  1.1.10. Velocidad relativa en una y dos dimensiones  1.1.11. Movimiento de un coche en un plano inclinado  1.2. Dinámica  1.2.1. Leyes del movimiento de Newton y sus aplicaciones  1.2.2. Inercia y la primera ley de Newton  1.2.3. Fuerza y tipos de fuerza  1.2.4. Fricción estática y cinética  1.2.5. Movimiento circular y aceleración centrípeta  1.2.6. Movimiento circular no uniforme  1.2.7. Peralte de carreteras y curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservación del momento en una y dos dimensiones  1.2.10. Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton  1.3. Trabajo, Energía y Potencia  1.3.1. Trabajo realizado por una fuerza constante y variable  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética y potencial  1.3.4. Energía potencial gravitacional y elástica  1.3.5. Conservación de la energía mecánica  1.3.6. Energía y potencia instantánea  1.3.7. Eficiencia de las máquinas  1.3.8. Trabajo realizado por fuerzas conservativas y no conservativas  1.4. Movimiento rotacional  1.4.1. Torsión y aceleración angular  1.4.2. Equilibrio rotacional  1.4.3. Momento de inercia y sus aplicaciones  1.4.4. Momento angular y su conservación  1.4.5. Energía cinética del movimiento de rodadura y rotación  1.4.6. Teorema del Eje Paralelo y Perpendicular  1.4.7. Dinámica del movimiento rotacional
  2. Fuerza gravitacional  2.1. Gravitación universal  2.1.1. La ley de gravitación universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional y potencial  2.1.3. Cambio en la aceleración debido a la gravedad  2.1.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  2.1.5. Mecánica orbital y satélites  2.1.6. Velocidad de escape y velocidad orbital  2.1.7. Ingravidez y caída libre  2.1.8. Energía potencial gravitacional y energía en órbitas  2.1.9. Agujeros negros y lente gravitacional
  3. Propiedades de la materia  3.1. Mecánica de fluidos  3.1.1. Densidad y presión en líquidos  3.1.2. La teoría de Pascal y sus aplicaciones  3.1.3. Principio de Arquímedes y Flotabilidad  3.1.4. Ecuación de Bernoulli y sus aplicaciones  3.1.5. Ecuación de continuidad y el efecto Venturi  3.1.6. Tensión superficial y capilaridad  3.1.7. Viscosidad y la Ley de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds y turbulencia  3.2. Elasticidad y deformación  3.2.1. La ley de Hooke y la relación tensión-deformación  3.2.2. Módulo de elasticidad y aplicaciones  3.2.3. Deformación y límite elástico de los sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor y temperatura  4.1.1. Propiedades termométricas y escala de temperatura  4.1.2. Expansión térmica de sólidos, líquidos y gases  4.1.3. Sistema de transferencia de calor  4.1.4. Capacidad calorífica específica y calorimetría  4.1.5. Calor latente y cambio de fase  4.2. Teoría cinética de los gases  4.2.1. Modelo molecular de los gases  4.2.2. Explicación cinética de la temperatura  4.2.3. Ecuación de Gas Ideal y Desviaciones  4.2.4. Camino libre medio y distribución de Maxwell–Boltzmann  4.3. Leyes de la Termodinámica  4.3.1. Zeroth Law y Equilibrio Térmico  4.3.2. Primera Ley y Energía Interna  4.3.3. La Segunda Ley y la Entropía  4.3.4. Ciclo de Carnot y motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores y bombas de calor
  5. Ondas y oscilaciones  5.1. Movimiento Armónico Simple  5.1.1. Ecuaciones del MHS  5.1.2. Energía en MAS  5.1.3. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  5.1.4. Resonancia y aplicaciones  5.1.5. Péndulo y sistema masa-resorte  5.2. Movimiento ondulatorio  5.2.1. Tipos de ondas mecánicas  5.2.2. Movimiento ondulatorio y transporte de energía  5.2.3. Principio de Superposición y Ondas Estacionarias  5.2.4. Reflexión, Refracción y Difracción  5.2.5. Efecto Doppler en sonido y luz  5.2.6. Pulsaciones e interferencia
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Electrostática  6.1.1. Carga eléctrica y conservación  6.1.2. La ley de Coulomb y sus aplicaciones  6.1.3. Campo eléctrico y flujo eléctrico  6.1.4. Potencial eléctrico y energía potencial  6.1.5. Capacitancia y energía almacenada en un condensador  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. La ley de Ohm y la resistencia eléctrica  6.2.2. Resistividad y dependencia de la temperatura  6.2.3. Leyes de Kirchhoff y análisis de circuitos  6.2.4. Potencia eléctrica y eficiencia  6.2.5. Combinación de resistencias  6.3. Magnetismo y electromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos y sus fuentes  6.3.2. Fuerza magnética sobre cargas en movimiento  6.3.3. Inducción electromagnética  6.3.4. Leyes de Faraday y Lenz  6.3.5. Inductancia y Transformador  6.3.6. Corriente alterna y sus aplicaciones
  7. Óptica  7.1. Reflexión y Refracción  7.1.1. leyes de reflexión y refracción  7.1.2. Espejos y lentes  7.1.3. Reflexión interna total y fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferencia y Difracción  7.2.2. Experimento de la doble rendija de Young  7.2.3. Polarización de la luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein  8.1.2. Dualidad onda-partícula  8.1.3. El principio de incertidumbre de Heisenberg  8.1.4. Efecto Compton  8.2. Física Atómica y Nuclear  8.2.1. Modelo atómico y niveles de energía  8.2.2. Desintegración radiactiva y vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear
  9. Electrónica y Comunicación  9.1. Semiconductores  9.1.1. uniones pn y diodo  9.1.2. Transistores y compuertas lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados y Aplicaciones  9.2. Sistemas de comunicación  9.2.1. Conceptos básicos de la comunicación analógica y digital  9.2.2. Comunicación Inalámbrica y Óptica  9.2.3. Modulación y Demodulación

Grado 11 → Mecánica → dinámico ↓


Velocidad y rapidez


En física, la dinámica es la rama que describe el movimiento de puntos, cuerpos (objetos) y sistemas de cuerpos (grupos de objetos) sin considerar las fuerzas que causan el movimiento. Este estudio se centra en dos conceptos fundamentales: rapidez y velocidad. Ambos son esenciales para describir y entender el movimiento.

¿Qué es la rapidez?

La rapidez es una cantidad escalar que representa la "velocidad de un objeto". Es la tasa a la que un objeto recorre una distancia. La rapidez promedio se calcula dividiendo la distancia total recorrida por el tiempo total utilizado para cubrir esa distancia. La fórmula para la rapidez es muy simple:

Rapidez = Distancia / Tiempo

Por ejemplo, si un automóvil viaja 150 kilómetros en 3 horas, entonces su rapidez será:

Rapidez = 150 km / 3 horas = 50 km/h

Ejemplo visual de movimiento

Inicio Final objeto moviéndose a velocidad constante

En el ejemplo SVG anterior, un círculo rojo se mueve desde el inicio hasta la línea de meta. La rapidez representa qué tan rápido se mueve el círculo del punto de inicio al de fin en un tiempo dado.

¿Qué es la velocidad?

Por otro lado, la velocidad es una cantidad vectorial que se refiere a la "tasa a la cual un objeto cambia su posición". A diferencia de la rapidez, la velocidad incluye la dirección del objeto. Por lo tanto, la velocidad es más informativa sobre el estado de movimiento del objeto. La velocidad promedio se calcula dividiendo el desplazamiento por el tiempo durante el cual ocurrió el cambio.

Velocidad = Desplazamiento / Tiempo

Considera un automóvil que viaja 100 km al este en 2 horas. Su velocidad será:

Velocidad = 100 km este / 2 horas = 50 km/h este

Ejemplo visual de velocidad

A B C la velocidad es hacia B

En este SVG, un círculo azul se mueve del punto A al punto B, indicando la dirección de su velocidad. Es importante entender que, aunque el objeto continúe moviéndose hacia el punto C, la velocidad solo se define del punto A al B.

Diferencia entre rapidez y velocidad

Aunque tanto la rapidez como la velocidad proporcionan información sobre el movimiento de un objeto, tienen algunas diferencias importantes:

  • Rapidez es una cantidad escalar, lo que significa que solo tiene magnitud. Mientras que la velocidad es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene tanto magnitud como dirección.
  • La rapidez no brinda información sobre la dirección del viaje. La velocidad proporciona información direccional clara.
  • La velocidad de un objeto que se mueve a una rapidez constante en un camino circular sigue cambiando porque su dirección sigue cambiando continuamente.

Ejemplos de texto para práctica

Ejemplo 1: Calcular la rapidez

Si un ciclista recorre una distancia de 60 km en 2 horas, ¿cuál es la rapidez del ciclista?

Rapidez = Distancia / Tiempo = 60 km / 2 horas = 30 km/h

Ejemplo 2: Calcular la velocidad

Un corredor que se mueve hacia el norte cubre una distancia de 400 m en 50 segundos. ¿Cuál es la velocidad del corredor?

Velocidad = Desplazamiento / Tiempo = 400 metros norte / 50 segundos = 8 m/s norte

Ejemplo 3: Detectar la diferencia

Un automóvil viaja 100 km en dirección norte y luego 100 km en dirección este. ¿Cuáles son la distancia, rapidez, desplazamiento y velocidad?

  • Distancia = 100 km + 100 km = 200 km
  • Rapidez = Distancia total / Tiempo total
  • Desplazamiento: Usar el teorema de Pitágoras (√(100² + 100²) = 141,42 km) hacia la dirección noreste.
  • Velocidad = Desplazamiento / Tiempo

Entendiendo la rapidez y velocidad instantáneas

Mientras que la rapidez y velocidad promedio se calculan durante un cierto período de tiempo, la rapidez y velocidad instantáneas se refieren a estas cantidades en un momento específico. Imagina que estás conduciendo y mirando tu velocímetro, que indica la rapidez de tu coche en ese momento exacto: esta es tu rapidez instantánea.

Rapidez Instantánea = Lím Δt → 0 (Δs/Δt)

Dado que la velocidad también considera la dirección, la velocidad instantánea indicará la dirección del movimiento en ese instante particular.

Analogía visual: comparando escaleras mecánicas y escaleras

A B

En la analogía anterior, considere líneas que van hacia arriba para representar a dos personas: una usando la escalera mecánica y otra usando las escaleras. La persona en la escalera mecánica (línea izquierda) llega a la cima más rápido; por lo tanto, su rapidez es mayor. Sin embargo, si ambos finalmente se mueven en la misma dirección hacia arriba, sus velocidades serán iguales pero diferentes en magnitud. Notablemente, la rapidez de la escalera mecánica permanece constante, mientras que las escaleras pueden implicar cambios de rapidez instantánea.

Conectando rapidez y velocidad con un gráfico

En muchos problemas de física, interpretar gráficos es importante para entender la rapidez y la velocidad. Los gráficos más comunes son los de distancia-tiempo y los de velocidad-tiempo.

Diagrama de distancia-tiempo

En un gráfico de distancia versus tiempo, la rapidez está representada por la pendiente del gráfico. Una pendiente más pronunciada indica mayor rapidez. Una línea horizontal plana no representa ninguna rapidez, porque la distancia no cambia con el tiempo.

Gráficos de velocidad-tiempo

En un gráfico de velocidad versus tiempo, la velocidad constante se muestra como una línea horizontal, y la pendiente (gradiente) de la línea representa la aceleración. Calcular el área debajo de la línea entre dos intervalos de tiempo proporciona el desplazamiento.

Conclusión

Entender el impulso y la velocidad es el conocimiento fundamental para un estudio más profundo en física y mecánica. Estos conceptos son importantes para analizar y predecir el movimiento de objetos en la vida cotidiana, desde vehículos en carreteras hasta atletas en competiciones. El dominio de los principios del impulso y la velocidad también ayuda a entender fenómenos y sistemas más complejos en la física avanzada.


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