Movimiento de proyectiles para un objeto lanzado

La actividad del salto de bicicleta, al igual que otros deportes que
implican movimientos de vectores en direcciones perpendiculares,
requiere más práctica física que de análisis matemático. Las leyes de
la física se aplican a la actividad, sin importar si el ciclista tiene
conocimiento de ellas o no.
Movimiento de proyectiles para un objeto lanzado
horizontalmente
Los objetos que se lanzan en el aire son llamados proyectiles . El
camino que recorre un proyectil en movimiento se llama trayectoria .
La imagen del ciclista en la introducción del capítulo mostró su
trayectoria; cada objeto tiene una trayectoria, incluso cuando no
podemos verla, a esto se le llama movimiento de proyectiles , o
trayectoria de un objeto y se describe en términos de posición,
velocidad y aceleración. Incluso con sólo la ubicación, la velocidad y la
aceleración de un objeto, podemos calcular cuándo y dónde el objeto
caerá. Nuestro conocimiento de que los componentes perpendiculares
de vectores no se afectan entre sí nos permite analizar fácilmente el
movimiento de los proyectiles.
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En el diagrama, dos bolas (una rojo y una azul) se dejan caer al
mismo tiempo. La bola roja se libera sin movimiento horizontal y la
bola azul se ha caído, pero también ha tomado una velocidad
horizontal de 10 m / s. A medida que las bolas caen al suelo, se toma
una fotografía por cada segundo para que en 5 segundos, tengamos 5
imágenes de las dos bolas. Cada línea vertical en el diagrama
representa 5 m. Dado que la bola azul tiene una velocidad horizontal
de 10 m / s, verás que por cada segundo, la bola azul se ha movido en
sentido horizontal 10 m. Es decir, en cada segundo, la bola azul ha
aumentado su distancia horizontal por 10 m. Este movimiento
horizontal se debe a la velocidad constante de la pelota.
La bola roja se dejó caer hacia abajo sin velocidad horizontal y por lo
tanto, en cada segundo siguiente, la bola roja cae directamente hacia
abajo sin ningún movimiento horizontal. Las distancias crecientes
entre segundos en el movimiento de la bola roja indica que este
movimiento se está acelerando.
Un punto muy importante aquí es que el movimiento vertical de estas
dos bolas es idéntico. Es decir, cada una de ellas cae exactamente en
la misma distancia verticalmente en cada segundo. La velocidad
horizontal constante de la bola azul no tiene efecto en su movimiento
vertical acelerado. Por lo tanto, el movimiento vertical de la bola azul
puede ser analizado exactamente con el movimiento vertical de la bola
roja.
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Ejemplo 1
Si una flecha es disparada con un arco con una velocidad
perfectamente horizontal de 60,0 m / s, y la flecha iba a 2,00 m por
encima del suelo cuando fue lanzada, hasta dónde la flecha vuela
horizontalmente antes de que toque el suelo?
Solución
Este problema se resuelve determinando en cuánto tiempo se tardó la
flecha en caer al suelo exactamente como si la flecha se dejara caer
sin velocidad horizontal. El tiempo necesario para que la fleche caiga al
suelo será el mismo tiempo en que la flecha vuele horizontalmente a
60,0 m / s, por lo que
El tiempo requerido por la caída se multiplica por la velocidad
horizontal para obtener la distancia horizontal.
Ejemplo 2
Una roca fue lanzada horizontalmente desde un acantilado de 100,0
m. Se golpea contra el suelo a 90,0 m de la base del acantilado. ¿A
qué velocidad fue lanzado?
Solución
Podemos calcular cuánto tiempo le toma a una roca para caer a 100,0
m y luego dividir este tiempo en la distancia horizontal para obtener la
velocidad horizontal.
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Resumen
• Los
componentes perpendiculares de los vectores no poseen
influencia entre sí.
• El movimiento horizontal de un proyectil no influye en su caída libre.
Ejercicios
1)Si se dispara una bala de un rifle de alta potencia a la hora exacta
en la que una bala duplicada se deja caer con la mano cerca del cañón
del rifle, cuál bala tocará primero el suelo?
A) La bala lanzada directamente hacia abajo
B) La bala disparada horizontalmente
C) Ambas tocaron el suelo al mismo tiempo
2)Un cañón es disparado desde el borde de un pequeño acantilado. La
altura del acantilado es de 80,0 m. La bala del cañón se dispara con
una velocidad perfectamente horizontal de 80,0 m / s. ¿Hasta dónde
podrá volar horizontalmente la bala del canon antes de que toque el
suelo?
3)Un clavadista corriendo 3,60 m / s se zambulle horizontalmente
desde el borde de un acantilado vertical y alcanza el agua en menos
de 2,00 s después. ¿Qué tan alto es el acantilado y que tan lejos de la
base del acantilado se encontraba el buzo al caer al agua?
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