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Movimiento rectilíneo (cinemática en una dimensión)

Para describir un movimiento primero elegimos un sistema de referencia: un origen, un sentido y un reloj. La posición x cambia con el tiempo t. La velocidad v = dx/dt es la pendiente de la gráfica x–t; la aceleración a = dv/dt es la pendiente de la gráfica v–t, y el área bajo la gráfica v–t es el desplazamiento. Con a constante: v = u + at, x = ut + ½at², v² = u² + 2as.

🎬 Historia paso a paso

  1. Sistema de referencia: elige un origen y un sentido. El mismo coche está a 12 m del origen O, pero solo a 6 m del árbol. La posición depende de desde dónde mides.
  2. El coche azul recorre la misma distancia cada segundo: movimiento uniforme, una recta en la gráfica x–t. El coche rojo recorre más cada segundo: movimiento no uniforme, una línea curva.
  3. La velocidad media es Δx ÷ Δt, la pendiente de una recta secante. Si reduces Δt, la secante se convierte en tangente. Su pendiente es la velocidad instantánea.
  4. Con aceleración uniforme, la gráfica v–t es una recta. Su pendiente es a. El área bajo ella es el desplazamiento. De aquí salen las ecuaciones del movimiento.
  5. Camino con cálculo: v = dx/dt y a = dv/dt. Si integras una a constante una vez, obtienes v = u + at; dos veces, x = ut + ½at²; y v dv = a dx da v² = u² + 2as.
  6. Tu turno: cambia u y a y alterna entre las gráficas x–t, v–t y a–t. Comprueba las tres ecuaciones con los números de abajo.

Consejo: arrastra la escena 3D para girarla. Usa dos dedos para hacer zoom.

🤔 Dudas comunes, resueltas

¿Por qué dos personas dan posiciones distintas para el mismo coche?

Usan orígenes distintos. La posición siempre se mide desde un origen elegido; si cambias el sistema, cambia el número, pero el movimiento es el mismo.

¿Cómo reconozco un movimiento uniforme en una gráfica?

Una recta en x–t significa la misma distancia cada segundo. En el 3D los puntos azules están igual de separados; los rojos se van separando y la gráfica roja se curva.

¿Cómo puede haber rapidez "en un instante" si la rapidez necesita tiempo?

Tomamos un Δt cada vez más pequeño. La secante se convierte en la tangente y Δx/Δt se acerca a un solo valor: dx/dt.

¿Por qué el área bajo la gráfica v–t es igual al desplazamiento?

En un tiempo diminuto dt, el desplazamiento = v × dt, una franja delgada del área. Al sumar todas las franjas obtienes el área completa.

¿Por qué v² = u² + 2as no tiene tiempo?

Quitamos t al poner t = (v − u)/a en s = ½(u + v)t, o al escribir a = v dv/dx e integrar respecto a x.

¿Puede la aceleración ser negativa mientras la rapidez aumenta?

Sí. Si v también es negativa, las dos apuntan en el mismo sentido y la rapidez crece. Prueba u = −2 y a = −1 en el juego libre.

Sistema de referencia: ¿desde dónde mides?

El movimiento siempre es relativo. Para decir dónde está algo necesitamos un sistema de referencia: un origen (punto cero), un sentido positivo elegido y un reloj para leer el tiempo.

Un pasajero sentado en un tren en marcha está en reposo respecto al tren, pero se mueve respecto al andén. Las dos respuestas son correctas; usan sistemas distintos.

En una recta, un solo número x (con signo) da la posición. El desplazamiento Δx = x₂ − x₁ es el cambio de posición; la distancia recorrida (longitud de la trayectoria) es todo el camino andado y siempre es positiva.

Movimiento uniforme y no uniforme

Movimiento uniforme: desplazamientos iguales en intervalos de tiempo iguales, por pequeños que sean. La velocidad es constante y la gráfica x–t es una recta.

Movimiento no uniforme: desplazamientos distintos en intervalos de tiempo iguales. La velocidad cambia y la gráfica x–t es curva.

Rapidez y velocidad, media e instantánea

Velocidad media = desplazamiento ÷ tiempo = Δx/Δt. Rapidez media = longitud total recorrida ÷ tiempo. Si vas 100 m y vuelves en 50 s, la velocidad media es 0 pero la rapidez media es 4 m/s.

La velocidad instantánea es la velocidad en un instante: v = lim(Δt→0) Δx/Δt = dx/dt. En la gráfica x–t es la pendiente de la tangente. La rapidez instantánea es el módulo de la velocidad instantánea.

La rapidez media siempre es ≥ el módulo de la velocidad media; solo son iguales si el objeto nunca da marcha atrás.

Derivadas e integrales sencillas para el movimiento

Solo necesitas unas pocas reglas: d/dt(tⁿ) = n tⁿ⁻¹, d/dt(constante) = 0 y ∫tⁿ dt = tⁿ⁺¹/(n + 1) + C.

Derivar va de x → v → a (pendientes). Integrar va de a → v → x (áreas), y los valores iniciales u y x₀ completan las constantes.

Aceleración y movimiento uniformemente acelerado

La aceleración es la rapidez con que cambia la velocidad: a media = Δv/Δt, a instantánea = dv/dt (unidad m/s²). Cuando a es igual en todo instante, el movimiento es uniformemente acelerado; un cuerpo en caída libre cerca de la Tierra es el mejor ejemplo (a = g ≈ 9.8 m/s², hacia abajo).

Una a negativa no siempre significa que el cuerpo frena. Solo frena cuando v y a tienen signos opuestos.

Gráficas posición–tiempo y velocidad–tiempo

Una gráfica nunca puede mostrar dos posiciones en el mismo instante, y la rapidez nunca es negativa.

Ecuaciones del movimiento con gráficas y con cálculo

Método gráfico (recta v–t de u a v)

Pendiente: a = (v − u)/t → v = u + at. Área = rectángulo ut + triángulo ½·t·(at) → s = ut + ½at². Área como trapecio s = ½(u + v)t; si pones t = (v − u)/a → v² = u² + 2as.

Método con cálculo

dv/dt = a → ∫ᵤᵛ dv = ∫₀ᵗ a dt → v = u + at. dx/dt = u + at → ∫dx = ∫(u + at)dt → x − x₀ = ut + ½at². Además a = v dv/dx → ∫v dv = ∫a dx → v² − u² = 2a(x − x₀).

Distancia en el n-ésimo segundo: sₙ = u + a(2n − 1)/2. Estas ecuaciones solo valen cuando a es constante.

Fórmulas y definiciones clave

Ejemplos resueltos

1. Un corredor da una vuelta de 400 m a una pista circular y vuelve al punto de partida en 80 s. Calcula la rapidez media y la velocidad media.

Paso 1: longitud recorrida = 400 m, desplazamiento = 0. Paso 2: rapidez media = 400/80 = 5 m/s. Paso 3: velocidad media = 0/80 = 0.

2. La posición de una partícula es x = 3t² − 2t + 4 (x en m, t en s). Calcula la velocidad y la aceleración en t = 2 s.

Paso 1: v = dx/dt = 6t − 2. Paso 2: en t = 2 s, v = 12 − 2 = 10 m/s. Paso 3: a = dv/dt = 6 m/s² (constante).

3. Un coche parte del reposo con a = 2 m/s². Calcula su velocidad y la distancia recorrida después de 5 s.

Paso 1: u = 0, a = 2, t = 5. Paso 2: v = u + at = 0 + 10 = 10 m/s. Paso 3: s = ut + ½at² = 0 + ½ × 2 × 25 = 25 m.

4. Una moto que va a 20 m/s frena con una desaceleración de 5 m/s². ¿Qué distancia recorre antes de detenerse?

Paso 1: u = 20, v = 0, a = −5. Paso 2: v² = u² + 2as → 0 = 400 − 10s. Paso 3: s = 40 m.

5. Se suelta una pelota desde un edificio de 45 m de altura (g = 10 m/s²). Calcula el tiempo que tarda en llegar al suelo y su rapidez al chocar con él.

Paso 1: tomamos el sentido hacia abajo como positivo: u = 0, a = 10, s = 45. Paso 2: s = ½gt² → 45 = 5t² → t = 3 s. Paso 3: v = gt = 30 m/s.

6. Una gráfica v–t es una recta que va de 4 m/s en t = 0 a 16 m/s en t = 6 s. Calcula la aceleración y el desplazamiento.

Paso 1: a = pendiente = (16 − 4)/6 = 2 m/s². Paso 2: desplazamiento = área del trapecio = ½(4 + 16) × 6 = 60 m. Paso 3: comprobación: s = ut + ½at² = 24 + 36 = 60 m ✓.

7. Un cuerpo con u = 3 m/s y a = 2 m/s² se mueve en línea recta. Calcula la distancia recorrida en el 5.º segundo.

Paso 1: sₙ = u + a(2n − 1)/2. Paso 2: s₅ = 3 + 2 × 9/2 = 3 + 9 = 12 m. Paso 3: comprobación: s(5) − s(4) = (15 + 25) − (12 + 16) = 40 − 28 = 12 m ✓.

8. La aceleración de una partícula es a = 6t m/s². Parte del reposo en x = 0. Calcula v y x en t = 2 s.

Paso 1: a no es constante, así que usamos cálculo, no v = u + at. Paso 2: v = ∫₀ᵗ 6t dt = 3t² → v(2) = 12 m/s. Paso 3: x = ∫₀ᵗ 3t² dt = t³ → x(2) = 8 m.

Errores comunes

Test de práctica

1. La pendiente de una gráfica posición–tiempo da:
2. El área bajo una gráfica velocidad–tiempo da:
3. Si x = 4t³, la velocidad en t = 1 s es:
4. En un viaje de ida y vuelta al punto de partida, la velocidad media es:
5. ¿Qué ecuación no contiene el tiempo t?

Práctica: responde tú mismo

Escribe o elige tu respuesta y pulsa Comprobar. Usa la pista si te atascas; la solución completa aparece después de responder.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el movimiento rectilíneo en Física?

Es el tema del movimiento en una dimensión: posición, desplazamiento, rapidez, velocidad, aceleración, sus gráficas y las ecuaciones del movimiento con aceleración constante.

¿Cómo se deducen las ecuaciones del movimiento con cálculo?

Integra dv/dt = a para obtener v = u + at, integra dx/dt = u + at para obtener x = ut + ½at², e integra v dv = a dx para obtener v² = u² + 2as.

¿Cuál es la diferencia entre velocidad media e instantánea?

La velocidad media es el desplazamiento total ÷ el tiempo total. La velocidad instantánea es dx/dt, la pendiente de la gráfica x–t en un instante.

Dónde se estudia

Canada (Ontario)Grade 11B. Kinematics
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IMechanics
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IMechanics
RomaniaClasa a IX-aElements of kinematics
RomaniaClasa a IX-aElements of kinematics
RomaniaClasa a IX-aElements of kinematics
Ukraine10 класMechanics
Ukraine10 класMechanics
CBSE (India)Class 11Kinematics
England (GCSE, A level)Year 12P-Q Units and kinematics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Kinematics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Kinematics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Common course additions
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 10Modelling motion in physics
FranceTerminaleMotion and interactions
Russia10 классMechanics: kinematics
Russia10 классMechanics: kinematics
China高一Compulsory 1 Ch.1 Describing motion
China高一Compulsory 1 Ch.2 Uniformly accelerated motion

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