A velocidade linear é um conceito fundamental em física usado para descrever a rapidez com que um objeto se move ao longo de um caminho em linha reta. Essa magnitude é de grande importância na vida cotidiana e em diversas disciplinas científicas como física, engenharia e mecânica.
Neste artigo explicaremos detalhadamente o que é velocidade linear, como ela é calculada, daremos exemplos de sua aplicação no dia a dia e resolveremos alguns exercícios práticos.
Definição de velocidade linear
A velocidade linear, muitas vezes denotada como “v”, é uma medida de quão rápido um objeto está se movendo ao longo de um caminho reto. É definido como a distância percorrida pelo objeto dividida pelo tempo decorrido.
No Sistema Internacional (SI), a unidade fundamental para medir a velocidade linear é o metro por segundo (m/s). No entanto, na vida cotidiana, são utilizadas unidades mais familiares, como o quilômetro por hora (km/h), que é comumente usado para medir a velocidade de veículos terrestres, como carros, bicicletas e trens.
Fórmulas
Matematicamente, a velocidade linear é expressa da seguinte forma:
v=d/t
Onde:
-
v é a velocidade linear em unidades de comprimento por unidade de tempo (por exemplo, metros por segundo, quilômetros por hora).
-
d é a distância percorrida pelo objeto em unidades de comprimento (por exemplo, metros, quilômetros).
-
t é o tempo decorrido em unidades de tempo (por exemplo, segundos, horas).
No entanto, existem várias maneiras mais específicas de calcular a velocidade linear dependendo das informações disponíveis. Aqui estão algumas fórmulas comuns:
Velocidade Linear Média
Quando a distância total percorrida (d) e o tempo total (t) são conhecidos, a velocidade linear média é calculada como:
v média =d/t
Velocidade instantânea
A velocidade instantânea refere-se à velocidade em um momento específico. Para calculá-lo, você precisa do deslocamento (Δd) e da mudança no tempo (Δt):
v instantâneo =Δd / Δt
Velocidade relativa
Ao lidar com dois objetos em movimento, a velocidade relativa é calculada subtraindo as velocidades dos dois objetos:
relativo v =v 1 −v 2
Donde v1 es la velocidad del primer objeto y v2 es la velocidad del segundo objeto.
Tipos de movimientos que incluyen la velocidad lineal
La velocidad lineal se aplica a varios tipos de movimientos en los que un objeto se desplaza en línea recta.
Aquí hay algunos ejemplos de tipos de movimientos que involucran la velocidad lineal:
Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)
En el movimiento rectilíneo uniforme, un objeto se mueve en línea recta a una velocidad constante. La velocidad lineal en un MRU es constante, y la distancia recorrida es directamente proporcional al tiempo transcurrido.
Ejemplos incluyen un automóvil que viaja en una autopista a velocidad constante o una persona caminando a paso constante.
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)
En el movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, un objeto se mueve en línea recta, pero su velocidad cambia uniformemente con el tiempo debido a una aceleración constante. La velocidad lineal aumenta o disminuye a una tasa constante.
Ejemplos incluyen un automóvil frenando gradualmente o un objeto que cae debido a la gravedad.
Tiro parabólico
Cuando un objeto se lanza en el aire y sigue una trayectoria parabólica, su movimiento horizontal es un MRU, mientras que su movimiento vertical puede ser un MRUA debido a la gravedad.
La velocidad lineal del tiro parabólico se utiliza para describir la rapidez con la que se desplaza horizontalmente.
Ejemplos en la vida cotidiana
La velocidad lineal se encuentra en numerosos aspectos de nuestra vida cotidiana. Aquí hay algunos ejemplos:
- Conducción de automóviles: Cuando conduces un automóvil, estás constantemente calculando y ajustando tu velocidad lineal para mantener una velocidad segura y llegar a tu destino a tiempo. Si viajas a una velocidad de 60 kilómetros por hora durante 2 horas, habrás recorrido 120 kilómetros.
- Caminata: Cuando caminas, tu velocidad lineal es mucho menor que la de un automóvil, pero sigue siendo importante. Si caminas a una velocidad de 5 kilómetros por hora durante 30 minutos, habrás recorrido 2.5 kilómetros.
- Ciclismo: Los ciclistas también utilizan la velocidad lineal para medir su rendimiento y planificar rutas. Si pedaleas a una velocidad constante de 20 kilómetros por hora durante 1.5 horas, habrás recorrido 30 kilómetros.
Ejercicios resueltos
Ahora, resolvamos algunos ejercicios prácticos relacionados con la velocidad lineal:
Ejercicio 1
Un automóvil recorre una distancia de 400 kilómetros en un tiempo de 4 horas. ¿Cuál es la velocidad lineal promedio del automóvil?
Solución
Usamos la fórmula de velocidad lineal promedio:
vpromedio=d/t=400 km / 4 h=100 km/h
La velocidad lineal promedio del automóvil es de 100 kilómetros por hora.
Ejercicio 2
Un corredor completa una carrera de 10 kilómetros en un tiempo de 45 minutos. Calcula su velocidad lineal promedio en metros por segundo.
Solución
Primero, convertimos el tiempo a segundos, ya que 1 minuto es igual a 60 segundos:
t=45 minutos=45×60 segundos=2700 segundos
Ahora usamos la fórmula de velocidad lineal promedio:
vpromedio=d/t=10 km / 2700 s =10000 m / 2700 s≈3.7 m/s
A velocidade linear média do corredor é de aproximadamente 3,7 metros por segundo.
Exercício 3
Dois trens se movem em direções opostas. O primeiro trem tem velocidade de 80 km/h e o segundo trem tem velocidade de 100 km/h. Qual é a velocidade relativa entre os dois trens?
Solução
Usamos a fórmula da velocidade relativa:
relativo v =v 1 −v 2 =80 km/h−100 km/h=−20 km/h
A velocidade relativa entre os dois trens é de 20 quilômetros por hora em direções opostas. O sinal negativo indica que eles estão se movendo em direções opostas.
