01. Las aguas de un río de 400 m de anchura se desplazan con una velocidad de 8 m/s. Una barca cruza el río de orilla a orilla, manteniéndose perpendicular a la corriente. La barca se mueve con una velocidad constante de 10 m/s. Calcular:
a) Tiempo necesario para cruzar el río.
b) Desviación sufrida por la barca debido a la corriente.
c) Dirección en la que tiene qu4 moverse la barca para que la trayectoria sea perpendicular a la orilla del río.
a) en vertical el movimiento es uniforme
VERT barca
e 400
t 40 s
v 10
b) en ese tiempo, en horizontal
HOR rio
e v t 320m
c) el ángulo, respecto a la vertical es
rio barca
v
arcsen 38,66º v
02. Un cuerpo parte del reposo y se mueve con aceleración constante. En un momento dado tiene una velocidad de 9,14 m/s, y 48,8 metros más lejos lleva una velocidad de 15,2 m/s. Calcula:
a) La aceleración.
b) El tiempo empleado en recorrer los 48,8 m.
c) El tiempo necesario para alcanzar la velocidad de 9,14 m
d) La distancia recorrida desde que arranca hasta que alcanza la velocidad de 9,14 m/s.
Para el tramo recorrido 2 2 2 2 2
F 0
v v 2ae; 15,2 9,14 2a·48,8; a 1,51ms
el tiempo en el que recorre ese espacio es t vF v0 4,01s
a
si parte del reposo tarda t vF v0 6,05s
a
en alcanzar los 9,14 m/s y recorre e 12,14m
03. Un coche de policía detecta con el radar un coche que se mueve a 90 km/h en zona urbana 100 m por delante. Arranca en su persecución 10 s después de detectarlo, y acelera hasta alcanzar una velocidad de 108 km/h en 20 s, la cual mantiene constante a partir de ese momento. Calcula:
a) Tiempo que tarda el coche de policía en alcanzar al otro. b) Espacio recorrido por el coche de policía.
1 1
C P
v 25ms ; v 30ms ;
el policía tiene una aceleración a vF v0 1,5ms 2
t
el espacio recorrido por los dos coches es el mismo
COCHE
2 POLICIA
e 100 25·t
100 25·t 300 30t 300; t 20s 1
e 1,5·20 30(t 10) 2
el espacio recorrido es ePOLICIA 300 30(20 10) 600m 400 m
desviación
100 m
acelerado unif
unif
POLICIA COCHE
v
barcav
TOT04. Un cuerpo se deja caer libremente desde lo alto de un rascacielos. Al cabo de un tiempo t, pasa por un punto A. Cinco segundos más tarde, pasa por un punto B. La velocidad del cuerpo en B es 6 veces mayor que en A. Hallar:
a) El tiempo t.
b) Distancia entre los puntos A y B. c) Altura desde la que cae el cuerpo
A 0 B A
B 0
v v gt 10t v 6v
v v g(t 5) 10t 50 10t 50 60t t 1s
la distancia entre A y B es:
2 2
1 1
AB OB OA 10·6 10·1 175m
2 2
El cuerpo cae desde el punto O y cuando llega a B ha recorrido 180 m
05. Se dispara un proyectil verticalmente hacia arriba con una velocidad de 100 m/s. Cinco segundos más tarde se dispara otro proyectil en la misma vertical y con la misma velocidad inicial. Calcula:
a) Cuánto tiempo tarda el segundo proyectil en alcanzar al primero. b) A qué altura lo alcanza.
c) Qué velocidad tiene cada proyectil en el momento del encuentro
El segundo alcanza al primero cuando estén a la misma altura. Como la velocidad es la misma, uno estará subiendo y el otro bajando
2 1
2 2
h 100t 5t
625 50t; t 12,5s h 100(t 5) 5(t 5)
en ese momento están a una altura h 100t 5t 2 100·12,5 5·12,5 2 468,75m
y las velocidades serán
1 1
1 2
v 100 10·12,5 25ms v 100 100(12,5 5) 25ms
06. Dos proyectiles se lanzan verticalmente hacia arriba con dos segundos de diferencia, el primero con una velocidad inicial de 50 m·s-1 y el segundo con 80 m·s-1. Calcula el tiempo transcurrido hasta que estén
los dos a la misma altura. ¿A qué altura se encuentran? ¿Qué velocidad tiene cada cuerpo en ese instante?
Cuando se encuentran la altura es la misma. ¡Ojo! El segundo está en el aire 2 s menos.
2
2 2
1
2 2
1
h 50·t 10t 50·t 5·t 80(t 2) 5(t 2) 2
1 t 3,6 s
h 80(t 2) 10(t 2) 2
La altura es 2
1 2
h h 50·t 5·t 115,2m
La velocidad de cada cuerpo será:
1 1
1 2
v 50 10·3,6 14ms v 80 10·1,6 64ms
A
B O
t
07. Se lanza desde el suelo una pelota, formando un ángulo de 30° con la horizontal, y cae justo en el borde de una terraza de un edificio situado a 30 m de distancia del punto de lanzamiento. La terraza está a 10 m de altura. Calcular la velocidad inicial de la pelota.
Si la pelota sale desde el origen de coordenadas, la terraza está en el punto (30,10). Las coordenadas de ese punto cumplen la ecuación del tiro parabólico:
2 2
1 0
2 2 2 2
0 0
gx 10·30
y xtg ; 10 30tg30 ; v 28,63ms
2v cos 2v cos 30
08. Un jugador de béisbol lanza una pelota con una velocidad de 50 m/s y un ángulo de elevación de 30°. En ese mismo instante, otro jugador situado a 150 m del primero en la misma dirección que lleva la pelota, empieza a correr con velocidad constante de 10 m/s para intentar cogerla. ¿Llegará a coger la pelota?.
La pelota sube hasta que vy 0 50·sen30 10t; t 2,5s por lo
que está 5s en el aire. En ese tiempo recorre en horizontal un
espacio ex50cos30·t 216,5m
El segundo jugador tiene que recorrer 216,5 150 66,5m en 5s.
Tiene que correr a 13,3 m/s por lo que no llega.
09. La velocidad angular de una rueda disminuye uniformemente desde 900 hasta 800 rpm en 5 s. Calcula la aceleración angular, el número de vueltas que da la rueda en ese tiempo, y calcula el tiempo necesario para que la rueda se pare.
La aceleración de frenado es:
1 0
2
F 0
1 F
900rpm 30 rad·s
2 rad·s
80 t 3
800rpm rad·s 3
el ángulo recorrido es: 2 2 0
1 2 40
t t 30 ·5 rad 6,66 vueltas
2 3 3
para que se detenga F 0 t; 0 30 2 t; t 45s 3
10. Un punto material describe una circunferencia de 25 cm de radio, aumentando su velocidad de una forma constante. En un momento dado, su velocidad es de 0,9 m/s, y 0,25 seg. más tarde es de 1,0 m/s. Calcula el módulo, dirección y sentido de la aceleración en el primer instante.
0 2
0
En el instante t, v v at 0,9 at 0,9
a 4ms En el instante t 0,25, v v a(t 0,25) 1,0 at 0,25a 1
La dirección es tangente a la trayectoria en el sentido del movimiento.
11. Las ecuaciones paramétricas de un movimiento son x=2t, y=3sent. Escribir la ecuación de la trayectoria, y representarla gráficamente entre los instante t=0 y t=2π. Calcular, en ese intervalo, los instantes en los que el cuerpo está parado y en los que la aceleración es nula.
x 2t y 3sen x
y 3sent 2
la velocidad es v dy 3cos x dt 2 2
; se anula para x y x 3
la aceleración es a dv 3sen x
dt 4 2
se anula para x 0 y para x 4
12*. Un coche se aleja de una torre de 300 m de altura con una velocidad de 72 km/h. Calcula la velocidad con la que se aleja de la cima de la torre cuando se encuentra a 400 m de la base de la misma. ¿Tiene aceleración el movimiento?
El móvil parte de la base de la torre con una velocidad de 20 m·s-1, el espacio que recorre es e=20·t y la distancia desde el
móvil hasta la cima de la torre en cada instante es:
2 2
x 300 400t
La velocidad con la que se aleja de la cima de la torre es la derivada de x con respecto al tiempo.
Cuando se encuentra a 400 m de la base han pasado 20 s desde que comenzó el movimiento, luego la velocidad en ese momento es el valor de la derivada en el instante t=20s
1 20
2 2
dx 800t
v v 16m·s
dt 2 300 400 t
El movimiento es acelerado puesto que a dv 0 dt
13*. Dos velas de la misma altura h, se encuentran a una distancia a. La distancia entre cada vela y la pared más próxima es a. Calcular la velocidad con la que se mueven las sombras sobre las paredes. Dato: la primera vela se quema con una velocidad v1 y la segunda con v2.
Cuando ha pasado un tiempo t desde el comienzo, las coordenadas del extremo de cada vela son:
vela1 (a, h v t) 1 y vela2 (2a, h v t) 2
La línea de sombras pasa por esos dos puntos y su ecuación es:
1 2 1 1 2 1
1 2 1
1 1 2 1 2
1
y y y y y (h v t) (h v t) (h v t)
x x x x x a 2a a
y h v t v t v t v t v t
y (x a) v t h
x a a a
Las extremos de las sombras sobre las paredes están en esta recta y cumplen su ecuación.
Sombra 1: su longitud es s1, 1 1 2 1 2 1
v t v t
x 0 s (0 a) v t h v t 2v t h a
y su velocidad es: 1
s1 2 1
ds
v v 2v
dt
x 2
4
300m
400m 20 ms-1
h-v1t h-v 2t
s1
s2
Sombra 2: su longitud es s2, x 3a s2 v t v t1 2 (3a a) v t h v t 2v t h1 1 2
a
y su velocidad es: 2
s2 1 2
ds
v v 2v
dt
14*. Desde una azotea de 20 m de altura se deja caer una canica. En su trayectoria de bajada, la canica choca con un saliente en la pared, saliendo rebotada horizontalmente; el choque se puede considerar perfectamente elástico. Si dicho saliente está a una altura de 5 m sobre el suelo calcule:
a) El aumento del tiempo de caída para la canica debido al choque con el saliente.
b) ¿A qué altura sobre el suelo debería encontrarse el saliente si deseamos que dicha diferencia sea máxima?
c) ¿A qué altura sobre el suelo debería encontrarse el saliente si deseamos que el desplazamiento horizontal de la canica sea máximo?
a) El tiempo que tarda en caer si no hay saliente, es e 1gt2 t 2e 2s
2 g
Con el saliente recorre 15m en caída libre, es decir, 3 s y después 5m sin velocidad inicial en 1s
El aumento de tiempo es t 3 1 2 1,32s
b) En la primera parte recorre 20-h metros en un tiempo t1 0,2·(20 h) y en la segunda h metros en un
tiempo t2 0,2·h. El tiempo total es t 0,2·(20 h) 0,2·h y la diferencia de tiempos es
t 0,2·(20 h) 0,2·h 2
Para que esa diferencia de tiempos sea máxima, la derivada tiene que ser nula:
d t 0,2 0,2 0 (20 h) h h 10m
dh 2 0,2·(20 h) 2 0,2·h
c) Hacemos lo mismo que en el apartado anterior:
La velocidad al final de la primera parte del recorrido es v g·t 1 20(20 h) . Con esa velocidad rebota
y se mueve en horizontal (tiro horizontal) durante un tiempo t2, por lo que recorre un espacio de
2
HOR 2
e v·t 20(20 h)· 0,2h 4h(20 h) 80h 4h
Para que ese espacio sea máximo, su derivada debe ser nula
HOR 2
80 8h
d e 0 h 10m
dh 2 80h 4h