4º ESO / UD6

Cinemática

FÍSICA

Aquí empieza la física del curso, y empieza describiendo lo que más ves cada día: cosas que se mueven. Un autobús que arranca, una pelota que cae, una noria que gira. En esta unidad vas a aprender a contarlo con números: dónde está algo, hacia dónde va y cuánto tardará en llegar — o en pararse. Y una promesa: en toda la unidad hay solo dos ecuaciones. Todo lo demás es saber usarlas.

00

¿Moverse… respecto a qué?

Antes de calcular nada hay que decidir desde dónde se mira. El sistema de referencia, las tres formas de medir un viaje y qué es de verdad la velocidad.

Antes de calcular nada, hay que ponerse de acuerdo en cómo se describe un movimiento. Este bloque te da las tres herramientas que vas a usar en toda la unidad:

  • El sistema de referencia. Decidir desde dónde se mide — y descubrir que sin esa decisión ni siquiera se puede decir quién se mueve.
  • Las tres medidas del viaje. Posición, desplazamiento y espacio recorrido: tres números distintos que el que empieza confunde en uno.
  • La velocidad, bien entendida. Con su signo, y con la diferencia entre la del velocímetro y la del viaje entero.
  • La aceleración… esperando su turno. Es la magnitud de cuando la velocidad cambia. Le llega su momento en el bloque 4 — de momento, ni la tocamos.
¿Quién se mueve? Depende de desde dónde mires

El pasajero del tren

Vas sentado en un tren que avanza suave, sin traqueteo. Para la persona del asiento de enfrente, no te has movido en todo el viaje: sigues a un metro de ella.

Para alguien parado en el andén, en cambio, has pasado zumbando. ¿Quién tiene razón? Los dos.

Un cuerpo está en movimiento si su posición cambia respecto del punto desde el que se mide, y en reposo si no cambia. Ese punto de observación elegido es el sistema de referencia.

posición de la pasajera respecto a tix = 0 m

Desde la acera: la línea verde es la posición de la pasajera medida desde ti. Mira el marcador: negativa cuando aún no ha llegado, cero al pasar por delante, y creciendo según se aleja. Para ti, la pasajera se mueve.

No hay un observador «de verdad»

No existe un sistema de referencia privilegiado desde el que se decida quién se mueve de verdad. Ni siquiera el suelo: la Tierra también gira y viaja alrededor del Sol.

Por eso el movimiento es relativo: la respuesta a «¿se mueve?» depende de desde dónde se mire. Y por eso, antes de resolver nada, hay que elegir desde dónde se mide.

Elegir el sistema de referencia es decidir qué es + y qué es −

En los movimientos de este curso todo ocurre sobre una recta. Elegir sistema de referencia son dos decisiones: dónde está el origen (el cero) y cuál es el sentido positivo.

A partir de ahí, el signo trabaja para ti: «si voy para allá, las magnitudes son positivas; si me muevo para el otro lado, negativas». Y ojo: hay dos ejes, no uno. El eje x para lo que se mueve en horizontal y el eje y para lo que sube o cae — que en esta unidad también hay cosas que caen.

SRx = 0 · y = 0el origen que TÚ eliges+−x+−y
La marca del sistema de referencia: origen señalado, x positivo a la derecha e y positivo hacia arriba. En 2º-3º ESO se trabajaba solo en x; aquí el eje y entra en juego en el movimiento vertical.

Lo primero de todo problema de cinemática: elegir el sistema de referencia y declararlo en el esquema. En el examen, decir «b) y c) son verdaderas» sin nombrar desde dónde se mide es una respuesta a medias.

Tres formas de medir un viaje

Posición, desplazamiento y espacio recorrido

Con el sistema de referencia puesto, ya se puede medir. Pero «cuánto te has movido» tiene tres respuestas distintas, y conviene no mezclarlas:

  • Posición (x). Dónde estás ahora, medido desde el origen y con su signo. Es una foto, no un viaje. Dibujada, es una línea que sale del origen:
    x = +30 m. A 30 m del origen, hacia el lado +.
    x = −10 m. A 10 m del origen… hacia el lado −. El signo es el lado.
    y = +5 m. Lo mismo, pero en vertical: 5 m por encima del origen.
    La línea verde es la posición: va del origen al cuerpo, y su signo dice de qué lado (o si está arriba o abajo).
  • Desplazamiento (Δx). El cambio de posición: de dónde saliste a dónde has llegado, xf − x0. Le da igual el camino que hayas hecho entre medias:
    0x₀ = 10 mxf = 30 m50 mΔx = +20 m
    Sale de x₀ = +10 m, sube hasta los 50 m y vuelve hasta xf = +30 m. El camino (en gris) da igual: el desplazamiento va de la salida a la llegada — Δx = 30 − 10 = +20 m.
  • Espacio recorrido (s). Todo lo que has andado, sumado sin signos: la suela de zapato gastada. Al camino que sigues se le llama trayectoria. Compara las dos medidas sobre el mismo viaje y se ve la diferencia:
    0x₀ = 10 mxf = 30 m50 mΔx = +20 m
    Sale de x₀ = +10 m, sube hasta los 50 m y vuelve hasta xf = +30 m. El camino (en gris) da igual: el desplazamiento va de la salida a la llegada — Δx = 30 − 10 = +20 m.
    s₁ = 40 ms₂ = 20 m0x₀ = 10 mxf = 30 m50 m
    El mismo viaje, medido con la suela del zapato: s₁ = 40 m de ida y s₂ = 20 m de vuelta. El espacio recorrido lo suma todo, sin signos — s = 40 + 20 = 60 m.

La diferencia se ve sola en cuanto paseas un poco. Prueba: avanza, retrocede, vuelve a la salida — y mira qué contador se entera y cuál no.

-20020406080100salida
Posición+15 mdónde estás, respecto del origen
Desplazamiento0 mde la salida a donde estás ahora
Espacio recorrido0 mtodo lo que has andado, se sume o no
Elige una salida, pasea al muñeco con los botones y vigila los tres contadores.

El viaje que lo delata todo: ir y volver

Imagina que vas a un buzón que está a 200 m y vuelves a casa. Has andado 400 m — y tu desplazamiento es cero, porque acabas exactamente donde empezaste.

¿Absurdo? No: son dos preguntas distintas. El espacio cuenta lo andado; el desplazamiento solo compara el final con el principio. Míralo en cuatro viajes, con las dos medidas dibujadas a la vez:

— espacio recorrido (s)— desplazamiento (Δx)

s = 40 mΔx = +40 m
Solo avanza 40 m. Sin cambio de sentido, s y Δx coinciden.
s₁ = 40 ms₂ = 25 mΔx = +15 m
Va 40 m y vuelve 25 m. s = 40 + 25 = 65 m · Δx = +15 m. Ya no coinciden.
s₁ = 40 ms₂ = 40 mΔx = 0
Va 40 m y vuelve a la salida. s = 80 m · Δx = 0: el desplazamiento se queda en un punto.
s ≈ 31 mΔr = 0
Una vuelta a una pista circular de radio 5 m. s = 2πR ≈ 31 m · Δr = 0: acaba donde empezó.

En las hojas y en el examen, estas medidas se piden juntas a propósito. Grábatelo: con cambio de sentido, el espacio recorrido siempre gana al desplazamiento; sin él, coinciden.

¿Rápido… respecto a qué y cuándo?

Qué es la velocidad

La velocidad mide cómo cambia la posición con el tiempo: cuánto te mueves en cada segundo. Por eso sus unidades son metros por segundo.

Decir v = 20 m/s significa que cada segundo tu posición cambia 20 m en el sentido +. Partiendo del origen: al primer segundo estás en 20 m, y a los 4 s, en 80 m.

v = +20 m/s0 s01 s+202 s+403 s+604 s+80x (m)
v = +20 m/s. Cada segundo, un salto de 20 m hacia el lado +. A los 4 s, partiendo del origen, la posición es +80 m.

La velocidad lleva flecha (y en una recta, la flecha es el signo)

Pero el cambio de posición puede ser hacia la derecha o hacia la izquierda del eje — hacia posiciones positivas o negativas. Por eso la velocidad es una magnitud vectorial: además del número necesita dirección y sentido.

En los movimientos rectilíneos de este curso, ese trabajo lo hace el signo. Compara los mismos 4 segundos con dos velocidades distintas:

v = +10 m/s0 s01 s+102 s+203 s+304 s+40x (m)
v = +10 m/s. Saltos de 10 m hacia el lado +: pasa por +10, +20, +30 y acaba en +40 m.
v = −5 m/s0 s01 s−52 s−103 s−154 s−20x (m)
v = −5 m/s. Cada segundo, 5 m hacia el lado −: pasa por −5, −10, −15 y acaba en −20 m. Mismo juego, sentido contrario.

Al número solo, sin la flecha, se le llama rapidez. Ojo con leer el signo como «va más lento»: −30 m/s es más rápido que +20 m/s, solo que hacia el otro lado.

El velocímetro y el viaje entero

Hay dos velocidades que conviene no confundir, porque responden a preguntas distintas:

El velocímetro marca la velocidad de este preciso instante: la velocidad instantánea. Un segundo después puede marcar otra cosa.
El velocímetro marca la velocidad de este preciso instante: la velocidad instantánea. Un segundo después puede marcar otra cosa.1/2
El velocímetro marca la velocidad de este preciso instante: la velocidad instantánea. Un segundo después puede marcar otra cosa.

El velocímetro marca la velocidad de este preciso instante: la velocidad instantánea. Un segundo después puede marcar otra cosa.1/2

  • Velocidad instantánea. La de este momento: lo que marca el velocímetro ahora mismo. Cambia cada vez que aceleras o frenas.
  • Velocidad media. La del viaje completo: desplazamiento entre tiempo, Δx/Δt. Piensa en un viaje en coche: 400 km y has tardado 4 h. ¿A qué velocidad has ido? A 400/4 = 100 km/h… aunque un radar te cazara un tramo a 120 — eso lo marcó el velocímetro en un momento concreto. La media es la velocidad constante a la que habrías hecho el mismo viaje en el mismo tiempo.
    400 kmradar: 120 km/h4 h
    El viaje entero: 400 km en 4 h → vm = 100 km/h. El radar del tramo cuenta otra historia: la instantánea de ese momento.

Fíjate: la media no es «la media de las velocidades» que has ido llevando. Es un solo número que resume el viaje. Practícalo:

Y una pregunta que te dejo plantada: ¿cuándo marcan lo mismo el velocímetro y la media del viaje? Piénsala — se cobra en el siguiente bloque.

En resumen

El sistema de referencia
  • Reposo y movimiento son relativos: dependen de desde dónde se mida
  • Elegirlo = fijar el origen y el sentido +
  • Se declara SIEMPRE en el esquema
Las tres medidas
  • Posición: dónde estás, desde el origen
  • Desplazamiento: final menos inicio, con signo
  • Espacio: todo lo andado, sin signos
La velocidad
  • Es un vector: el signo lleva el sentido
  • Instantánea: la del velocímetro
  • Media: Δx/Δt del viaje entero (y puede ser 0)
SIMULADOR

¿Verdadero o falso? Con el porqué

Frases sobre reposo, sistemas de referencia, desplazamiento y velocidad. Marcar V o F no basta: hay que elegir el porqué, como en el examen.

Trabaja: las tres paradas del bloque: relatividad del movimiento, las tres medidas y las dos velocidades

¿Verdadero o falso? Con el porqué

Di si cada frase es verdadera o falsa y elige el porqué. Sin el porqué no se puede corregir: en el examen, una respuesta sin razonar no puntúa.

SIMULADOR

Las tres medidas del viaje

Un viaje por tramos generado cada vez, y las tres preguntas de siempre juntas: posición final, desplazamiento y espacio recorrido. Con sus signos.

Trabaja: posición, desplazamiento y espacio recorrido, pedidos juntos como en las hojas de clase

Las tres medidas del viaje

Lee el viaje, haz tu esquema en papel (con su sistema de referencia) y contesta a las tres a la vez. El sentido positivo es siempre hacia la derecha.

En este viaje, ¿espacio = |desplazamiento|?
01

¿Y si va siempre igual de rápido?

El movimiento más simple que existe: una sola ecuación que lo cuenta todo, y el método de 4 pasos que vas a usar en toda la unidad.

Ya sabes describir dónde está algo y cómo de rápido va. Ahora toca el primer movimiento con nombre y apellidos — y es el más simple que existe: el movimiento rectilíneo uniforme, MRU para los amigos.

En este bloque está también la joya de la corona: el método de 4 pasos para resolver cualquier problema de la unidad. Apréndetelo aquí, porque no vamos a cambiarlo nunca.

El movimiento más simple que existe

Mismo espacio en el mismo tiempo

Que la velocidad sea constante quiere decir exactamente esto: «recorro el mismo espacio en el mismo tiempo. Si voy a 3 m/s, cada segundo recorro 3 metros. Y el siguiente, otros 3».

Míralo con marcas: cada segundo, una raya en el suelo. Si las rayas salen igual de separadas, la velocidad no ha cambiado.

Va siempre igual de rápido: cada segundo, la misma distancia.Este no. Tiene nombre propio, y lo verás en el bloque 4.

Un movimiento es rectilíneo uniforme cuando cumple las dos cosas que dice su nombre: la trayectoria es una recta y la velocidad es constante — en módulo, en dirección y en sentido.

Aquí se cobra la pregunta del bloque 0

¿Cuándo marcan lo mismo el velocímetro y la media del viaje? En el MRU. Si la velocidad vale siempre lo mismo, la media de algo que no cambia es ese mismo valor.

Una ecuación que lo cuenta todo

Leerla término a término

Todo el MRU cabe en una línea. ¿Por qué con x? Porque por lo general nos vamos a mover en el eje X:

x(t) = x₀ + v·t

Lo importante no es memorizarla, es saber leerla. Cada término cuenta una cosa:

  • x₀ — de dónde sale. El término independiente es la posición inicial. Y no tiene por qué ser cero: casi nunca se sale del origen.
  • v — cuánto y hacia dónde. El número que multiplica a t es la velocidad, con su signo: positiva se aleja, negativa vuelve.
  • Y lo que NO está también habla. No hay término con t²: la velocidad no cambia. En cuanto veas un t², estarás en otro bloque.

De ecuación para la velocidad no hay: la velocidad es siempre la misma. Esa es la gracia del MRU.

Tócala tú — mueve los tres mandos y mira qué hace cada término:

x(t) = 10 + (+5)·t

-100-50050100

El signo de v: el mismo problema, dos películas

Un mismo esquema se resuelve dos veces cambiando solo el signo de v. Compara:

Un resultado tiene que tener sentido. Si el tiempo te sale negativo, no «le quitas el signo»: has cometido un fallo de razonamiento en algún paso, y hay que ir a buscarlo — en este caso, en el sentido de la velocidad.

Traducir la pregunta: el método de los 4 pasos

Este método vale para todos los problemas de la unidad — MRU, frenadas, caídas, encuentros. Se presenta aquí y no se cambia nunca:

Un caso completo, con los 4 pasos a la vista

¿Sustituir o despejar? La pregunta lo dice

  • Te dan el tiempo («¿dónde está a los 15 s?») → sustituyes t en la ecuación y sale la posición.
  • Te dan la posición («¿cuándo llega a…?») → impones la condición x(t) = ese valor y despejas t.

El error clásico de la tabla: te dan posiciones, y en vez de dividir entre v para sacar el tiempo, se multiplica. Antes de operar, pregúntate: ¿qué me dan y qué me piden?

Las unidades también son física

Casi la mitad de los fallos de esta unidad son de unidades. Dos conversiones van a salir una y otra vez, así que mejor entenderlas ya:

Y el último gesto de todo problema: mirar el resultado y preguntarse si tiene sentido. A 50 km/h, en unas 10 horas salen unos 500 km — si te han salido 5 millones, algo se ha mezclado por el camino.

En resumen

El MRU
  • Trayectoria recta + velocidad constante
  • Mismo espacio en el mismo tiempo
  • Media e instantánea coinciden
Su ecuación
  • x(t) = x₀ + v·t
  • x₀: de dónde sale (casi nunca 0)
  • v con su signo: el sentido
  • Sin t²: nada acelera
El método
  • Leer → esquema con SR → ecuaciones → condición
  • Te dan t: sustituye · te dan x: despeja
  • km/h → m/s: entre 3,6
  • El resultado tiene que tener sentido
SIMULADOR

Resuelve el MRU, en dos pasos

Cada caso pide primero la condición —¿qué haces con la ecuación?— y después el número. Acertar la cuenta con la condición mal es media respuesta.

Trabaja: la ecuación x(t) = x₀ + v·t, el signo de v, la condición de llegada y las conversiones

Resuelve el MRU, en dos pasos

En cada caso, elige primero qué haces con la ecuación (esa es la parte que más puntúa) y calcula después el número. Sentido positivo: el del movimiento inicial.

SIMULADOR

Un trayecto por etapas

El problema largo: un viaje real por tramos con seis apartados encadenados. Si un apartado usa un resultado anterior, se corrige con tu valor — el error se arrastra una sola vez.

Trabaja: todo el bloque: velocidades, conversiones, distancia total, desplazamiento y espacio

Un trayecto por etapas

Un problema de los largos, por apartados. Haz tu esquema con el sistema de referencia y ve etapa a etapa: si un apartado usa un resultado anterior, se corrige con tu valor— el error se arrastra una sola vez, como en la corrección del examen.

02

¿Cómo se cuenta un movimiento sin palabras?

Una gráfica cuenta un viaje entero de un vistazo — si sabes leerla. Y la trampa número uno: la gráfica no es una foto del camino.

Hasta ahora los movimientos se contaban con frases y con ecuaciones. Hay una tercera forma, y es la favorita de los exámenes: la gráfica. Un viaje entero, con sus prisas y sus paradas, cabe en un solo dibujo.

Antes de empezar, una pregunta que parece fácil: si en una gráfica ves una recta horizontal, ¿el móvil está parado? Guárdala — se responde al final del bloque, y la respuesta cae en exámenes.

La x-t: el viaje entero de un vistazo

Qué hay en cada eje

La gráfica estrella de la unidad es la x-t: en el eje horizontal va el tiempo en segundos, y en el vertical la posición en metros. Los dos ejes llevan siempre su magnitud y su unidad — una gráfica con los ejes sin rotular no dice nada.

Y el primer aviso es el más importante de todos: la gráfica no es una foto del camino. Compara las dos imágenes:

La calle, vista de verdad (llana)0 mt = 0 s10 mt = 2 s20 mt = 4 s30 mt = 6 s
El mismo viaje, en la gráfica x-t0123456051015202530x (m)t (s)
La calle es llana y la gráfica sube. No hay contradicción: el eje vertical no es altura, es posición — subir significa alejarse.

Las tres lecturas

Con los ejes claros, cualquier x-t del MRU se lee con tres reglas:

  • Sube. La posición crece con el tiempo: el móvil se aleja del origen.
  • Horizontal. El tiempo pasa y la posición no cambia: está parado. Parado — no «va lento», no «va constante».
  • Baja. La posición disminuye: vuelve hacia el origen. Su velocidad es negativa.

Pruébalas sobre una gráfica de verdad — pulsa cada tramo y léelo:

01234567805101520x (m)t (s)ABCD

Pulsa un tramo de la gráfica (o su botón) y léelo con calma.

La pendiente es la velocidad — y se calcula, no se mira

Cuanto más inclinada la recta, más rápido va el móvil. Pero «a ojo» no vale: la pendiente se calcula con dos puntos: «la variación de mi eje Y entre la variación de mi eje X».

Más pendiente en la x-t no es acelerar: es ir más rápido, a velocidad constante. La aceleración se vería como curvatura, no como inclinación — y en este bloque todas las rectas son rectas.

De la recta a la ecuación (y al revés)

La gráfica y la ecuación dicen lo mismo

Una recta en la x-t y la ecuación x(t) = x₀ + v·t son la misma información escrita en dos idiomas. El diccionario tiene dos entradas:

  • El corte con el eje vertical es x₀. «El punto donde corta con el eje, que va a ser el tiempo 0, me dice la posición desde la que sale ese cuerpo.»
  • La pendiente es v. La que acabas de aprender a calcular con dos puntos — con su signo.

El tramo que no empieza en t = 0

Aquí está el apartado que separa notas en los exámenes de este bloque. Si un tramo empieza a mitad de viaje, su ecuación tiene que descontar el tiempo ya gastado.

La ecuación de un tramo sin descontar el tiempo es el error más repetido de todo el bloque. El antídoto es gratis: comprueba tu ecuación en un vértice antes de seguir.

Espacio, desplazamiento y media: la gráfica también los da

Las tres medidas del bloque 0 se leen directamente de la x-t:

  • Espacio recorrido. Se suma tramo a tramo, sin signos. Las bajadas también suman camino.
  • Desplazamiento. Posición final menos inicial, con signo. Si vuelve al punto de salida, es cero — aunque haya andado todo el día.
  • Velocidad media. Δx entre Δt del viaje entero. Nunca «la media de las velocidades de los tramos».
La v-t: la otra película del mismo viaje

En el MRU, la v-t es siempre horizontal

La segunda gráfica pone la velocidad en el eje vertical. Y como en el MRU la velocidad no cambia, su v-t es siempre una recta horizontal:

  • La altura es v. Un MRU a 3 m/s es una horizontal a la altura 3, desde el primer segundo hasta el último.
  • El signo la coloca. Si el móvil vuelve (v = −3 m/s), la recta va por debajo del eje. Dibujarla por encima es un error clásico de examen.
12345678-6-4-20246v (m/s)t (s)
Se aleja a 3 m/s: horizontal por encima del eje.
12345678-6-4-20246v (m/s)t (s)
Vuelve a 3 m/s: la MISMA rapidez, por debajo del eje.

El área bajo la v-t: un regalo que usaremos mucho

La v-t esconde un truco. Multiplica la altura (v) por la base (t) y sale v·t — que en el MRU es justo el espacio recorrido. El área del rectángulo bajo la recta ES el camino andado:

área = 3 · 6 = 18 m012345678012345v (m/s)t (s)
A 3 m/s durante 6 s: el área del rectángulo son los 18 m recorridos.

Ahora el rectángulo parece poca cosa. En el bloque 4, cuando la velocidad cambie, esta idea será la forma más rápida de calcular frenadas — guárdala.

La misma película, las dos gráficas a la vez

Junta todo. Elige un escenario, dale a reproducir y mira las dos gráficas dibujarse a la vez. Fíjate sobre todo en «Parado» y «Se aleja»: en los dos hay una horizontal… y no significan lo mismo.

x = 0+
t = 0,0 sx = — mv = — m/s
x-t
0123456780510152025303540x (m)t (s)
v-t
12345678-10-50510v (m/s)t (s)

Y aquí se cobra la pregunta de la entrada del bloque: una recta horizontal no basta para decir «parado». Primero los ejes; después, la lectura.

En resumen

Leer la x-t
  • Sube: se aleja · baja: vuelve (v < 0)
  • Horizontal: parado (no «va lento»)
  • Pendiente = v, con dos puntos
  • No es una foto del camino
La ecuación del tramo
  • Corte con el eje: x₀ · pendiente: v
  • Empieza en t₁: x(t) = x₁ + v·(t − t₁)
  • Comprueba en un vértice
  • Espacio: suma por tramos · desplaz.: final − inicial
La v-t del MRU
  • Siempre horizontal, a la altura de v
  • v negativa: por debajo del eje
  • Área = v·t = espacio recorrido
  • Antes de leer nada: mira los EJES
SIMULADOR

¿Qué gráfica lo cuenta?

Una historia corta y cuatro gráficas: elige la que la cuenta de verdad — y caza la que es físicamente imposible, razonando por qué.

Trabaja: las tres lecturas de la x-t y por qué una gráfica no puede tener dos posiciones a la vez

¿Qué gráfica lo cuenta?

Lee la historia, mira las cuatro gráficas y contesta las dos preguntas. La imposible no es «rara»: es que ninguna física puede producirla.

¿Cuál cuenta la historia?
¿Cuál es imposible?
¿Por qué es imposible?
SIMULADOR

La gráfica, al detalle

El formato del examen: una x-t por tramos y su tabla completa — tipo, velocidad y ecuación de cada tramo, espacio y desplazamiento. Con trampa ocasional.

Trabaja: pendiente con dos puntos, la ecuación con el tiempo descontado y las tres medidas del viaje

La gráfica, al detalle

La pregunta de examen de este bloque, completa: lee la gráfica, rellena la tabla y calcula los totales. Las velocidades van con su signo.

La ecuación del último tramo (con t contado desde el principio del movimiento):x(t) = + · (t −)
SIMULADOR

Dibuja tú la gráfica

El camino inverso, el que piden los exámenes en papel: te contamos el viaje y tú construyes la x-t colocando los vértices sobre la rejilla.

Trabaja: del movimiento a la gráfica: posiciones, tiempos y pendientes con su signo

Dibuja tú la gráfica

Lee el viaje y dibuja su x-t: pulsa sobre la rejilla para colocar cada vértice, en orden y de izquierda a derecha. El primero es la salida.

03

¿Dónde y cuándo se encuentran?

Dos móviles, dos ecuaciones y una condición: sus posiciones son la misma. El tipo de problema que más cae en el examen.

Hasta aquí siempre había un móvil. A partir de ahora hay dos, y eso cambia el tipo de pregunta: ya no es dónde estará uno, sino dónde y cuándo coincidirán los dos.

Es el salto más grande de la unidad. Hasta ahora bastaba con seguir a un móvil; ahora hay que seguir a dos a la vez, sin perder de vista que comparten recta y reloj.

Y una pregunta para ir pensando: si dos amigos salen a la vez desde sus casas y van uno hacia el otro, ¿se encuentran a mitad de camino? Guárdala, que se contesta en la segunda parada.

Dos móviles, una sola recta

Dos ecuaciones, un solo origen y un solo reloj

Con dos móviles no hay nada nuevo que aprender: cada uno lleva su MRU y su ecuación. Lo único que hay que hacer es escribir las dos a la vez, como un bloque.

Lo que sí es nuevo, y es la idea de todo el bloque, cabe en una línea:

Las dos ecuaciones tienen que estar medidas desde el mismo origen y con el mismo reloj. Si cada una cuenta desde un sitio distinto, no se pueden comparar — y todo lo que venga después dará igual.

Por eso el esquema del paso 2 es uno solo, con los dos móviles dentro. Eliges dónde pones el cero y hacia dónde es positivo, y esa elección vale para los dos.

Primero clasifica: ¿de frente o persiguiéndose?

Antes de escribir nada conviene mirar el dibujo y decidir qué está pasando. Solo hay dos posibilidades:

  • Encuentro de frente. Van uno hacia el otro. Se acercan desde los dos lados, y por narices acaban coincidiendo. Uno de los dos va en contra del sentido positivo, así que su velocidad es negativa:
    +−ABvA > 0vB < 0
  • Persecución (o alcance). Van los dos hacia el mismo lado, y el de detrás tiene que ir más rápido para llegar a ponerse a su altura. Aquí las dos velocidades tienen el mismo signo:
    +−ABvA > 0vB > 0

Ojo con una trampa fácil: eso se decide por los sentidos, no por las palabras del enunciado. Que diga «se encuentran» no significa que vengan de frente.

Y aquí es donde muerde el signo. En un encuentro de frente uno de los dos va en sentido contrario al positivo, así que su velocidad es negativa. En una persecución, las dos son positivas.

Poner las dos velocidades positivas en un encuentro de frente es el segundo error más repetido del bloque. No avisa con un mensaje de error: te sale un tiempo raro, o negativo, y ese resultado sin sentido es la señal de que hay un fallo de razonamiento que ir a buscar.

Y otra que conviene dejar clara desde ya: encontrarse no es ir igual de rápido. La condición iguala posiciones, nunca velocidades. En este bloque ni siquiera se puede confundir —dos velocidades constantes distintas no se igualan nunca—, pero en cuanto aparezca la aceleración habrá un instante en que uno alcance la velocidad del otro, y no será el instante en que lo alcance.

El mismo par, los dos casos

Lo bueno es que el esquema apenas cambia de un caso al otro. Mira los mismos dos coches, resueltos de las dos maneras: entre una versión y la otra solo cambia un signo.

Aquí tienes los dos casos en movimiento. Elige uno y dale a reproducir: arriba la carretera y abajo sus dos rectas, dibujándose a la vez.

Van uno hacia el otro: una velocidad es positiva y la otra negativa.

x = 0+
t = 0,0 sxA = — mxB = — m
0246810020406080100120140160180200x (m)t (s)

■ móvil A■ móvil B● se encuentran

La condición: estar en el mismo sitio a la vez

Qué sé yo de dos cuerpos cuando se encuentran

El paso 4 del método pedía traducir la pregunta a una condición. Con un móvil era «se detiene, luego su velocidad es cero». Con dos, es esto:

«¿Qué sé yo de dos cuerpos cuando se encuentran? Pues que sí o sí, cuando se encuentren, va a haber algo que es igual: su posición respecto al origen.»

Fíjate en lo de respecto al origen, que no sobra. No es que hayan recorrido lo mismo — casi nunca recorren lo mismo. Es que están en el mismo punto.

Y ahora el movimiento que hay que hacer siempre: primero se dice con palabras, y luego se escribe en lenguaje matemático.

La condición

xfA = xfB

Cuando se encuentran, sus posiciones son la misma.

Eso convierte dos ecuaciones en una sola con una incógnita, y el resto es despejar.

Y después, las dos preguntas

Al resolver la condición sale el cuándo. El dónde se saca metiendo ese tiempo en una de las dos ecuaciones de posición.

¿En cuál de las dos? «Pues cualquiera, porque van a ser la misma.» Y de ahí sale gratis la comprobación: sustituye en la otra, y si no te da lo mismo, hay algo mal.

Las dos preguntas se contestan diciendo desde dónde y desde cuándo: la posición se mide desde el origen que tú elegiste, y el tiempo se cuenta desde que arranca el primero. Un número suelto, sin decir de quién es, no vale.

¿A mitad de camino? Casi nunca

Aquí se cobra la pregunta del principio. Nuria y Bruno salieron a la vez y se encontraron a 80 m de ella, no a 100. El punto medio no tiene nada que ver.

La razón es fácil de ver: han estado el mismo rato andando, así que el que va más rápido ha recorrido más trozo. El camino se reparte en proporción a las velocidades, y solo caen en el punto medio si los dos van exactamente igual de rápido.

punto medio80 m120 mse encuentransale Asale Bseparación: 200 m

80 m + 120 m = 200 m — los dos trozos suman justo la separación que había al principio.

Ese dibujo es además la segunda comprobación que sale gratis. De frente, los dos trozos suman la separación inicial. En una persecución, se diferencian en la ventaja que había que recuperar.

Dos atajos, y para qué sirven de verdad

Cuando salen a la vez hay dos formas rápidas de llegar al mismo número. Las cuento porque están bien, pero con una condición:

  • La velocidad relativa. En la persecución de antes, la barredora le recorta 8 m cada segundo y tiene que recuperar 80: 80 ÷ 8 = 10 s. En el encuentro de frente se suman, porque se acercan por los dos lados.
  • La proporción del reparto. Nuria y Bruno van a 10 y 15, así que el camino se parte en esa misma proporción: 80 m y 120 m de los 200.

Los dos son comprobaciones, no métodos: sirven para ver si el resultado tiene sentido, no para llegar a él. Y hay otra razón para no fiarse de ellos — el segundo deja de funcionar en cuanto uno de los dos sale más tarde, que es lo que viene en la última parada.

Y en la gráfica, el cruce de las dos rectas

El punto donde se tocan es la respuesta

Todo lo del bloque anterior sirve aquí, y encima sale más barato. Si dibujas las dos rectas en la misma x-t, el encuentro es el punto donde se cortan.

Y no da una respuesta, sino las dos. Baja desde ese punto al eje horizontal y tienes el cuándo; llévalo al eje vertical y tienes el dónde.

Por eso muchos enunciados piden las dos vías: resolverlo con ecuaciones y representarlo. Son la misma respuesta contada en dos idiomas.

Las tres formas que puede tener

Solo hay tres dibujos posibles, y se distinguen de un vistazo:

De frente0246810020406080100120140160180200x (m)t (s)AB
Una sube y otra baja. Se cortan siempre: es imposible que no se encuentren.
Persecución04812020406080100120140160180x (m)t (s)AB
Las dos suben. Se cortan porque la de detrás está más inclinada: va más rápido.
No se encuentran048121620020406080100120140160180200220240260280x (m)t (s)AB
Las dos suben, pero la de delante está más inclinada. Nunca se cortan.

El tercero merece un momento. Que dos rectas no se corten también es una respuesta, y hay que atreverse a darla: si los dos van en el mismo sentido y el de delante es más rápido, la distancia entre ellos no deja de crecer.

Cuidado con contestarlo mirando solo el dibujo. Que las rectas no se toquen dentro del recuadro no demuestra nada: podrían cortarse un poco más allá. Lo que lo demuestra es la pendiente, o el tiempo negativo que sale al imponer la condición.

Antes de leer un cruce, mira los ejes. Y antes de decir quién va más rápido, mira lo inclinada que está cada recta — no cuál está más arriba. Ir por delante y ir más rápido son cosas distintas.

Cuando no salen a la vez

Uno no sale tarde: está parado

Llega el caso que más se atraganta, y es el mismo problema de siempre con un detalle: «hay uno que está parado durante un cierto tiempo antes de empezar a moverse».

Merece la pena contarlo así, «está parado», y no «sale tarde». Porque el reloj es uno solo para los dos y empieza a contar cuando arranca el primero.

Hugo — sale con el reloj0,0s en movimientoen marcha
Sara — espera 10 s0,0s en movimientoparada
t = 0,0 s
Δt030 s

tS = tH − Δt0,0 = 0,0 − 10

El reloj es uno solo y arranca con Hugo. Sara está parada los primeros 10 s, así que a partir de ahí siempre lleva 10 s menos de movimiento.

Mueve el mando y mira los dos números. A partir del arranque del segundo, la diferencia entre los dos relojes es siempre la misma: los segundos que estuvo esperando.

Cómo se llega ahí, sin aprendérselo

Ese (t − Δt) no hay que memorizarlo. Sale solo si escribes las ecuaciones con cuidado y te chocas con el problema, que es como se hace en clase.

El truco está en no dar por hecho que los dos llevan el mismo tiempo. Se les pone un subíndice a cada uno y se ve qué pasa.

Cuidado al desarrollar el paréntesis: 10·(t − 10) es 10·t menos 100. Ese signo es el fallo más frecuente en la cuenta, y tira el problema entero.

Y un matiz de la respuesta que vale medio ejercicio. Puedes sustituir en cualquiera de las dos ecuaciones, «pero teniendo en cuenta que tendré que poner la ecuación de posición con el tiempo de Hugo. Este tiempo de Sara no podré utilizarle, o le debería de calcular antes».

Lo mismo pasa al dar el resultado: 25 s y 15 s son los dos verdaderos, pero no son lo mismo. Si dices un número, di de quién es.

La segunda condición: ¿le da tiempo?

Hay un tipo de pregunta que parece igual y no lo es. Uno persigue a otro, y el que huye corre hacia un sitio donde estará a salvo.

La primera cuenta —dónde lo alcanzaría— no contesta esa pregunta. Solo dice dónde se pondrían a la misma altura si nadie se parase por el camino.

0481216020406080100120140160180200220x (m)t (s)la madriguerallegala alcanzaríael zorroel conejo
Tarda en llegar a la madriguera10 s80 m ÷ 8 m/s
Tarda en ser alcanzado15 sdel cruce de las dos ecuaciones

Se salva. Entra en la madriguera a los 10 s, y el zorro no llegaría a su altura hasta los 15 s. Los 180 m del alcance caen más allá de la madriguera: son dónde lo habrían alcanzado si hubiera seguido corriendo.

Fíjate en que la pregunta no se contesta con la primera cuenta: hay que comparar tiempos, no distancias.

Esta se decide comparando tiempos, no distancias: cuánto tarda en llegar a su refugio frente a cuánto tardarían en alcanzarlo. Comparar distancias es el error típico de este ejercicio.

En resumen

El planteamiento
  • Un solo origen y un solo reloj para los dos
  • Las dos ecuaciones, escritas en bloque
  • De frente: una v es negativa
  • Persecución: las dos v son positivas
La condición
  • Se encuentran: x(A) = x(B), medidas desde el mismo origen
  • Despejar da el CUÁNDO
  • Sustituir en una de las dos da el DÓNDE
  • Comprobar con la otra: tiene que salir igual
Los avisos
  • El (t − Δt) va en la ecuación del que sale DESPUÉS
  • Cuidado con el signo al abrir el paréntesis
  • Di siempre desde dónde y de quién
  • ¿Le da tiempo? Se comparan TIEMPOS
SIMULADOR

Resuelve el encuentro

Tres casos por ronda: clasifica, escribe la condición y solo entonces calcula. Con salidas retardadas y algún par que no llega a encontrarse nunca.

Trabaja: la condición x(A) = x(B), el signo de la velocidad y la corrección del tiempo del que sale después

Resuelve el encuentro

Tres casos. En cada uno, clasifica y escribe la condición antes de calcular: ese es el orden del método. Elige tú el sentido positivo, pero luego sé coherente con él.

SIMULADOR

Lee el cruce

Una gráfica de dos móviles y sus cinco cuestiones encadenadas, la última incluida: la que pide decir en qué se nota.

Trabaja: leer x₀ y la pendiente de cada recta, y el punto de corte como respuesta doble

Lee el cruce

Mira la gráfica y contesta en orden: cada pregunta se apoya en la anterior. La última no se conforma con la etiqueta — hay que decir en qué se nota.

SIMULADOR

¿Llega a tiempo?

Primero apuestas, sin calcular nada. Después haces las dos cuentas y ves la carrera entera para comprobar si acertaste.

Trabaja: la segunda condición: comparar el instante del alcance con el de llegada al refugio

¿Llega a tiempo?

t = 0,0 s
Antes de calcular nada: ¿qué crees que va a pasar?

Ahora sí: haz las dos cuentas.

Lo alcanzaría a loss
Llega al refugio a loss

04

¿Qué pasa cuando la velocidad no se queda quieta?

Arrancar, acelerar, frenar y chocar, con sus dos ecuaciones y la condición de siempre. Y las gráficas, donde la recta por fin se curva.

En los tres bloques anteriores la velocidad era un número que no cambiaba. Se escribía una vez y valía para todo el problema.

Eso casi nunca es verdad. Un coche arranca, coge velocidad, la mantiene un rato y frena al llegar. En la mayor parte de ese viaje la velocidad no se queda quieta.

Este bloque va de eso, y en horizontal: arrancar, acelerar, frenar y chocar. El mismo movimiento puesto de pie —caída libre y lanzamientos— tiene su propio bloque, el siguiente.

Y una pregunta para ir pensando: si un coche va a 100 km/h y frena hasta pararse en 6 segundos, ¿cuántos metros recorre mientras frena? Guárdala, que la respuesta que da casi todo el mundo sale exactamente el doble de la buena.

Cuando la velocidad no se queda quieta

Qué cambia respecto al MRU

En el bloque 1 la definición del MRU era «recorro el mismo espacio en el mismo tiempo». Si vas dejando una marca cada segundo, esas marcas salen igual de separadas.

Y ahí quedó dicho que había otro caso, el del móvil cuyas marcas se iban separando. Ese es este bloque. Mira las tres cintas a la vez:

Va siempre igual de rápidoCada segundo va más rápidoCada segundo va más despacio
Marcas igual de separadas: es el MRU del bloque 1.Marcas cada vez más separadas: en cada segundo recorre más.Marcas cada vez más juntas: en cada segundo recorre menos.
Los tres salen a la vez, tardan lo mismo y llegan al mismo sitio. Lo único que cambia es cómo reparten el camino.

Lo que hace falta es una magnitud nueva que diga cuánto cambia la velocidad en cada segundo. Se llama aceleración.

La unidad asusta más de lo que debería. Un coche con una aceleración de 3 m/s² es simplemente un coche que gana 3 m/s cada segundo: si iba a 10 m/s, un segundo después va a 13, y al siguiente a 16.

Léelo así siempre, en voz alta: «3 metros por segundo, cada segundo». Los m/s² no son una unidad rara: son metros por segundo (velocidad) repartidos entre segundos (tiempo).

Y como el bloque se llama MRUA, conviene deshacer las siglas: Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado. Lo de «uniformemente» es la clave: lo que se mantiene constante es la aceleración, no la velocidad.

Las dos ecuaciones, y siempre las dos

Con la velocidad cambiando ya no basta una ecuación. Hacen falta dos, y se escriben juntas, como un bloque:

x = x0 + v0·t + ½·a·t²

v = v0 + a·t

Qué es cada cosa
  • xposición en el instante tm
  • x0posición inicialm
  • vvelocidad en el instante tm/s
  • v0velocidad inicialm/s
  • aaceleración (constante, con signo)m/s²
  • ttiempo transcurridos

Las unidades no son opcionales: como la aceleración va en m/s², todo lo demás tiene que ir en metros y segundos. Si el enunciado da km/h, lo primero es convertirlo.

La segunda no da miedo: es la de siempre, con la velocidad creciendo a un ritmo fijo. La primera es la del MRU con un término más pegado detrás.

Cuidado con ese cuadrado, que se olvida mucho. Y con el ½ que lleva delante: es el error más repetido de todo el bloque. Sin él, la distancia sale justo el doble.

Se escriben las dos aunque solo vayas a usar una. Es lo que se corrige, y tiene su motivo: hasta que no tienes las dos delante no sabes cuál de ellas contesta la pregunta.

Qué dice el signo de la aceleración

La aceleración lleva signo, y ese signo es información física, no un adorno. Pero no dice lo que mucha gente cree.

La regla práctica, entonces, es de comparación y no de dirección:

  • A favor de la velocidad (los dos con el mismo signo): el cuerpo gana velocidad. Acelera.
  • En contra de la velocidad (signos opuestos): el cuerpo pierde velocidad. Frena.

Cámbiale el sentido a la flecha roja y mira la tabla de abajo: es lo único que cambia entre acelerar y frenar.

+−v = +20 m/sa =+4 m/s²
Con la aceleración a favor, cada segundo GANA 4 m/s
t (s)0123
v (m/s)20242832
El coche avanza hacia la derecha. La aceleración apunta también a la derecha, así que le va sumando velocidad.

Un detalle de notación que se ve en muchos libros: al MRUA que frena algunos lo llaman MRUR, de «retardado». Aquí no se usa: es el mismo movimiento con la aceleración en contra, y darle otro nombre hace pensar que son dos cosas distintas.

Y guárdate esta frase, que en el bloque siguiente deja de valer: aquí, con el eje puesto a favor del movimiento, aceleración negativa es siempre frenar. Cuando el movimiento sea vertical, la misma aceleración frenará al subir y acelerará al bajar.

Frenar: la condición es v = 0

El paso 4 del método pedía traducir la pregunta a una condición. Con dos móviles era «sus posiciones son la misma». Aquí es todavía más sencillo:

«¿Qué es imponer una condición? Pues saber qué sé yo de eso. Por ejemplo, qué sé yo de la velocidad cuando el cuerpo se detiene: pues que la velocidad en ese instante es cero.»

La condición

vf = 0 m/s

Detenerse significa que la velocidad se anula.

Fíjate en qué ecuación resuelve eso: la de la velocidad, que es la que tiene una v y una t. De ahí sale el tiempo, y con el tiempo se va a la otra a por la distancia.

Cuando no te dan ni el tiempo ni la aceleración

A veces el enunciado da la velocidad de partida y los metros que tarda en pararse, y nada más. Entonces hay que chocarse con el problema antes de resolverlo.

«Yo ya veo que de esta ecuación no voy a poder sacar mucho, porque tengo dos incógnitas. Así que necesito otra ecuación… Mira lo que nos ha quedado aquí: un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas. Siempre en cinemática vamos a resolver por el método de sustitución.»

Y hay una elección que decide si el sistema es fácil o es una pelea:

«Si despejo el tiempo de aquí lo tengo difícil, porque lo tengo dos veces y al cuadrado… Pues si despejo la aceleración, solo la tengo que introducir una vez.» Elegir qué despejar no es una manía: es la mitad del trabajo.

Arrancar desde el reposo, y el error del doble

Cuando un móvil parte del reposo, v0 = 0 y las dos ecuaciones se quedan en nada: x = ½·a·t² y v = a·t. Es el caso más cómodo del bloque.

Y es donde se ve mejor el error más repetido de la unidad. Aquí está la respuesta a la pregunta de la entradilla:

Al frenar hasta pararse, la distancia no es la velocidad por el tiempo: eso sale exactamente el doble. Como la velocidad baja de forma uniforme, de media vas a la mitad.

No es una casualidad de unos números concretos: pasa siempre. Pulsa el botón y compara el triángulo con el rectángulo.

54 m0123456780510152025v (m/s)t (s)
Lo que recorre de verdad54 m
Un coche a 64,8 km/h frena a razón de 3 m/s cada segundo: tarda 6 s en pararse y el área bajo la recta —el triángulo— es el espacio que recorre.

Eso da además una comprobación rápida que vale para cualquier MRUA: la velocidad media es la media de la inicial y la final, y multiplicada por el tiempo tiene que dar el espacio. Si no cuadra, hay un fallo de razonamiento que ir a buscar.

¿Choca? Es una frenada con una pregunta más

Cuando hay algo delante, la pregunta cambia de forma pero no de método. Se sigue calculando la frenada; lo único que se añade es una comparación.

Y esa comparación se escribe antes de hacer las cuentas, tal cual: «no chocará si recorre menos de 30 m en el tiempo que tarda en frenar».

Se comparan distancias, no tiempos: lo que necesita para pararse frente a lo que tiene por delante. Comparar tiempos es el error típico de este ejercicio, y no contesta a la pregunta.

Aquí tienes los tres casos juntos, que es como conviene verlos: el mismo método da respuestas distintas según los números.

Va a 72 km/h y frena a razón de 5 m/s cada segundo. El camión está a 30 m.

camiónempieza a frenar
t = 0 s · v = 20 m/s

Antes de mirar: ¿se para antes de llegar? Calcula el tiempo de frenada y los metros que necesita, y comprueba después.

La comparación se escribe antes de hacer las cuentas: no chocará si lo que necesita para pararse cabe en lo que tiene por delante.

Y hay un detalle que se cae de las manos si no se piensa: cuando el coche sí choca y preguntas cuándo, sale una ecuación de segundo grado con dos soluciones.

Un resultado sin sentido —un tiempo negativo, o uno posterior a que el móvil se pare— no se tacha sin más: dice que hay un fallo de razonamiento que hay que ir a buscar, o una solución que hay que descartar explicando por qué.

Cuando hay otro móvil por medio

Persecuciones y encuentros ya se vieron en el bloque 3, y no cambia nada: un solo origen, un solo reloj y la condición de siempre, xA = xB.

Lo único nuevo es que la ecuación de uno de los dos lleva ahora un t², así que al igualar sale una ecuación de segundo grado.

Y aquí hay que cobrar una deuda del bloque 3. Allí quedó dicho que encontrarse no es ir igual de rápido, y que con dos MRU ni siquiera se podía confundir. Ahora sí se puede.

Cuando uno acelera, hay un instante en que los dos llevan la misma velocidad — y no es el instante en que lo alcanza. En ese momento el que acelera todavía va por detrás: le queda por recuperar el terreno que perdió mientras iba más despacio.

Se ve de un vistazo con las dos gráficas a la vez. Mueve el tiempo y fíjate en los dos puntos marcados:

semáforo
t = 0 s
coche: 0 m · 15 m/smoto: 0 m · 0 m/s
Posición · tiempo0481216020406080100120140160180200220240260280300320340x (m)t (s)lo alcanza · 15 scochemoto
Velocidad · tiempo0481216010203040v (m/s)t (s)igual de rápidos · 7,5 scochemoto
A los 7,5 s los dos van igual de rápido, y en ese momento la moto sigue por detrás. Lo alcanza a los 15 s, justo el doble de tiempo, y a 225 m del semáforo.
Las gráficas del MRUA

Las reglas del bloque 2 siguen valiendo enteras. Lo único que hace la aceleración es cambiar la forma de las líneas.

La v-t ya no es horizontal

En el MRU la velocidad no cambiaba, así que su gráfica era una recta horizontal. Con aceleración constante la velocidad sube (o baja) a ritmo fijo: sale una recta inclinada.

Y la pendiente de esa recta ya no es la velocidad — es la aceleración. Se calcula igual que siempre, con dos puntos:

a = v2 − v1t2 − t1

Los dos puntos del tramo
  • v1velocidad al empezar el tramom/s
  • v2velocidad al acabarlom/s
  • t1instante en que empiezas
  • t2instante en que acabas

Se leen los DOS extremos del tramo y se restan. La aceleración sale en m/s² solo si las velocidades van en m/s y los tiempos en segundos: si la gráfica está en km/h, hay que convertirla antes.

Con eso, leer una v-t por tramos es directo: «me da una aceleración negativa ya que la pendiente es negativa, es decir, es decreciente. Está frenando».

  • Recta que sube. Aceleración positiva: gana velocidad.
  • Recta que baja. Aceleración negativa: frena.
  • Recta horizontal. Aceleración cero, o sea MRU. Ojo, que es la trampa más repetida: horizontal en una v-t no es estar parado, es ir siempre igual de rápido.

Antes de interpretar cualquier gráfica, mira qué magnitud hay en el eje vertical. La misma línea horizontal significa «parado» en una x-t y «velocidad constante» en una v-t.

El área bajo la v-t

En el bloque 2 el área bajo una v-t era un rectángulo, porque la velocidad no cambiaba, y valía v·t: el espacio recorrido.

Con la velocidad cambiando el recinto deja de ser un rectángulo, pero sigue siendo el espacio recorrido. Solo hay que saber calcular el área de una figura un poco menos cómoda.

Y son tres figuras que en realidad son una: la fórmula del trapecio las cubre todas. Pulsa cada tramo y mira cómo se van sumando los metros.

24 m60 m27 m04812051015v (m/s)t (s)

Espacio recorrido: 0 mPulsa cada tramo para ir sumando

La misma fórmula del trapecio vale para los tres: con las dos velocidades iguales sale el rectángulo, y con una de ellas a cero, el triángulo.
  • Rectángulo. Tramo horizontal: la velocidad es la misma todo el rato. Área = v · Δt.
  • Triángulo. Un extremo vale cero: arranca del reposo o se para. Área = ½ · Δt · v.
  • Trapecio. El caso general, con dos velocidades distintas y ninguna cero. Área = (v1 + v2) / 2 · Δt.

Fíjate en que la fórmula del trapecio es la de siempre disfrazada: (v1 + v2) / 2 es la velocidad media, y multiplicada por el tiempo da el espacio. Es la misma comprobación de la parada anterior, dibujada.

La x-t se curva

La gráfica de posición cambia de forma, y merece la pena oír por qué: «al principio iré a 3 metros por segundo y en un segundo recorreré 3 metros, pero si la velocidad aumenta, en el siguiente ya recorreré más… y al final lo que me queda es una curva».

Esa curva tiene nombre —es una parábola—, y es la firma visual del MRUA. Cambia de caso y compara las dos gráficas:

Posición · tiempo0123456789100153045607590x (m)t (s)
Velocidad · tiempo01234567891005101520v (m/s)t (s)
Velocidad constante: la x-t es una RECTA y la v-t es horizontal. Ni una curva por ningún lado.

Los tres salen del mismo punto, recorren 80 m y tardan 10 s. Cambia el reparto, no el viaje.

Aquí se cobra el aviso del bloque 2: más pendiente no es acelerar. En una x-t, más pendiente es ir más rápido, sin más. La aceleración no se ve como inclinación: se ve como curvatura.

Con eso, distinguir un MRU de un MRUA en una x-t es mirar si la línea es recta o no. Una recta, por muy empinada que esté, es velocidad constante.

Cómo se dibujan, en la práctica

Para dibujar cualquiera de las dos el método es el mismo, y empieza siempre igual: «para representar una gráfica lo primero es realizar una tabla de valores».

Lo que no da igual es qué tiempos eliges. No valen cuatro números al azar:

Se dan valores en t = 0 y en los tiempos que interesan, no en cualquiera: el instante del encuentro, el de la parada, el que pide el enunciado. Una gráfica que se corta justo antes del punto importante no contesta a nada.

«¿Y qué tiempos cogemos? Pues viendo que se encuentran a los 15 segundos, voy a fijar 4 valores que acaben en 15.» La escala se elige desde la respuesta, no antes de tenerla.

Y un consejo práctico para la parábola: con cuatro o cinco puntos bien elegidos se ve perfectamente la curvatura. Lo que no vale es unirlos con una regla, porque entonces has dibujado un MRU.

En resumen

El planteamiento
  • Siempre las DOS ecuaciones, aunque solo uses una
  • x = x₀ + v₀·t + ½·a·t², y ojo al ½ y al cuadrado
  • v = v₀ + a·t
  • a en contra de v = frena · a a favor de v = acelera
Las condiciones
  • Se detiene: v(f) = 0, y sale de la ecuación de la velocidad
  • Llega a un sitio: su posición vale ese número
  • Alcanza a otro: x(A) = x(B), y sale de segundo grado
  • Y las soluciones que sobran se descartan EXPLICANDO por qué
Los avisos
  • La distancia NO es v₀·t: eso sale el doble
  • Comprueba con la velocidad media: la media de las dos
  • Horizontal en una v-t es velocidad constante, no parado
  • Igual de rápidos ≠ alcanzarlo, y pasa antes
SIMULADOR

Resuelve la frenada

Tres frenadas por ronda, con las tres formas de dar los datos: la aceleración, el tiempo de parada, o ninguna de las dos. Primero la condición, después los números.

Trabaja: la condición v = 0, el signo de la aceleración y la comprobación por velocidad media

Resuelve la frenada

Tres frenadas. En cada una, escribe primero la condición y solo después haz las cuentas: ese es el orden del método, y es lo que se corrige.

SIMULADOR

¿Choca o no choca?

Apuestas antes de calcular nada. Después haces las dos cuentas, compruebas si acertaste y ves la frenada entera.

Trabaja: comparar la distancia de frenado con la distancia disponible, y no los tiempos

¿Choca o no choca?

Antes de calcular nada, apuesta. Después haces las dos cuentas y compruebas si acertaste — y por cuánto.

¿Se para antes de llegar?
SIMULADOR

Lee la gráfica v-t

Una gráfica por tramos y su tabla: qué movimiento es cada uno, cuánto vale la aceleración y qué espacio recorre. Con la trampa del tramo horizontal.

Trabaja: la pendiente como aceleración y el área como espacio, en sus tres formas

Lee la gráfica v-t

Mira bien qué magnitud hay en el eje vertical antes de interpretar nada. Luego rellena una fila por tramo: qué movimiento es, cuánto vale la aceleración y qué espacio recorre.

TramoIntervalo¿Qué movimiento es?a (m/s²)Espacio (m)
Espacio total recorrido
SIMULADOR

El alcance

Uno va a velocidad constante y otro arranca del reposo. Dos preguntas que parecen la misma y no lo son: cuándo van igual de rápido y cuándo lo alcanza.

Trabaja: la condición x(A) = x(B) con un t², y el significado de la solución t = 0

El alcance

Dos casos. En los dos, el que arranca acaba alcanzando al que va a velocidad constante — pero antes de alcanzarlo pasa por un instante en que los dos van igual de rápido, y no es el mismo momento.

05

¿Con qué velocidad llega al suelo?

El mismo MRUA, puesto de pie: la gravedad manda, el signo cuenta el sentido y el problema no se acaba en el punto más alto.

El bloque anterior acabó con un aviso: la regla de «aceleración negativa = frenar» iba a dejar de valer. Este es el bloque donde deja de valer.

Es el mismo MRUA, puesto de pie: cosas que se sueltan, se lanzan y caen. Y trae una comodidad enorme: la aceleración ya no te la dice el enunciado — la pone la Tierra, y es la misma para todo.

g = −9,8 m/s² para todos
La Tierra tira de todos los cuerpos hacia su centro con la misma aceleración, pesen lo que pesen. «Abajo» significa eso: hacia el centro.

Y una pregunta para ir pensando: lanzas una pelota hacia arriba desde una terraza y al final acaba en la calle. Justo cuando toca el suelo, ¿su velocidad vale cero? Guárdala: se contesta más abajo, y casi todo el mundo la falla.

El movimiento vertical

No es un movimiento nuevo

Nada de ecuaciones nuevas. Son las dos del bloque 4 con una letra cambiada, y el porqué lo cuenta él así: «cuando estemos en el eje x podremos poner que la r es x, pero cuando estemos en el eje y tendremos que poner que la r es y».

En horizontal (bloque 4)

x = x0 + v0·t + ½·a·t²

v = v0 + a·t

la x pasa a ser y · la a ya viene puesta: es g
En vertical (este bloque)

y = y0 + v0·t + ½·g·t²

v = v0 + g·t

¿Y por qué molestarse en distinguirlos? «Porque en el eje y pasa una cosa muy curiosa: todos los cuerpos que tengan movimiento en el eje y van a tener una aceleración, todos la misma, que es la de la gravedad.»

Qué es cada cosa
  • yposición en el instante t (desde el origen)m
  • y0posición inicialm
  • vvelocidad en el instante t, con signom/s
  • v0velocidad inicial, con signom/s
  • gaceleración de la gravedad−9,8 m/s²
  • ttiempo transcurridos

La g ya viene con sus unidades puestas: −9,8 m/s². Eso obliga a metros y segundos en todo lo demás — si el enunciado da km/h, lo primero es convertir.

El convenio de todo el bloque, declarado una vez: el origen en el suelo y el eje y positivo hacia arriba. Con eso, cada signo significa algo.

SRy = 0el suelo+−y
La marca de siempre, puesta de pie: + hacia arriba, − hacia abajo, y el origen declarado. Se elige una vez y no se toca en todo el problema.

g: siempre la misma, y siempre hacia abajo

«Esa es la aceleración que denominamos como g, que es menos 9,8 metros segundo al cuadrado. Y ese menos es importantísimo, porque indica que siempre va hacia abajo.»

El sujeto de esa frase es la aceleración, no el cuerpo. La aceleración apunta hacia el centro de la Tierra siempre; el cuerpo puede ir hacia arriba o hacia abajo, y a g le da exactamente igual.

En el bloque 4, con el eje a favor de la marcha, aceleración negativa era siempre frenar. Aquí eso se acaba: la misma g = −9,8 le quita velocidad al cuerpo que sube y se la da al que baja. El signo de g no cambia nunca; lo que cambia es si va a favor o en contra de la velocidad.

v > 0g < 0saliendov grande, > 0v > 0g < 0subiendov menor, > 0v = 0g < 0arriba del todov = 0un instantev < 0g < 0bajandov < 0cada vez más negativa
Las cuatro flechas rojas miden lo mismo. Al subir, g va en contra de v y le quita velocidad; al bajar va a favor y se la da — por eso la v de bajada es cada vez más negativa. La aceleración no ha cambiado: ha cambiado la velocidad.

Todo cae igual — y qué pinta el aire

Esto no es teoría de pizarra: se ha hecho. En un tubo sin aire, una moneda y una pluma bajan clavadas. Y en 1971 el astronauta David Scott soltó a la vez un martillo y una pluma en la Luna: llegaron juntos al suelo.

Con aire5 m5,0 m5,0 m5,0 mbolaarrugadoextendido
Sin aire · caída libre5 m5,0 m5,0 mbolapluma

Tiempo de caída: 1,01 s — las dos a la vez

t = 0,00 s
Cambia de planeta y suéltalos otra vez: cambia cuánto tardan, pero nunca el empate — en cada planeta, la g es la misma para todos los cuerpos. La escena con aire es un esquema: lo que frena al folio extendido es el aire que tiene que apartar, no su masa.

De la figura sale también la píldora de los planetas: en la Luna todo cae más despacio y en Júpiter mucho más deprisa, pero dentro de cada planeta la g es la misma para todos los cuerpos. Cambia el tiempo de caída; el empate, nunca.

Por cierto: Galileo no necesitó tirar nada desde ninguna torre. Lo que hizo fue dejar rodar bolas por un plano inclinado — la gravedad «diluida» — para poder cronometrarlas. Esa práctica existe y se hace en el laboratorio.

Qué te dice el enunciado

Antes de tocar un número, el enunciado te está dictando la velocidad inicial. Su traducción, tal cual la cuenta:

  • «Se lanza hacia arriba». «Al ser hacia arriba, la velocidad inicial será positiva.»
  • «Se lanza hacia abajo». «Esta velocidad llevaría un menos, porque iría hacia allí.»
  • «Se deja caer» / «se suelta». «Quiere decir que no lo estoy lanzando con una velocidad: la velocidad inicial sería cero.»
v0 > 0hacia arribav0 = 0se deja caerv0 < 0hacia abajo
Tres formas de empezar el mismo movimiento. Lo único que cambia entre los tres problemas es el signo de v0; las ecuaciones y la g son las mismas.

Subir y bajar: un solo movimiento

Aquí está el nudo del bloque. La tentación es partir el problema en dos —una subida y una bajada, cada una con sus cuentas— y de ahí salen los dos errores más repetidos del tema.

«A mí me da igual lo que haga el cuerpo. Que sí, que ha subido. Pero no es que empiece a bajar desde aquí. No. Nuestro movimiento empieza aquí, y el tiempo cero es cuando sale. No pongáis el sistema de referencia arriba: seguid cogiéndolo abajo, que ya tendrán en cuenta las ecuaciones todo lo que suceda.»

Un origen, un reloj y unas ecuaciones que valen de la mano al suelo. Quien «termina» el problema en el punto más alto acaba dando el tiempo de subida como si fuera el del vuelo — o la velocidad de llegada en positivo.

La altura máxima: la condición es v = 0

La condición no hay que memorizarla: se gana pensando. «Este objeto subirá e irá frenándose hasta que llegue a un punto, que es su altura máxima, donde ya no sube más — es decir, se ha parado — y luego ya volverá a bajar.»

La condición

vf = 0 m/s

El punto más alto es donde se para un instante. Ojo: no es que la altura valga cero — una altura es justo lo que estás calculando.

Igual que en la frenada del bloque 4: esa condición entra en la ecuación de la velocidad, de ahí sale el tiempo de subida, y con él la otra ecuación da la altura.

Llegar al suelo: la condición es y = 0

Y aquí se cobra la pregunta de la entradilla. «¿La velocidad al llegar al suelo será cero? No. Pegará aquí un golpe. Eso es que llega con una cierta velocidad. La condición no es que la velocidad sea cero: es que la posición, la y, vale cero.»

La condición

yf = 0 m

Llegar al suelo es estar en el origen: posición cero. La velocidad ahí NO es cero — por eso golpea.

Esa condición entra en la ecuación de la posición, y como lleva un t², sale una ecuación de segundo grado. Dos reglas de oficio: se iguala a cero antes de aplicar la fórmula, y la raíz que sobra se descarta explicando por qué.

La altura, ¿sobre qué?

«¿Qué altura alcanza?» es una pregunta incompleta hasta que dices desde dónde la mides. En este bloque conviven dos letras, y no son la misma cosa:

  • y es la posición: se mide desde el origen, que está en el suelo.
  • h es «altura sobre algo»: una resta, h = y − y0.
el río · y = 0v = 0y0 = 25 mh = 16,53 my = 41,53 m
La misma pelota, tres preguntas distintas: ¿a qué altura llega sobre el río? (y), ¿cuánto sube por encima de la mano? (h = y − y0), ¿desde dónde salió? (y0). Antes de contestar una altura hay que saber desde dónde se mide.

Lo que sube y lo que baja: la simetría, con sus límites

En el ejemplo de la pelota salió la simetría: tarda lo mismo en subir que en bajar, y vuelve con la misma rapidez. Es una comprobación buenísima — pero tiene condiciones, y conviene saberlas.

  • Solo sin aire. Con rozamiento la vuelta es más lenta que la ida.
  • Solo hasta la altura de salida. Si se lanza desde una azotea, pasa de nuevo por la azotea con la misma rapidez (cambiada de signo)… y sigue bajando: al suelo llega más deprisa.

Cuánto ha recorrido de verdad

En el bloque 0 quedó dicho que el espacio recorrido y el desplazamiento no siempre coinciden. Este es el ejemplo perfecto, porque aquí el cuerpo se da la vuelta: lo subido y lo bajado se suman en el espacio, y se cancelan en el desplazamiento.

y+0246810y en metros
Espacio recorrido0,0 msiempre crece
Desplazamiento0,0 mcon su signo
Velocidad+14,0 m/scon su signo
Tiempo0,00 sun solo reloj
Prueba tus números: cambia v0 (negativa = hacia abajo, cero = se deja caer) e y0, lanza, pausa donde quieras… y calcula antes de mirar la solución. Con vuelta, el espacio recorrido siempre gana al desplazamiento.

Si te piden un ejemplo de movimiento con el espacio recorrido distinto del desplazamiento, ya lo tienes: cualquier lanzamiento vertical con vuelta.

Dos cuerpos en el aire

El encuentro del bloque 3, puesto de pie. La condición es la misma de siempre — yA = yB — solo que ahora las dos posiciones son parábolas.

01234560153045607590y (m)t (s)3,36 s · 45,5 mA (30 m/s)B (40 m/s, sale 2 s después)
Dos parábolas y un cruce. En el encuentro, A ya baja (su parábola desciende: vA = −3,0 m/s) y B todavía sube (+26,6 m/s). Encontrarse es estar a la misma altura a la vez — no llevar la misma velocidad.
Las gráficas del movimiento vertical

Reglas nuevas, cero: son las del bloque 2 y el bloque 4, aplicadas al eje y. Lo único que trae el vertical es velocidad negativa — así que la v-t va a vivir también por debajo del eje.

La v-t: una recta que corta el eje

La velocidad baja siempre al mismo ritmo, así que la v-t es una recta de pendiente −9,8, valga lo que valga v0.

Y lo importante es el corte con el eje de tiempos: ahí v = 0, y eso es la altura máxima. Encima del eje el cuerpo sube; debajo, cae. La gráfica cuenta el vuelo entero sin una sola ecuación.

Las tres formas de la v-t

Los tres arranques de la terna dan tres rectas distintas — con la misma pendiente:

Lanzado hacia arriba

1234-20-15-10-5051015v (m/s)t (s)v = 0

arranca en +14 y CRUZA el eje: ese corte es la altura máxima

Se deja caer

1234-25-20-15-10-505v (m/s)t (s)

arranca en 0 y toda la recta va por debajo del eje

Lanzado hacia abajo

1234-25-20-15-10-505v (m/s)t (s)

arranca ya en negativo y no cruza el eje nunca

El área entre la recta y el eje sigue siendo el espacio recorrido, como en el bloque 4: un triángulo (o un trapecio) por encima del eje mientras sube, y otro por debajo mientras baja. Los dos se suman: es el espacio, no el desplazamiento.

Las tres gráficas a la vez

La y-t es una parábola: sube, se dobla y baja. Su vértice cae justo donde la v-t corta el eje. Y la a-t… es una raya plana en −9,8 que no se entera de nada.

t 0,00 sy 0,0 mv +19,6 m/sa −9,8 m/s²
Lanzamiento hacia arriba a 19,6 m/s. A los 2 s la v-t corta el eje (v = 0), la y-t hace su vértice (19,6 m, lo más alto)… y la a-t ni se entera: sigue en −9,8. Arriba del todo la velocidad se anula un instante; la aceleración, nunca.

Arriba del todo, v = 0 pero a = −9,8. Si la aceleración también se anulase, ¿qué obligaría al cuerpo a volver a bajar? Se quedaría flotando. v = 0 es un instante; la aceleración no descansa ni ahí.

En resumen

El planteamiento
  • Las mismas dos ecuaciones, con y: origen en el suelo, eje + hacia arriba
  • g = −9,8 m/s² SIEMPRE, suba o baje el cuerpo
  • Hacia arriba: v₀ > 0 · hacia abajo: v₀ < 0 · se deja caer: v₀ = 0
  • El vuelo entero es UN movimiento: un origen y un reloj
Las condiciones
  • Altura máxima: v(f) = 0 — se para un instante
  • Llega al suelo: y(f) = 0 — y golpea: ahí v NO es cero
  • Dos en el aire: y(A) = y(B), como en los encuentros
  • La raíz que sobra se descarta EXPLICANDO por qué
Los avisos
  • La velocidad de llegada es negativa: está cayendo
  • La altura, ¿desde dónde?: y desde el origen, h = y − y₀
  • La simetría solo vale hasta la altura de salida y sin aire
  • Arriba del todo v = 0, pero a sigue siendo −9,8
SIMULADOR

Resuelve el vertical

Tres lanzamientos por ronda: hacia arriba, desde una altura y soltado o hacia abajo. Primero la condición, después los números — con sus signos.

Trabaja: las condiciones v = 0 e y = 0, el signo de la velocidad de llegada y el vuelo como un solo movimiento

Resuelve el vertical

Tres lanzamientos. En cada uno, elige primero la condición y solo después haz las cuentas. Ojo a los signos: el eje y es positivo hacia arriba y el origen está en el suelo.

SIMULADOR

Los tres lanzamientos

Mismo sitio, misma rapidez: una se suelta, otra hacia abajo y otra hacia arriba. Apuestas antes de calcular — y hay una sorpresa.

Trabaja: el papel del signo de v₀ y la simetría: las dos lanzadas llegan con la misma velocidad

Los tres lanzamientos

Apuesta 1
Apuesta 2
SIMULADOR

El signo y su porqué

Cuatro instantes del mismo vuelo: el signo de la velocidad en cada uno y — lo que de verdad se corrige — qué significa.

Trabaja: si no sabes lo que obtienes, no entiendes lo que estás haciendo

El signo y su porqué

Y la pregunta final: arriba del todo, ¿cuánto vale la aceleración?

El valor
El porqué
SIMULADOR

La altura, ¿desde dónde?

Un solo lanzamiento y tres alturas distintas sobre él. Antes de responder, declara el origen — las tres respuestas dependen de eso.

Trabaja: y desde el origen, h = y − y₀, y el espacio recorrido cuando hay vuelta

La altura, ¿desde dónde?

El origen del SR está declarado abajo del todo (en el suelo), con el eje y positivo hacia arriba.

1) Con ese origen, ¿cómo queda el planteamiento?

El planteamiento

Alturam

3) ¿Cuánto sube por encima de la mano que la lanza?

Alturam

Espaciom
06

¿Cómo se describe un movimiento que da vueltas?

Cuando la trayectoria es una circunferencia conviene medir en ángulos: las magnitudes angulares, sus unidades y el puente con las de siempre.

Hasta aquí, todo iba en línea recta. Pero el mundo está lleno de cosas que giran: ruedas, norias, aspas, planetas. «El movimiento circular uniforme, cuando su trayectoria no es recta, es una curva» — el tercer movimiento de la unidad.

La válvula de la rueda: cada punto del borde recorre una y otra vez la misma circunferencia.
La válvula de la rueda: cada punto del borde recorre una y otra vez la misma circunferencia.1/4
La válvula de la rueda: cada punto del borde recorre una y otra vez la misma circunferencia.

La válvula de la rueda: cada punto del borde recorre una y otra vez la misma circunferencia.1/4

Y una pregunta para ir pensando: un coche toma una rotonda con el velocímetro clavado en 40. Ni sube ni baja: 40 todo el rato. ¿Está acelerando? Guárdala: se contesta en la primera parada, y casi todo el mundo la falla.

¿Qué cambia cuando la trayectoria deja de ser recta?

Dos condiciones — y una seña que viene de serie

Un movimiento es circular uniforme cuando pasan dos cosas a la vez — y las dos traen puesta una tercera seña:

  • La trayectoria es una circunferencia. No un tramo recto, no una curva cualquiera: una circunferencia, con su centro y su radio.
  • El ritmo no cambia. El módulo de la velocidad — lo que marcaría el velocímetro — es constante.
  • Y aun así, es un movimiento acelerado. Sí, aunque el ritmo no cambie. El porqué, ahora mismo.
vvvv
Las tres señas, en un dibujo: la trayectoria es una circunferencia; las cuatro flechas azules miden lo mismo (el módulo de v no cambia); y aun así, en todas partes hay una flecha roja hacia el centro — está acelerando.

Y aquí salta la paradoja con la que él abre el tema: «¿cómo puede ser que cambie la velocidad pero que a la vez sea constante? Pues claro: hay un cambio de velocidad en dirección, pero la velocidad es constante en módulo».

La pregunta de la rotonda

La velocidad es un vector

módulocuánto — el velocímetrodirecciónla recta por la que se muevesentidohacia dónde va

La rotonda: 40… y 40

4040mismo módulo, distinta dirección
Las dos flechas de la rotonda miden lo mismo — el velocímetro diría «40» en las dos. Pero no son la misma velocidad: la dirección ha cambiado. Un vector puede cambiar sin que su módulo se entere.
el centrov₁v₂los dos, cola con colav₁v₂Δv = v₂ − v₁
Los dos vectores miden lo mismo: lo que cambia entre un instante y el siguiente es la dirección. La resta Δv (en rojo) es ese cambio — y cuanto más juntos están los dos instantes, más claramente apunta al centro. Por eso la aceleración del giro se llama normal: perpendicular a la trayectoria, hacia el centro.

La aceleración normal

Esa aceleración tiene nombre y dirección fijas: «esta aceleración lo que hace es ir siempre hacia el centro de la circunferencia». Se llama normal porque — son sus palabras — «normal en matemática significa perpendicular»: perpendicular a la trayectoria, apuntando al centro.

También la oirás llamar centrípeta. Son dos nombres de la misma aceleración; de fuerzas, ni una palabra todavía — eso llega en la unidad de dinámica.

Se calcula así, y de momento sin deducción: «sí que sabemos de dónde sale, pero en este curso no veremos su deducción».

aₙ = v²Ren m/s², como todas las aceleraciones

El esquema del bloque: una circunferencia

En los bloques anteriores, lo primero era dibujar el eje con su origen y sus signos. Aquí el esquema cambia: «en vez de poner los ejes X e Y, yo lo que hago es dibujar una circunferencia».

Rωvan
El esquema del MCU: la circunferencia, el radio rotulado y la flecha curva del giro con su ω. La v del móvil es tangente; la aₙ apunta al centro.

El esquema es parte del método, no un adorno: la circunferencia con su radio, los datos encima y las ecuaciones antes de sustituir. Un problema de giros empieza por este dibujo, igual que uno de rectas empezaba por el eje.

¿Y por qué no seguir con x e y?

Se puede intentar — y él mismo enseña dónde se atasca: «para definir la posición tendré que decir que estoy a esta distancia en X y a esta en Y. Es decir, ya tengo que dar dos valores, que ya se empieza a complicar.»

«Y además, una vez de un giro, llegará un punto que estaré en la misma posición otra vez… entonces, ¿cómo diferencio si me he movido o no?»

Con x e y: dos valores… que se repiten

xy

Con el ángulo φ: un valor que no engaña

el ángulo solo sabe crecer
El mismo giro, contado de dos maneras. Tras una vuelta completa, x e y vuelven a valer exactamente lo mismo — ¿te has movido o no? El ángulo, en cambio, lleva la cuenta: 2π rad más por cada vuelta.

Ese es el problema que resuelven las magnitudes de la siguiente parada: no se inventan por capricho — hacen falta.

Las magnitudes angulares y sus unidades

φ, el ángulo descrito

En vez de preguntar «¿a qué x y a qué y estás?», preguntamos «¿cuánto ángulo llevas girado?». Ese ángulo se llama φ y se mide en radianes.

La equivalencia que hay que tener grabada:

1 vuelta = 2π rad = 360°media vuelta, π rad · un cuarto de vuelta, π/2 rad

tiempo0,0 s

vueltas0,0

ángulo φ0,0 rad

Cada vuelta suma 1 al contador de vueltas y 2π ≈ 6,28 al del ángulo: son dos unidades de lo mismo.

Esta rueda da media vuelta cada segundo: f = 0,5 Hz, T = 2 s, ω = π ≈ 3,14 rad/s. Míralo en los contadores — y fíjate en que el de radianes no lleva π: el número ya está multiplicado.

ω, la velocidad angular

Y la velocidad de girar. Igual que la velocidad de siempre era espacio entre tiempo, la angular es ángulo barrido entre tiempo — de su propia definición salen la ecuación y las unidades:

ω = ΔφΔtradianes entre segundos: ω se mide en rad/s

Con ella, la ecuación del movimiento:

  • En el MRU era x = x₀ + v·t: posición inicial más velocidad por tiempo.
  • En el MCU es φ = φ₀ + ω·t: ángulo inicial más velocidad angular por tiempo.

«¿No os suena esto mucho a la ecuación de la posición de un MRU? Claro. Ahora es un movimiento uniforme, solo que en vez de rectilíneo… es circular.» La misma idea, con ángulos.

φ = φ₀ + ω·tla del MRU, cambiando x por φ y v por ω
Qué es cada cosa
  • φángulo descrito en el instante trad
  • φ₀ángulo inicial (casi siempre, 0)rad
  • ωvelocidad angularrad/s
  • ttiempo transcurridos

La ω va en rad/s: eso obliga a radianes y segundos en todo lo demás. Si el enunciado da vueltas, minutos o r.p.m., lo primero es convertir.

De r.p.m. a rad/s

El dato casi nunca viene en rad/s: viene en revoluciones por minuto. «Revolución» es vuelta — así que r.p.m. es una velocidad angular disfrazada, con las dos unidades cambiadas.

La conversión, con el factor entero: cada vuelta son 2π rad, y cada minuto, 60 s.

T y f: el tiempo de una vuelta, y las vueltas de un segundo

El periodo no hay que memorizarlo: se razona, como hace él en el vídeo. «Si giramos con velocidad constante, yo tardaré cierto tiempo en dar una vuelta. Pero como voy a velocidad constante, la siguiente vuelta tardará lo mismo… ese tiempo que tardo en dar una vuelta es lo que se denomina periodo.»

  • T, el periodo. El tiempo de UNA vuelta. Se mide en segundos. En una vuelta se barren 2π rad, así que ω = 2π/T — y de ahí se despeja T cuando hace falta.
  • f, la frecuencia. «Justamente lo contrario del periodo: las vueltas que da por cada segundo.» Se mide en hercios (Hz), y f = 1/T.

Míralo con un caso: las aspas de una batidora dan 5 vueltas en un segundo. Eso ya es la frecuencia: f = 5 Hz. ¿Y el periodo? Si en un segundo caben cinco vueltas, cada vuelta dura un quinto de segundo: T = 0,2 s.

1 segundo12345f = 5 vueltas cada segundo = 5 HzT = lo que dura UNA vuelta = 1/5 = 0,2 sf · T = 5 · 0,2 = 1 — son inversas
Las aspas de una batidora dan 5 vueltas en un segundo. La frecuencia cuenta cuántas vueltas caben en el segundo; el periodo mide cuánto dura una. Por eso una es la inversa de la otra: f = 1/T.

T es tiempo por vuelta (segundos); f es vueltas por segundo (hercios). Son inversas: f = 1/T. Confundir una con otra es el fallo más repetido del tema — si algo gira varias veces por segundo y tu T sale mayor que un segundo, hay un fallo de razonamiento que ir a buscar.

minuterouna vuelta por hora → T = 3 600 s

ω = 2π3 600 = 1,745·10⁻³ rad/s

horariouna vuelta cada 12 h → T = 43 200 s

ω = 2π43 200 = 1,454·10⁻⁴ rad/s

Girar, giran los dos — pero el minutero lo hace 12 veces más deprisa, y las potencias de diez lo cuentan. Un MCU no necesita ser rápido: solo dar vueltas a ritmo constante.

Vueltas y radianes: un factor, no una ecuación

«¿Cuántas vueltas ha dado?» no tiene ecuación propia, y él lo dice tal cual: «yo no tengo ninguna ecuación para vueltas, ¿verdad?». Es un cambio de unidad: cada vuelta son 2π rad.

La peonza que ha girado 7,5 vueltas lleva 7,5 · 2π = 15π ≈ 47,12 rad. Y al revés, de radianes a vueltas, se divide entre 2π — y ojo: el resultado ya no lleva π, porque el π se ha ido en la división. Son vueltas, un número a secas.

De hecho, cada dato de un enunciado de giros es una magnitud disfrazada. Antes de tocar una ecuación, tradúcelos — como en su hoja: DATO, y al lado, qué es.

  • «Da una vuelta cada 4 segundos». Es el periodo: T = 4 s.
  • «Gira a 300 r.p.m.» Es ω — pero en vueltas y minutos: hay que convertirla.
  • «Tiene una frecuencia de 5 Hz». Es f: cinco vueltas por segundo.
  • «Mide 1,8 m de diámetro». ⚠ NO es el radio: el radio es la mitad, 0,9 m.

El redondeo, aquí, se venga

En este tema las cadenas de cálculo son largas y la ω lleva un π dentro. Si redondeas a mitad de camino, el error se arrastra y crece. Míralo en un caso real:

Redondea solo al final. Deja la ω en función de π (1,5π; 40π…) y arrastra la forma exacta por todo el cálculo: los π se irán solos, y las vueltas saldrán enteras cuando tengan que salir enteras.

El atajo de la comprobación vale siempre que el dato venga en r.p.m.: las vueltas son r.p.m. × minutos, y la frecuencia, r.p.m./60. Es comprobación, no método — el camino de las ecuaciones es el que funciona también cuando el dato viene en rad/s o en T.

Del ángulo al espacio: el puente lineal-angular

Una regla en vez de cuatro fórmulas

Queda unir los dos mundos: el ángulo que barres (φ, ω) y el camino que recorres de verdad (s, v). El puente es el radio, y la regla, una sola: la magnitud lineal es la angular multiplicada por el radio.

s = φ·Rel arco: el ángulo por el radiov = ω·Rla velocidad del borde: la angular por el radio

Y con eso sobra memoria, que es justo lo que él repite: «no es que me tenga que aprender estas ecuaciones, sino que sabiendo que la magnitud lineal es la angular por el radio, ya puedo obtener ambas».

El puente exige unidades del SI en las dos orillas: el ángulo en radianes y el radio en metros. Un radio en centímetros que entra sin convertir estropea la s, la v y la aₙ de golpe.

Qué es cada cosa
  • sespacio recorrido por el punto (el arco)m
  • vvelocidad lineal del puntom/s
  • Rradio de la circunferenciam
  • aₙaceleración normalm/s²

Las unidades no son opcionales: como la aceleración va en m/s², todo lo demás tiene que ir en metros y segundos. Si el enunciado da km/h, lo primero es convertirlo.

Los dos del tiovivo

El puente tiene una consecuencia que parece mentira hasta que se dibuja: dos personas en la misma plataforma giratoria llevan la misma ω — giran juntas — y distinta v, porque el radio multiplica.

vueltas (los dos)0,0

Vega · a 4 m0,0 m

Mario · a 2 m0,0 m

El contador de vueltas es uno solo: giran juntos, la ω es la misma. Los de camino son dos: en cada vuelta, Vega recorre 2π·4 ≈ 25,1 m y Mario 2π·2 ≈ 12,6 m.

Misma velocidad angular, distinta velocidad lineal: las dos flechas azules lo dicen — la de fuera mide el doble porque v = ω·R, y el radio de Vega es el doble que el de Mario.

La aceleración, ahora con las dos formas

Con el puente, la aceleración normal de la parada 1 gana una segunda escritura: sustituyendo v = ω·R queda aₙ = ω²·R. Las dos formas dan lo mismo — usa la que case con los datos que tengas.

Y una píldora para la escala: la Tierra alrededor del Sol es — son sus palabras — «no un movimiento exactamente circular, pero casi». Sale a unos 30 000 m/s.

Un Fórmula 1 a 150 km/h va a 41 m/s: «comparando con esto nos podemos hacer una idea de lo rápido que se está moviendo la Tierra con nosotros».

Todo junto, como en la hoja

M.R.U.M.C.U.
Trayectoriarectauna circunferencia
Posiciónx = x₀ + v·tφ = φ₀ + ω·t — la misma ecuación, con ángulos
Velocidadv constante: módulo, dirección y sentidoω constante; la v solo constante en MÓDULO — la dirección gira
Aceleracióna = 0aₙ = v²/R = ω²·R, hacia el centro
Relación lineal ↔ angularno hace falta: todo es lineals = φ·R · v = ω·R — la lineal es la angular por el radio
Su tabla de clase, columna a columna: la del MRU ya la sabes — la del MCU es este bloque en cinco casillas.
SIMULADOR

Traduce el dato

Todavía sin calcular: tres datos disfrazados por ronda, y hay que decir qué magnitud es cada uno. Ojo al diámetro.

Trabaja: que «una vuelta cada 4 s» es T, que las r.p.m. son ω sin convertir y que el diámetro no es el radio

Traduce el dato

Todavía sin números ni ecuaciones: solo traducir. Cada dato del enunciado es una magnitud disfrazada — di cuál.

SIMULADOR

Convierte

La tabla de conversiones: r.p.m., rad/s, T, f, vueltas y radianes. Donde se juega casi la mitad del tema — con la comprobación del atajo.

Trabaja: los factores de conversión enteros y el redondeo solo al final

Convierte

Nada de ecuaciones nuevas: solo cambiar de unidades. Rellena lo que falta en cada fila — y redondea solo al final.

SIMULADOR

Resuelve el MCU

El problema completo de la rueda: en cada apartado, primero el camino y después el número. Si la ω sale mal, el error se cuenta una sola vez.

Trabaja: la cadena entera: conversión, el puente v = ω·R, las vueltas y la aceleración normal

Resuelve el MCU

SIMULADOR

Misma vuelta, ¿misma velocidad?

Dos personas en la misma plataforma giratoria, a distinto radio. Quién gira más y quién corre más — con el porqué obligatorio.

Trabaja: misma ω, distinta v: el puente lineal-angular entendido, no solo calculado

Misma vuelta, ¿misma velocidad?

a) ¿Quién gira con mayor velocidad angular?

Respuesta
El porqué

b) ¿Quién se mueve con mayor velocidad lineal?

Respuesta
El porqué

c) Ponle números: la ω común y la v de cada uno.

ω =rad/s
v fuera =m/s
v dentro =m/s
07

¿Qué movimiento es este?

La tabla completa de la unidad, columna a columna, y el juego al revés: decidir qué movimiento tienes delante antes de escribir una ecuación.

Última parada — y no hay movimiento nuevo que aprender. Están los cuatro: este bloque va de verlos juntos y de saber cuál tienes delante antes de escribir una sola ecuación.

MRUmismo espacio en el mismo tiempo
MRUA horizontalcada segundo, más camino
MRUA verticalla misma recta, de pie: manda g
MCUla trayectoria se cierra: se mide en ángulos
Los cuatro movimientos de la unidad, con sus marcas cada segundo. La forma de la trayectoria y el reparto de las marcas: eso es lo que hay que reconocer.

Y una pregunta para ir pensando: x = 12 + 3·t. Sin más contexto, ¿sabrías decir qué movimiento describe — y qué significan el 12 y el 3? Guárdala: se contesta en la segunda parada.

Los cuatro movimientos, en una tabla

De dos columnas a cuatro

En el bloque del MCU la tabla tenía dos columnas: MRU y MCU. Ahora entran las otras dos — y al ponerlas juntas se ve algo que por separado no se veía.

No hay ni una casilla nueva: cada columna la trabajó su bloque. Destápalas en orden y ve comparando fila a fila.

MRUMRUA horizontalMRUA verticalMCU
Trayectoriarectarectarecta y verticalcircunferencia
Qué se mantiene constantela velocidad (módulo, dirección y sentido)la aceleraciónla aceleración, que vale gel módulo de la velocidad, y ω
Posiciónx = x₀ + v·tx = x₀ + v₀·t + ½·a·t²y = y₀ + v₀·t + ½·g·t²φ = φ₀ + ω·t
Velocidadv = constantev = v₀ + a·tv = v₀ + g·tω = constante
Aceleracióna = 0a = constante ≠ 0g = −9,8 m/s²aₙ = v²/R ≠ 0
Unidadesm · m/sm · m/s · m/s²m · m/s · m/s²rad · rad/s · s
Gráfica x-t (o y-t)rectaparábolaparábolano se usa en 4º ESO
Gráfica v-trecta horizontalrecta inclinadarecta de pendiente −9,8no se usa en 4º ESO
La condición típicase encuentran: xfA = xfBse detiene: vf = 0llega al suelo: yf = 0no hay condición: se convierte y se sustituye
Cómo se reconoceva siempre igual de rápido, en línea rectaarranca, acelera, frena, chocase suelta, se lanza, caevueltas, radio, r.p.m., periodo
Su ejemplo de claselos dos ciclistas separados 500 mla frenada del cochela pelota desde el edificiola rueda de la bicicleta y la noria
La tabla de la unidad: cada bloque escribió su columna, y aquí se ven las cuatro a la vez — que es cuando se parecen.

La fila de la aceleración

Fíjate en una pareja curiosa: el MRU y el MCU tienen los dos el módulo de la velocidad constante. Y sin embargo uno lleva a = 0 y el otro no.

La velocidad cambia si cambia su módulo o su dirección. En el MCU cambia la dirección en todo momento — por eso hay aceleración aunque el velocímetro no se mueva.

Dos ecuaciones, no cuatro recetas

Las dos ecuaciones de la unidad

x = x0 + v0·t + ½·a·t²

v = v0 + a·t

Lo único que cambia de un movimiento a otro es cuánto vale a.

a = 0

x = x0 + v·t

v = constante

Con a = 0, el término del t² desaparece él solo — y la v ya no cambia.

a = un número fijo

x = x0 + v0·t + ½·a·t²

v = v0 + a·t

Las dos, tal cual: es el caso general de la pareja.

a = g = −9,8 m/s²

y = y0 + v0·t + ½·g·t²

v = v0 + g·t

Las mismas dos con el eje de pie: la x se llama y, y la a ya trae su valor.

se cambia la variable: ángulos

φ = φ0 + ω·t

ω = constante

La primera ecuación del MRU, hablada en ángulos — y el puente φ·R devuelve los metros.

Cuatro columnas en la tabla, dos ecuaciones en la cabeza. Aprenderse cuatro recetas es más trabajo — y encima falla en cuanto el problema mezcla dos móviles.

La fila de las unidades

Queda la fila más traicionera. Las ecuaciones mezclan posición, velocidad y aceleración en la misma línea — y solo cuadran si todas hablan la misma lengua.

Antes de sustituir, todo al SI. La a va en m/s², y eso obliga a metros y segundos en todo lo demás; en el MCU, el puente φ·R exige radianes y metros. Un dato sin convertir estropea el problema entero, esté todo lo demás bien.

El juego al revés: ¿qué movimiento es este?

El método de toda la unidad empieza igual: «ver qué nos preguntan… y luego imponer una condición». Pero antes hay una decisión que lo condiciona todo y que casi nunca se entrena: decidir qué movimiento es.

Hay cuatro puertas para entrar a esa decisión. Tres son criterios; la cuarta es un atajo, y conviene saber dónde se rompe.

1La situación

Lee qué hace el móvil: ¿va siempre igual?, ¿arranca o frena?, ¿cae?, ¿da vueltas?

2La gráfica

La FORMA dice el tipo: recta u horizontal, velocidad constante; parábola o recta inclinada, aceleración.

3La ecuación

¿Lleva t²? Hay aceleración. ¿Habla en φ y ω? Da vueltas. ¿Ni una cosa ni la otra? MRU.

4El dato que te danatajo

«Si te dan una aceleración, es MRUA.» Funciona… cuando la aceleración es un dato. Si es la incógnita — y en el vertical no te la dan nunca — el atajo calla.

Las cuatro llevan al mismo sitio

El tipo de movimiento — y con él, sus dos ecuaciones y su condición.

Tres criterios y un atajo. El atajo se confirma siempre con la trayectoria y con lo que se mantiene constante; los criterios se bastan solos.

Puerta 1: lo que hace el móvil

Puerta 2: la forma de la gráfica

En una gráfica, el tipo lo dice la forma, nunca la dirección: una gráfica que sube solo cuenta hacia dónde va.

Puerta 3: la ecuación

La pregunta de la entradilla, por fin. Una ecuación de movimiento lleva el tipo escrito dentro — solo hay que saber leerla.

Puerta 4: el dato — un atajo con letra pequeña

El atajo de clase dice: «si te dan una aceleración, es MRUA; si aparecen vueltas, radio o r.p.m., es MCU». Y funciona… cuando la aceleración es un dato.

Pero piensa en una maceta que se cae de un balcón: el enunciado trae la altura y nada más. Ninguna aceleración a la vista — y el movimiento es un MRUA vertical. La g = −9,8 la pones tú, por haber reconocido el movimiento.

El atajo acierta cuando la aceleración es un dato y falla cuando es la incógnita — y en el vertical falla siempre. Por eso no es un criterio: es una pista, y se confirma con la trayectoria y con lo que se mantiene constante.

Las tres condiciones, juntas

Identificado el movimiento, el resto del método ya lo conoces. Son sus preguntas de siempre: «¿qué sé yo de la velocidad cuando el cuerpo se detiene? Que es cero. ¿Qué sé de dos cuerpos cuando se encuentran? Que sus posiciones son las mismas».

MRU
se encuentran

xfA = xfB

Dos móviles se encuentran cuando su posición es la misma.

MRUA horizontal
se detiene

vf = 0

Un móvil se detiene cuando su velocidad es cero.

MRUA vertical
llega al suelo

yf = 0

Llega al suelo cuando su altura es cero.

MCU
no hay condición

se convierte y se sustituye

Las tres condiciones del método, juntas — y la casilla del MCU dice la verdad: ahí no se impone nada, se convierte y se sustituye.

Cuando hay dos móviles, se decide dos veces

Un enunciado con dos móviles trae una tentación: escribir dos ecuaciones iguales. Pero el tipo se decide móvil a móvil — uno puede ir uniforme y el otro estar acelerando.

Un resultado tiene que tener sentido con tu problema. Un tiempo negativo, una posición imposible o una gráfica que no corresponde no se tachan y ya: avisan de un fallo de razonamiento que hay que ir a buscar.

La lista de control

Cualquier problema de la unidad, del primero al último, se revisa con las mismas cuatro preguntas:

  • El dibujo. ¿Está el esquema con su sistema de referencia — el eje y sus signos, o la circunferencia con su radio?
  • Las ecuaciones que se correspondan. ¿Son las del movimiento que ES? Esta es la destreza de este bloque.
  • La resolución. ¿Ecuación en letras, flecha, números — y la condición encuadrada?
  • El resultado. ¿Con sus unidades y con su significado? Si no sabes qué has obtenido, no has terminado.

En algunos libros verás «MRUR» para el que frena, o una g que cambia de signo según el cuerpo suba o baje. Aquí no: es un MRUA que frena, y g vale −9,8 m/s² siempre — el signo de la aceleración no define el tipo de movimiento, y la g no pregunta hacia dónde vas.

El puente a la UD7: ¿y por qué se mueve?

Con este bloque sabes describir cualquier movimiento del curso: dónde está, qué velocidad lleva, cuándo llega, cuántas vueltas da. Pero en toda la unidad hay una pregunta que no hemos tocado: por qué se mueve así.

¿Por qué frena el coche, por qué cae la maceta, por qué la piedra no sale recta? La respuesta tiene nombre — las fuerzas — y unidad propia: la dinámica.

UD6 · Cinemática

describe

dónde está, qué velocidad lleva, cuándo llega

UD7 · Dinámica

explica

por qué se mueve así: las fuerzas

Toda la unidad ha contestado a «¿cómo se mueve?». La siguiente contesta a «¿por qué?».

El viaje de esta unidad empezó eligiendo un sistema de referencia y termina aquí, con los cuatro movimientos en una tabla y dos ecuaciones en la cabeza. Lo que viene ahora no sustituye nada de esto: lo explica.

SIMULADOR

¿Qué movimiento es?

Seis cartas por ronda: situaciones, datos, ecuaciones y gráficas. Di el tipo — y la pista que lo decide.

Trabaja: las cuatro puertas de la parada 2, y que el atajo del dato no decide

¿Qué movimiento es?

Seis cartas: situaciones, datos, ecuaciones y gráficas. En cada una, di qué movimiento es y qué pista lo decide — que es lo que de verdad se corrige.

Ojo con el atajo: que te den una aceleración acompaña, no decide — y en el vertical no te la dan nunca.

SIMULADOR

Nueve sobre una

Una sola gráfica y nueve preguntas encadenadas: de los ejes al tipo, y del tipo a la ecuación y el espacio.

Trabaja: leer una gráfica entera — forma, tipo, números y áreas

Nueve sobre una

Una gráfica y nueve preguntas, de la identificación a la ecuación. Mira los ejes antes de contestar nada: la mitad del ejercicio está ahí.

    SIMULADOR

    Identifica y resuelve

    Dos móviles en el mismo enunciado, y no siempre del mismo tipo. Cada uno su ecuación — y después, la cuenta.

    Trabaja: que con dos móviles el tipo se decide dos veces, móvil a móvil

    Identifica y resuelve
    El problema

    1. ¿Qué movimiento lleva cada uno?
    2. La ecuación de posición de cada uno (origen y signos: los del enunciado ya dibujado — el primero sale del origen):
    3. La condición que resuelve el problema:
    4. Con todo eso, calcula:
    SIMULADOR

    El examen de la unidad

    Veinte preguntas de los ocho bloques, con nota sobre 10 y corrección al final. Varias van en dos pasos —la respuesta y el porqué—, porque una respuesta sin razonar no puntúa. Se regenera con casos nuevos cada vez.

    Trabaja: toda la unidad: las tres medidas y el MRU, las gráficas, los encuentros, el MRUA horizontal y vertical, el MCU y la identificación final

    El examen de la unidad

    Veinte preguntas de los ocho bloques, como en un examen de verdad: primero contesta (lo que dejes en blanco cuenta como fallo) y al final corrige. Cada pregunta vale medio punto, y en las de varios huecos cada hueco puntúa su parte.

    Varias preguntas van en dos pasos: la respuesta y el porqué. Acertar el número sin acertar el razonamiento vale la mitad — en un examen, una respuesta sin razonar no puntúa. Cuando pidan un signo, ponlo: forma parte de la respuesta.