Velocidad (constante y variable)

En la vida diaria solemos decir que la velocidad de un automóvil es de, por ejemplo, 80 km/h, sin embargo, en términos de la Física, esto es incorrecto. Cuando decimos que el auto viaja a 80 km/h nos referimos a su rapidez, pero si señalamos que se mueve 80km/h al sur, hacemos referencia a su velocidad (o velocidad instantánea).

¿Qué es la velocidad?

En la Física combinamos la rapidez y la dirección en un solo concepto llamado velocidad.

La velocidad es una magnitud vectorial

Las cantidades, como la velocidad, a las que se les específica tanto su dirección como su magnitud se les conoce como magnitud vectorial. Estas podemos representarlas como un vector.

Velocidad instantánea y rapidez instantánea

La velocidad instantánea describe qué tan rápido y en qué dirección se mueve un determinado objeto en un instante especifico en el tiempo. Por ejemplo, la velocidad que posee un automóvil justo a las 3:00pm es 80 km/h en una carretera recta hacia al sur. En este caso, la cantidad que nos describe qué tan rápido se está moviendo en ese momento el objeto es la rapidez instantánea, por lo tanto, esta se define como la magnitud de la velocidad instantánea.

Rapidez promedio y velocidad promedio

Con respecto a la rapidez promedio y velocidad promedio hay una importante diferencia entre estas aparte de la dirección. La rapidez promedio se define como la relación entre la distancia total recorrida y el tiempo total empleado durante el recorrido. Se calcula a través de la fórmula:

Por su parte, la velocidad promedio (o media) se define como el desplazamiento dividido entre el intervalo de tiempo durante el que ocurre dicho desplazamiento.

El desplazamiento es una cantidad vectorial; su magnitud es la distancia en línea recta entre la posición inicial y la posición final del objeto; su dirección es desde el punto inicial al punto final.

Donde rf y rf es el desplazamiento final e inicial, respectivamente.

La magnitud del desplazamiento es la misma que la distancia recorrida cuando el movimiento se realiza en una línea recta en una sola dirección. Sin embargo, difieren cuando el objeto modifica su dirección durante el movimiento (en caso de que retroceda) o cuando se realiza en más de una dirección. Esto quiere decir que la magnitud de la velocidad promedio NO es la rapidez promedio.

Veamos un ejemplo, supongamos que encendemos nuestro auto y viajamos 10 km hacia el este en línea recta en una carretera, luego damos vuelta atrás y viajamos 5 km hacia el oeste. Hemos recorrido una distancia de 15 km (10 km al este + 5 km al oeste):

Pero nuestro desplazamiento es de 5 km al este:

Tomando como el este positivo y oeste negativo:

Donde xf y xi es la posición final e inicial, respectivamente.

Este resultado significa que nuestra posición final es 5 kilómetros al este de nuestra posición inicial.

Ahora, si el viaje tomó 1 hora, nuestra rapidez promedio es de 15 km/h y nuestra velocidad promedio es de 5 km/h este.

Velocidad constante vs velocidad variable

Un objeto que se mueve a rapidez constante no disminuye ni aumenta su rapidez. Velocidad constante implica tanto rapidez constante como dirección constante. Esto último significa que la trayectoria del objeto es una línea recta. En consecuencia, un objeto a velocidad constante se mueve en una línea recta a rapidez constante.

Si la rapidez o la dirección cambian, entonces varía la velocidad. Por ejemplo, en una rotonda (redoma) un automóvil puede moverse a rapidez constante, pero como su dirección cambia, entonces, su velocidad no es constante.

Velocidad variable
El automóvil en la trayectoria circular puede tener una rapidez constante, pero su velocidad cambia a cada instante, ya que modifica su dirección de movimiento.

Un auto que empieza a frenar no posee una velocidad constante tampoco, ya que está variando su rapidez. Una velocidad variable está estrechamente relacionada con la aceleración.

Ejercicios de velocidad

  • El velocímetro de un automóvil que viaja en línea recta hacia al sur indica 60 km/h. Se cruza con otro que va hacia al norte también a 60 km/h. ¿Los dos vehículos tienen la misma celeridad? ¿Tienen la misma velocidad?

Ambos autos tienen la misma rapidez, 60km/h; pero sus velocidades son contrarias ya que se mueven en direcciones contrarias: uno hacia el sur, otro hacia el norte.

  • Encuentre el desplazamiento y la velocidad promedio de una persona entre las posiciones A y F.
Posiciónt(s)x(m)
A05
B1012
C208
D300
E40-3
F50-8

De acuerdo a la información en la tabla sabemos que:

    • xA=5m; tA=0s
    • xF=-8m; tF=50s

Calculemos el desplazamiento:

Este resultado significa que la persona termina 13 metros a la izquierda desde donde comenzó a caminar.

Ahora, determinemos la velocidad promedio:

  • ¿Cuál será la velocidad de un automóvil que viaja hacia el sur por una carretera a las 9:00 pm con una rapidez de 30km/h?

La velocidad o velocidad instantánea del automóvil es de 30km/s hacia al sur.