velocidad Calculadora

La velocidad es la tasa de cambio de la posición de un objeto con respecto al tiempo, medida como el desplazamiento dividido por el tiempo, tanto en magnitud como en dirección. La velocidad es una cantidad vectorial en la mecánica clásica, mientras que la velocidad es una cantidad escalar que registra solo magnitud.

La velocidad describe 3 características de movimiento:

• Magnitud. El valor numérico de la velocidad expresado en metros por segundo (m/s), kilómetros por hora (km/h), millas por hora (mph) o pies por segundo (ft/s).
• Dirección. El componente vectorial que distingue la velocidad de la rapidez y permite signos positivos o negativos en el movimiento unidimensional.
• Marco de referencia. El sistema de coordenadas utilizado para la suma de desplazamiento, tiempo y velocidad relativista en contextos de alta energía o astrofísica.

La definición de velocidad se extiende a formas especializadas: velocidad angular para movimiento rotacional, velocidad lineal para movimiento rectilíneo, velocidad instantánea en un solo punto en el tiempo, velocidad promedio en un intervalo, velocidad terminal para objetos en caída libre, velocidad de escape para abandonar la atracción gravitacional de un cuerpo celeste y velocidad relativista cercana a la velocidad de la luz, donde se aplica la E=mc2 de Albert Einstein.

La fórmula de la velocidad es v = d / t, donde v es la velocidad, d es el desplazamiento y t es el tiempo. Esta ecuación de velocidad produce la velocidad promedio a lo largo de una trayectoria de movimiento de dirección constante.

Cuatro ecuaciones de velocidad cubren los problemas de movimiento más comunes:

1. Ecuación básica de velocidad: v = d / t. Úselo cuando un objeto cubra la distancia d en el tiempo t a velocidad constante en una dirección constante.
2. Velocidad con aceleración: v = u + a · t. Aplique esto cuando se conozcan la velocidad inicial u, la aceleración a y el tiempo t, comunes en la mecánica clásica y el movimiento de proyectiles.
3. Fórmula de velocidad promedio: v̄ = (v1 t1 + v2 t2 +...) / (t1 + t2 +...). Esta formulación de promedio ponderado maneja viajes con varios segmentos de velocidad constante.
4. Velocidad desde la altura: v = √(2 g h). Aplique esto para un objeto en caída libre que se deja caer desde una altura h bajo atracción gravitacional g.

Cada ecuación de velocidad se reduce a la relación básica cuando el movimiento es uniforme. Las unidades imperiales británicas pies por segundo (ft/s) y millas por hora (mph) siguen las mismas ecuaciones que el sistema SI, metros por segundo (m/s) y kilómetros por hora (km/h).

Para calcular la velocidad, divida el desplazamiento por el tiempo necesario para recorrer ese desplazamiento.

Tres pasos cubren el proceso de cálculo de la velocidad:

1. Mida el desplazamiento. Registre la distancia y dirección en línea recta desde el punto inicial hasta el punto final. Utilice metros para el sistema SI o pies para las unidades imperiales británicas.
2. Registre el tiempo transcurrido. Anote el intervalo de tiempo en segundos, minutos u horas, luego conviértalo a una sola unidad antes de dividir.
3. Aplicar la ecuación de velocidad. Divida el desplazamiento por el tiempo. Convierta el resultado a la unidad de salida deseada, como kilómetros por hora (km/h) o millas por hora (mph), multiplicando por el factor relevante.

Para un objeto que viaja 500 metros en 3 minutos, convierta 3 minutos en 180 segundos y luego divida: 500/180 = 2,78 m/s. Para expresar el resultado en km/h, multiplica por 3.6: 2,78 x 3.6 = 10,0 km/h.

Para calcular la velocidad usando la distancia y el tiempo, aplique v = d / t, sustituyendo los valores conocidos de desplazamiento y tiempo.

Por ejemplo, un automóvil recorre 70 millas en 1 hora. La velocidad promedio es igual a 70 mph. El mismo problema expresado en unidades del sistema SI se convierte en 112,65 km/h o 31,29 m/s después de la conversión de unidades estándar.

Tres consideraciones afectan el cálculo de la distancia y el tiempo:

• Velocidad y dirección constantes. La ecuación de velocidad v = d / t supone una trayectoria de movimiento uniforme. Para velocidades variables entre segmentos, cambie a la fórmula de velocidad promedio.
• Desplazamiento vs distancia. La velocidad utiliza el desplazamiento (un vector). La velocidad usa la distancia (un escalar). Dos caminos con la misma longitud pueden producir velocidades diferentes si sus direcciones difieren.
• Consistencia unitaria. La distancia en metros y el tiempo en segundos dan como resultado la velocidad en m/s. La distancia en kilómetros y el tiempo en horas dan como resultado la velocidad en km/h.

Para calcular la velocidad con aceleración y tiempo, aplique v = u + a · t, donde u es la velocidad inicial, a es la aceleración y t es el tiempo.

Para un auto de carreras que parte del reposo con una aceleración de 6,95 m/s2 durante 4 segundos, el cambio de velocidad es igual a 6,95 x 4 = 27,8 m/s. La velocidad final es igual a 27,8 m/s, que se convierte en aproximadamente 100 km/h después de multiplicarla por 3.6.

4 pasos describen el cálculo de la velocidad de aceleración y tiempo:

1. Identificar la velocidad inicial (u). Registre la velocidad en t = 0, que es 0 m/s para un objeto que parte del reposo.
2. Determine la aceleración (a). Utilice m/s2 para el sistema SI. La gravedad estándar es igual a 9.81 m/s2 cerca de la superficie de la Tierra.
3. Multiplica la aceleración por el tiempo. El producto a · t es igual al cambio de velocidad.
4. Agregue la velocidad inicial. La velocidad final v es igual a u más el cambio de velocidad desde el paso 3.

La velocidad es una cantidad vectorial que incluye magnitud y dirección, mientras que la velocidad es una cantidad escalar que registra solo magnitud. Un automóvil que viaja 60 mph al norte tiene una velocidad diferente que uno que viaja 60 mph al sur, aunque ambos comparten la misma velocidad.

4 diferencias distinguen la velocidad de la velocidad:

• Vector vs escalar. La velocidad es un vector. La velocidad es un escalar.
• Firmar. La velocidad puede ser negativa cuando el movimiento se opone a la dirección positiva. La velocidad siempre es no negativa.
• Base de cálculo. La velocidad utiliza el desplazamiento. La velocidad utiliza la distancia total recorrida a lo largo del camino.
• Viajes de ida y vuelta. Un viaje de ida y vuelta produce una velocidad promedio cero porque el desplazamiento es cero. La velocidad promedio sigue siendo positiva porque la distancia total es positiva.

La velocidad, la aceleración y el desplazamiento forman el vocabulario cinemático central utilizado para describir el movimiento en física, ingeniería y análisis de coeficientes balísticos.

La velocidad se vincula con la masa, la fuerza y la energía a través de la segunda ley de Newton (F = m a) y la ecuación de energía cinética (KE = 1/2 m v2). La masa amplifica la energía cinética almacenada en un cuerpo en movimiento.

Tres ecuaciones conectan la velocidad con la masa, la fuerza y la energía:

• Energía cinética: KE = 1/2 mv2. Un automóvil de 1000 kg a 20 m/s transporta 200 000 J de energía cinética.
• Impulso: pag = m v. Un objeto de 5 kg en 10 m/s tiene un impulso de 50 kg·m/s.
• Fuerza por cambio de velocidad: F = m Δv / Δt. Un cambio en la velocidad por unidad de tiempo, multiplicado por la masa, es igual a la fuerza neta que actúa sobre el objeto.

E = mc2 de Albert Einstein extiende la relación energía-velocidad a la velocidad relativista, donde la energía cinética se acerca al infinito a medida que la velocidad se acerca a la velocidad de la luz. La energía cinética rotacional utiliza la velocidad angular y el momento de inercia de la masa en lugar de cantidades lineales.

La fórmula de la velocidad promedio es v̄ = (v1t1 + v2t2 + ...) / (t1 + t2 + ...), el promedio ponderado en el tiempo entre los segmentos de viaje.

Por ejemplo, un conductor se mueve a 25 mph durante 1 hora en la ciudad, luego a 70 mph durante 3 horas en la carretera. La velocidad promedio es igual a (25 x 1 + 70 x 3) / (1 + 3) = 58,75 mph, que se redondea a 59 mph.

Aparecen 4 unidades de velocidad en las unidades imperiales británicas y en el sistema SI:

• Meters per second (m/s). La unidad base del SI para velocidad lineal.
• Kilometers per hour (km/h). Común en el tráfico rodado y en los informes meteorológicos fuera de los Estados Unidos.
• Millas por hora (mph). Unidad imperial británica estándar para límites de velocidad e informes de vehículos terrestres en los Estados Unidos.
• Feet per second (ft/s). Se utiliza en análisis de coeficientes balísticos, mecanizado de alta velocidad y trabajo con proyectiles de corta distancia.

La cinemática describe el movimiento mediante 4 ecuaciones que vinculan el desplazamiento, la velocidad inicial, la velocidad final, la aceleración y el tiempo, sin considerar las fuerzas que causan el movimiento.

Cuatro ecuaciones cinemáticas cubren el movimiento de aceleración constante:

1. v = u + a t. Velocidad final a partir de la velocidad inicial, la aceleración y el tiempo.
2. s = u t + 1/2 a t2. Desplazamiento respecto de la velocidad inicial, la aceleración y el tiempo.
3. v2 = u2 + 2 a s. Velocidad final al cuadrado de la velocidad inicial, la aceleración y el desplazamiento.
4. s = 1/2 (u + v) t. Desplazamiento del promedio de las velocidades inicial y final, multiplicado por el tiempo.

La cinemática también cubre la aceleración angular y la velocidad angular del movimiento de rotación. Se aplica el mismo patrón de 4 ecuaciones, con cantidades lineales reemplazadas por sus contrapartes angulares.

La velocidad es una cantidad vectorial, definida tanto por la magnitud como por la dirección en el espacio. Una representación vectorial utiliza 2 o 3 componentes, uno por eje de coordenadas.

Tres propiedades describen la velocidad como un vector:

• Magnitud. La longitud del vector de velocidad, expresada en m/s, km/h, mph o ft/s. La magnitud es igual a la velocidad escalar del objeto.
• Dirección. La orientación del vector velocidad en el sistema de referencia elegido, a menudo descrita con ángulos de rumbo en navegación o vectores unitarios en física.
• Componentes. Un vector de velocidad bidimensional se descompone en componentes vx y vi. Un vector tridimensional suma v₝.

La aritmética vectorial admite la suma relativista de velocidades para movimientos de alta velocidad, cálculos del efecto Coriolis en marcos no inerciales y composición de velocidades durante el análisis de flujo turbulento.

La velocidad desde la altura aplica la ecuación v = √(2 g h), donde g es la aceleración gravitacional (9.81 m/s2 cerca de la superficie de la Tierra) y h es la altura de caída. Esta fórmula supone un objeto en caída libre sin resistencia del aire.

Hay tres tipos de velocidad relacionados con la altura y la gravedad:

• Velocidad de caída libre. Un objeto que se deja caer desde una altura h alcanza v = √(2 g h) en el momento del impacto, ignorando la resistencia.
• Velocidad terminal. La velocidad máxima alcanzada durante la caída libre a través de un fluido (aire, agua). La velocidad terminal depende de la densidad del fluido, el coeficiente de arrastre, la masa y el área de la sección transversal. El ser humano promedio alcanza el 99% de la velocidad terminal en aproximadamente 15 segundos mientras mira hacia el suelo.
• Velocidad de escape. La velocidad mínima necesaria para superar la atracción gravitacional de un cuerpo celeste. La velocidad de escape de la Tierra es aproximadamente 11.2 km/s (25,020 mph). La velocidad de escape es fundamental para la astrofísica y los viajes espaciales.

El gráfico velocidad-tiempo representa la velocidad en el eje y y el tiempo en el eje x, donde la pendiente es igual a la aceleración y el área bajo la curva es igual al desplazamiento.

4 patrones de gráficos revelan las características del movimiento:

• Línea horizontal. Velocidad constante, aceleración cero.
• Línea recta con pendiente positiva. Aceleración positiva constante, la velocidad crece linealmente con el tiempo.
• Línea recta con pendiente negativa. Desaceleración constante, la velocidad cae linealmente hasta llegar a cero o invertir la dirección.
• Línea curva. Aceleración variable, común en flujo turbulento, mecanizado de alta velocidad o lanzamientos de cohetes con masa de combustible decreciente.

La pendiente en cualquier punto de la gráfica velocidad-tiempo es igual a la aceleración instantánea. Pase el cursor sobre el gráfico para leer la velocidad, el tiempo y la pendiente en esa ubicación.