1.2 Vector velocidad
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Observa en la imagen la posición que ocupan los corredores. ¿Cuál de ellos es el más rápido? La respuesta es clara: aquél que recorra la mayor distancia en el menor tiempo. Para indicarlo se utiliza una magnitud física, la velocidad.
La velocidad mide la rapidez con que un móvil cambia su posición. En el Sistema Internacional de unidades se mide en metros por segundo (m/s).
De esta forma, si un coche lleva una velocidad de 30 m/s en un momento determinado, significa que recorrerá 30 metros en cada segundo si mantiene constante esa velocidad.
Pero ¿y si ve un obstáculo en la carretera y frena para evitar el accidente? La velocidad ya no es constante, porque el móvil se desplaza cada vez más despacio, hasta que llega a detenerse. Decimos que lleva aceleración, ya que la aceleración mide la rapidez del cambio de velocidad.
Velocidades media e instantánea
Cuando un objeto se mueve, la velocidad que lleva en un momento determinado de su movimiento se llama velocidad instantánea. Se entiende por momento un intervalo de tiempo tan pequeño como para que la velocidad se mantenga constante en ese intervalo.
En el siguiente documento puedes ver el concepto matemático de velocidad instantánea como derivada.
La velocidad media indica la velocidad promedio durante un tiempo apreciable, durante el cual la velocidad ha podido modificarse. Por ejemplo, un coche parte de una ciudad A y llega 5 horas después a una ciudad B, situada a 400 km. La velocidad media es obviamente de 80 km/h (400 km en 5 horas; 400 km/5 h= 80 km/h). ¿Significa que el marcador del coche siempre ha estado marcando 80 km/h? Evidentemente, no: ha podido ir un poco más deprisa o más lentamente, pararse a descansar, etcétera.
Unidades de la rapidez
Y hablando de coches y motos, su velocidad se suele indicar en km/h, en lugar de en m/s, que es la unidad del SI. ¿Recuerdas la equivalencia hay entre ellas? Fíjate en la siguiente conversión de unidades:
Despejando la igualdad, 1 m/s = 3,6 km/h. Por tanto, una rapidez de 20 m/s corresponde a 72 km/h.
Actividad
Rapidez y velocidad
Cuando decimos que la velocidad de un coche debe ser como máximo de 50 km/h cuando circula en ámbitos urbanos, en realidad nos estamos refiriendo a la magnitud del vector velocidad, a su módulo, que recibe el nombre de rapidez o celeridad.
En ese sentido, el marcador de los coches no indica la velocidad, sino la rapidez (¡por lo que habría que llamarlo "rapidímetro" o "celerímetro" en lugar de velocímetro!): la velocidad es una magnitud vectorial, mientras que la rapidez es un escalar.
En la vida diaria, se utiliza el término velocidad en lugar de la rapidez: se dice que un autobús lleva una velocidad de 80 km/h, cuando se está indicando su rapidez. Se tiene en cuenta la dirección y el sentido del movimiento cuando resulta necesario.
Expresión del vector velocidad en función de sus componentes
Como ya sabes, la velocidad es una magnitud vectorial y su dirección es tangente a la trayectoria en cada punto. Como siempre se utiliza la representación en el plano xy, las componentes del vector velocidad se obtienen con facilidad.
Determinación de la rapidez
Como la rapidez es el módulo del vector velocidad, solamente tenemos que utilizar el teorema de Pitágoras, como ya se ha visto antes con el vector de posición:
Significado de la velocidad negativa
¿Qué quiere decir que un objeto lleva velocidad negativa? Vamos a analizar el caso más sencillo, comparando el caso de dos objetos que se mueven sobre la misma línea recta (que asociamos al eje matemático x) llevando velocidades respectivas y constantes de 5 m/s el móvil A y de -5 m/s el móvil B.
Vectorialmente, ambas velocidades se expresan como:
En ambos casos, el módulo del vector es 5, por lo que la rapidez del movimiento también es 5. Es decir, los dos móviles recorren 5 metros en cada segundo. Entonces ¿dónde está la diferencia?: en que el móvil a se mueve en el sentido positivo del eje x (hacia la derecha), mientras que el b lo hace en el sentido negativo (hacia a la izquierda).