Cálculo de rapidez angular y lineal en movimiento circular

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Question:

f. Un automóvil acelera de forma constante, formando una circunferencia perfecta durante su trayecto. Se estima que dicho automóvil se tarda 10 segundos en dar una vuelta completa. (a) ¿Cuál sería su rapidez angular? (b) Si el radio que forma el auto durante su movimiento es de 1,5 metros, ¿Cuál es la rapidez lineal que alcanza?

Answer:

Para resolver el problema, vamos a utilizar las fórmulas de movimiento circular.

(a) Cálculo de la rapidez angular

La rapidez angular (( \omega )) se puede calcular utilizando la fórmula:

[ \omega = \frac{\Delta \theta}{\Delta t} ]

Donde:

  • ( \Delta \theta ) es el cambio en el ángulo en radianes.
  • ( \Delta t ) es el tiempo en segundos.

Dado que el automóvil da una vuelta completa, el cambio en el ángulo es ( 2\pi ) radianes. El tiempo que tarda en dar una vuelta completa es de 10 segundos.

Sustituyendo los valores:

[ \omega = \frac{2\pi , \text{rad}}{10 , \text{s}} = \frac{2\pi}{10} , \text{rad/s} = \frac{\pi}{5} , \text{rad/s} \approx 0.628 , \text{rad/s} ]

(b) Cálculo de la rapidez lineal

La rapidez lineal (( v )) se relaciona con la rapidez angular mediante la fórmula:

[ v = r \cdot \omega ]

Donde:

  • ( r ) es el radio de la circunferencia (1.5 metros en este caso).
  • ( \omega ) es la rapidez angular que acabamos de calcular.

Sustituyendo los valores:

[ v = 1.5 , \text{m} \cdot \frac{\pi}{5} , \text{rad/s} ]

Calculando:

[ v = 1.5 \cdot \frac{3.1416}{5} \approx 1.5 \cdot 0.628 \approx 0.942 , \text{m/s} ]

Resumen de resultados

(a) La rapidez angular es aproximadamente ( 0.628 , \text{rad/s} ).

(b) La rapidez lineal es aproximadamente ( 0.942 , \text{m/s} ).