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51 Se denomina así a todo movimiento resultante de la suma de dos o más movimientos rectilíneos simultáneos e independientes (“Principio de Galileo”). El movimiento compuesto, entonces, resulta de la superposición de dos o más movimientos rectilíneos simples, así por ejemplo, podemos combinar: MRU – MRU; MRU – MRUV; MRUV – MRUV; MRV – MRV Primer Caso: MRU – MRU Para describir este movimiento tomemos como ejemplo un problema típico: Ejemplo: Un atleta pretende cruzar un río de “l” metros de ancho como se muestra en la figura. Donde: VH : Velocidad del hombre respecto de la tierra (Velocidad resultante) VR : Velocidad de las aguas del río respecto de la tierra. VH/R : Velocidad del hombre respecto de la corriente del río. t : Tiempo que demora el hombre en cruzar el río. Gráficamente se puede representar el movimiento que nos permitirá calcular el módulo de la velocidad resultante. Se concluye que, el tiempo transcurrido (t) es el mismo para cada movimiento descrito (simultaneidad). Segundo Caso: MRU – MRUV MOVIMIENTO PARABÓLICO Un ejemplo usual de movimiento parabólico es el movimiento de un proyectil, el cual resulta de la composición de un movimiento horizontal rectilíneo uniforme y un movimiento vertical uniformemente variado por acción de la aceleración de la gravedad que es constante (en las proximidades de la superficie de la tierra). Consideraciones: 1) La aceleración de la gravedad es constante, para alturas pequeñas comparadas con el radio terrestre. 2) El movimiento se produce en un suelo llano, despreciando la curvatura de la tierra. 3) Se desprecia la resistencia del aire. 4) La velocidad siempre es tangente a la trayectoria en cualquier punto. Características: 1) Forma de la trayectoria : Parábola Cinemática II: Movimiento Compuesto - Movimiento Bidimensional 52 2) Velocidad del movimiento horizontal : Constante 3) Velocidad del movimiento vertical : Uniformemente variada DESCRIPCIÓN GRÁFICA DEL MOVIMIENTO PARABÓLICO 1) Movimiento Horizontal: xa → = 0 XoV = cte Vx = Vox = Vo Cos θ : Velocidad horizontal es constante X = (Vo Cos θ) t : Distancia horizontal en cualquier instante R = 2 oV . Sen 2 g θ : Alcance horizontal en el trayecto ABC. T = o 2V Sen g θ : Tiempo de vuelo 2) Movimiento Vertical: ya → = g = cte YoV = VoSen θ : Componente vertical inicial de la velocidad Vy = VoSen θ - gt : Velocidad vertical en cualquier instante Y = VoSen θ . t – 1/2 gt2 : Distancia vertical en cualquier instante Hmáx = 2 2 oV Sen 2g θ : Altura máxima alcanzada ts = 2 T : Tiempo de subida (para alcanzar la altura máxima) Relación entre el tiempo de subida (ts) y el tiempo de bajada (tb) ts = tb 53 El nombre de movimiento parabólico se debe a que la trayectoria descrita por el cuerpo es justamente el lugar geométrico de una parábola: Cuando se desprecia el rozamiento. θ −θ= 22 2Xg XTgy 37° 16° d =?V0 Relación entre: Hmáx y R: R H4 Tg máx=θ Relación entre: Hmáx y T: H = 1/8 g T2 Observación: v Si θo = 45° ⇒ El alcance horizontal “R” es máximo v Los módulos de las velocidades al subir y bajar tienen el mismo valor, en la misma horizontal. v Si lanzamos un proyectil con la misma velocidad y ángulos complementarios se logra el mismo alcance horizontal. Ejemplos ilustrativos: 1. Un bote parte perpendicular a la orilla de un río de 60m de ancho con una rapidez de 15m/s. Si las aguas del río se desplazan a razón de 4m/s, ¿que distancia horizontal “x” será arrastrado el bote al cruzar el río (en metros)? a) 10 b) 12 c) 14 d) 16 e) 18 Solución: Como los movimientos del bote y del río son independientes y uniformes: → Vbote = t m60 t = s4 s/m15 m60 = → Vrío = t x → x = Vrío . t → x = 4 m/s (4 s) = 16 m El bote será arrastrado por el río 16 m. Rpta. d 2. Desde el pie de una loma se dispara una pelota con una rapidez de V0=100 m/s, según se indica. ¿A qué distancia del pie de la loma impacta la pelota sobre ella, en m.? g=10 m/s2. a) 500 b) 510 c) 525 d) 550 e) 575 54 37° 16° d=? 60 m/s 80 m /s Solución: En este gráfico se tiene un triángulo notable el cual se indica en el área y sombreada, también se descompone la velocidad en los ejes horizontal y vertical, entonces se tiene que: En el el eje horizontal: 4K=60 t → K=15t En el el eje vertical: 3K = 80t-5t2 → 45t = 80t-5t2 → 35t = 5t2 → t =7 s Entonces K=15x7=105 m. Finalmente: d=5K=525 m. Entonces: d=525 m Rpta. c 3. El tiempo de vuelo de un proyectil que registra un movimiento parabólico es 4 s; calcular el valor de la velocidad vertical de disparo (Voy), en m/s (g = 10m/s2). a) 20 b) 22 c) 24 d) 26 e) 28 Solución: Sabemos que: tv = g SenV2 o θ → tv = g 2 Voy → Voy = 2 t.g v Voy = s4x sx2 m10 2 = 20 m/s Rpta. a 4. Se dispara horizontalmente un proyectil con rapidez de 10,m/s, desde la cima de una torre de 120 m de altura; calcular el ángulo que forma la velocidad con la horizontal después de 1 segundo del disparo (g =10 m/s2). a) 30° b) 35° c) 40° d) 45° e) 50° Solución: Para t = 1 s. → Vx = 10 m/s → Vy = Voy + gt Vy = 0 + 10(1) = 10 m/s → Tang α = x y V V Tang α = 1 → α = 45° Rpta. d
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