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Fisica 1° · 2024
Libro de Física 1 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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A que no te atreves: experimento para medir y analizar el MRUV

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 1° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

  1. Plan: rampa, marcadores cada 1,0 m, cronometraje, gráfico x–t parabólico. 2) a = 1,0 m/s². 3) MRUV = aceleración constante, x–t parábola. 4) Práctica experimental y cooperativa. 5) Predecir x, v y t. 6) Ascensores, trenes, deportes y caída libre.
📚 exercise fisica ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 37

Fisica 1° · 2024

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Ejercicio 1

— Diseño del experimento (Desafío)

Diseñar un experimento para medir y analizar el MRUV, con plan detallado de herramientas (cronómetros y marcadores), cálculo de la aceleración constante y representación gráfica de la posición en función del tiempo.

  1. Supongamos un objeto que se desplaza en línea recta sobre una mesa con una inclinación constante (un carrito que rueda por una rampa), de modo que reciba una aceleración constante en el sentido del movimiento.
  2. Se colocan marcadores (banderines) cada 1,0 \\, \\text{m} sobre el recorrido y se cronometra el tiempo t que tarda el objeto en pasar por cada marcador.
  3. Se registran los datos en una tabla de posición x versus tiempo t (por ejemplo t = 0,0; \\, 1,0; \\, 2,0; \\, 3,0 \\, \\text{s} y x = 0,0; \\, 0,5; \\, 2,0; \\, 4,5 \\, \\text{m}).
  4. Se calcula la velocidad media en cada intervalo usando \\bar{v} = \\frac{\\Delta x}{\\Delta t} = \\frac{x_f - x_i}{t_f - t_i} Por ejemplo, entre t=1{,}0 \\, \\text{s} y t=2{,}0 \\, \\text{s}: \\bar{v} = \\frac{2{,}0-0{,}5}{2{,}0-1{,}0} = \\frac{1{,}5}{1{,}0} = 1{,}5 \\, \\text{m/s}.
  5. La aceleración se obtiene a partir de la pendiente de la recta v versus t: a = \\frac{\\Delta v}{\\Delta t}
  6. Se grafica x versus t sobre papel cuadriculado; si los puntos forman una parábola (y v versus t una recta), el movimiento es MRUV.

Respuesta

Un plan válido incluye: rampa con inclinación fija, marcadores equiespaciados, cronometraje de tiempos en intervalos regulares, tabla x–t, cálculo de \\bar{v} en cada intervalo, obtención de a y construcción del gráfico posición-tiempo con forma parabólica.

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Ejercicio 2

— Gráfico posición-tiempo y análisis del MRUV

  1. Con los datos x = 0{,}0; \\, 0{,}5; \\, 2{,}0; \\, 4{,}5 \\, \\text{m} y t = 0{,}0; \\, 1{,}0; \\, 2{,}0; \\, 3{,}0 \\, \\text{s}, se observa que la aceleración es constante porque la posición crece de forma cuadrática.
  2. El modelo teórico del MRUV es x(t) = x_0 + v_0 t + \\frac{1}{2} a t^{2}
  3. Tomando x_0 = 0{,}0 \\, \\text{m} y v_0 = 0{,}0 \\, \\text{m/s}: 4{,}5 = \\frac{1}{2} a (3{,}0)^{2} \\Rightarrow 4{,}5 = \\frac{1}{2} a (9{,}0) \\Rightarrow a = \\frac{2 \\times 4{,}5}{9{,}0} = 1{,}0 \\, \\text{m/s}^{2}
  4. Verificación con t = 2{,}0 \\, \\text{s}: x = \\frac{1}{2}(1{,}0)(2{,}0)^{2} = 2{,}0 \\, \\text{m}, que coincide con el dato medido.

Respuesta

a = 1{,}0 \\, \\text{m/s}^{2}, valor constante, lo que confirma el MRUV.

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Ejercicio 3

— Metacognición (¿Qué he aprendido?)

  1. Aprendí las ecuaciones del MRUV: x(t) = x_0 + v_0 t + \\frac{1}{2} a t^{2} y v(t) = v_0 + a t.
  2. Aprendí a obtener la velocidad media mediante \\bar{v} = \\frac{\\Delta x}{\\Delta t} y la aceleración como la pendiente de la gráfica v–t.
  3. Aprendí que un gráfico de posición-tiempo con curvatura (parábola) indica aceleración constante, mientras que una recta indica movimiento uniforme.

Respuesta orientativa: El MRUV se caracteriza por aceleración constante; la gráfica x–t es parabólica y la gráfica v–t es una recta de pendiente a.


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Ejercicio 4

— ¿Cómo lo he aprendido?

  1. Trabajé de forma colaborativa en el diseño del experimento y en la recolección de datos.
  2. Usé herramientas tecnológicas como cronómetros y hojas de cálculo para organizar los datos.
  3. Elaboré gráficos manuales sobre papel cuadriculado y los comparé con los modelos teóricos.

Respuesta orientativa: Aprendí mediante la práctica experimental, el trabajo cooperativo y el uso de tecnologías para representar datos y verificar modelos.


5
Ejercicio 5

— ¿Para qué me ha servido?

  1. Sirve para predecir la posición y velocidad de un objeto en cualquier instante si se conocen x_0, v_0 y a.
  2. Es la base para estudiar caída libre (a = g \\approx 9{,}8 \\, \\text{m/s}^{2}), el tiro vertical y el tiro parabólico.
  3. Permite diseñar rampas, toboganes, carreras de arranque y sistemas de frenado seguros.

Respuesta orientativa: El MRUV es fundamental en ingeniería y transporte porque permite planificar recorridos, calcular tiempos y evitar accidentes por exceso de velocidad.


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Ejercicio 6

— ¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

  1. Al analizar el movimiento de un ascensor, un tren que acelera o un automóvil que frena de forma constante.
  2. En deportes: estudiar el descenso de un nadador en la salida o el frenado de un ciclista.
  3. En la vida cotidiana: calcular cuánto tarda en llegar un objeto en un tobogán o cuánto recorre un escalón móvil.

Respuesta orientativa: Puedo aplicar el modelo del MRUV cada vez que un móvil recibe una aceleración constante, ya sea en situaciones cotidianas, deportivas o industriales.

Contenido de la página

A que no te atreves

Tema: Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV)

Desafío: diseño un experimento para medir y analizar el MRUV. En este proceso, construyo un plan detallado que incluye la elección de herramientas como cronómetros y marcadores. Mi objetivo es calcular la aceleración constante del objeto y representar gráficamente su posición en función del tiempo.

Apoyo: utilizo cronómetros, reglas, papel cuadriculado y objetos con movimiento uniforme.

Orientaciones paso a paso:

  • Diseño un plan que me indica cómo medir el tiempo y la posición del objeto en intervalos regulares.
  • Desarrollo la habilidad de calcular la velocidad media del objeto durante el experimento.
  • Diseño y construyo el gráfico de posición-tiempo siguiendo guías precisas.

Reflexión: comparo los resultados obtenidos con mis expectativas iniciales y analizo si el objeto cumplió con las características del MRUV.

Identifico las habilidades matemáticas y de observación que he perfeccionado durante el experimento.

Reflexiono sobre los desafíos encontrados y cómo los superé, fortaleciendo así mi comprensión del tema.

METACOGNICIÓN (escalera de preguntas)

  1. ¿Qué he aprendido?
  2. ¿Cómo lo he aprendido?
  3. ¿Para qué me ha servido?
  4. ¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

Ejemplos resueltos

Un carrito parte del reposo sobre una rampa y pasa por los marcadores: t = 0,0; 1,0; 2,0; 3,0 s y x = 0,0; 0,5; 2,0; 4,5 m. Calcular la aceleración.

  1. Calcular la velocidad media entre t = 2,0 s y t = 3,0 s: \bar{v} = \\frac{4{,}5 - 2{,}0}{3{,}0 - 2{,}0} = 2{,}5 \\, \\text{m/s}. Entre t = 1,0 s y t = 2,0 s: \\bar{v} = \\frac{2{,}0 - 0{,}5}{1{,}0} = 1{,}5 \\, \\text{m/s}.
  2. Asumiendo v_0 = 0 y x_0 = 0, usar x = \\frac{1}{2} a t^{2} con t = 3,0 s: 4{,}5 = \\frac{1}{2} a (9{,}0).
  3. Despejar: a = \\frac{2 \\times 4{,}5}{9{,}0} = 1{,}0 \\, \\text{m/s}^{2}. Respuesta: a = 1{,}0 \\, \\text{m/s}^{2}, constante, lo que confirma el MRUV.

Tabla

Tiempo t (s) Posición x (m) Velocidad media (m/s)
0,0 0,0 —
1,0 0,5 0,5
2,0 2,0 1,5
3,0 4,5 2,5

Ejemplo de tabla de datos para un MRUV con a = 1,0 m/s² y v₀ = 0.

Diagrama

flowchart TD
    A[Planteamiento del problema] --> B[Diseño del plan experimental]
    B --> C[Selección de herramientas<br/>cronómetro, marcadores, reglas]
    C --> D[Medición de x y t en intervalos regulares]
    D --> E[Tabla de datos]
    E --> F[Cálculo de la velocidad media<br/>v = Δx/Δt]
    F --> G[Gráfico v–t: pendiente = a]
    G --> H{¿La pendiente es constante?}
    H -->|Sí| I[MRUV confirmado<br/>a = constante]
    H -->|No| J[Repetir medición / ajustar plan]
    I --> K[Gráfico x–t parabólico]
    K --> L[Reflexión y metacognición]

Fórmulas y ecuaciones

Ecuación de la posición en MRUV: x(t) = x_0 + v_0 t + \frac{1}{2} a t^{2}

Ecuación de la velocidad: v(t) = v_0 + a t

Velocidad media: \bar{v} = \\frac{\\Delta x}{\\Delta t}

x(t) = x_0 + v_0 t + \frac{1}{2} a t^{2}

v(t) = v_0 + a t

\bar{v} = \\frac{\\Delta x}{\\Delta t} = \\frac{x_f - x_i}{t_f - t_i}

a = \frac{\\Delta v}{\\Delta t}

Glosario (6)

MRUV
Movimiento de un móvil en línea recta que posee aceleración constante (nula o diferente de cero).
Aceleración constante
Variación uniforme de la velocidad con el tiempo; su gráfica v–t es una recta de pendiente a.
Velocidad media
Cociente entre el desplazamiento y el intervalo de tiempo en que ocurre: v̄ = Δx/Δt.
Intervalo regular
Franja de tiempo de igual duración usada para tomar mediciones comparables.
Marcadores
Señalizadores equiespaciados que permiten determinar la posición del móvil en cada instante.
Metacognición
Reflexión del estudiante sobre qué aprendió, cómo lo aprendió, para qué le sirve y dónde puede aplicarlo.

Preguntas para practicar

¿Qué he aprendido?

Aprendí las ecuaciones del MRUV (x = x_0 + v_0 t + ½ a t² y v = v_0 + a t), cómo calcular la velocidad media como Δx/Δt y cómo obtener la aceleración como la pendiente de la gráfica velocidad-tiempo; también que un gráfico posición-tiempo con curvatura parabólica indica aceleración constante.

¿Cómo lo he aprendido?

Lo aprendí mediante la práctica experimental: diseñé el plan de medición, tomé datos con cronómetros y marcadores, calculé velocidades medias, construí el gráfico posición-tiempo a mano sobre papel cuadriculado y confronté los resultados con el modelo teórico, además del trabajo colaborativo y el uso de tecnologías para organizar los datos.

¿Para qué me ha servido?

Me sirve para predecir la posición, velocidad y tiempo de un móvil si conozco x_0, v_0 y a; es la base para estudiar la caída libre (a = g ≈ 9,8 m/s²), el tiro vertical y el tiro parabólico, y para planificar recorridos, calcular tiempos de viaje y diseñar sistemas de frenado seguros.

¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

Puedo usarlo en la vida cotidiana (ascensores, escalones móviles), en el transporte (trenes y automóviles que aceleran o frenan), en deportes (salidas de natación, frenado de ciclistas) y en ingeniería industrial para diseñar rampas, toboganes y carreras de arranque.

Temas y conceptos clave

MRUV: diseño experimentalMedición de tiempo y posiciónVelocidad mediaAceleración constanteGráfico posición-tiempoMetacogniciónMRUVaceleración constantevelocidad mediaintervalo de tiempo regularmarcadorescronómetrográfico x–tparábolapendientemetacognición
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Figuras de la página (1)

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Preguntas que la gente también hace

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¿Cómo se calcula la aceleración constante a partir de un gráfico de velocidad versus tiempo?
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📌 Antes de leer esto
  • • Concepto de trayectoria, velocidad y aceleración
  • • Lectura e interpretación de gráficos en el plano cartesiano
  • • Operaciones con ecuaciones de segundo grado
  • • Uso de cronómetro y cinta métrica
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Caída libre como caso particular de MRUV (tiro vertical): ecuaciones, alcance y tiempo de vuelo.
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A que no te atreves

Tema: Movimiento Rectilineo Uniformemente Variado (MRUV)

Desafío: diseño un experimento para medir y analizar el MRUV. En este proceso, construyo un plan detallado que incluye la elección de herramientas como cronómetros y marcadores. Mi objetivo es calcular la aceleración constante del objeto y representar gráficamente su posición en función del tiempo.

Apoyo: utilizo cronómetros, reglas, papel cuadriculado y objetos con movimiento uniforme.

Orientaciones paso a paso:

e Diseño un plan que me indica cómo medir el tiempo y la posición del objeto en intervalos regulares. Desarrollo la habilidad de calcular la velocidad media del objeto durante el experimento. Diseño y construyo el gráfico de posición-tiempo siguiendo guías precisas.

Reflexión: comparo los resultados obtenidos con mis expectativas iniciales y analizo si el objeto cumplió con las características del MRUV.

Identifico las habilidades matemáticas y de observación que he perfeccionado durante el experimento.

Reflexiono sobre los desafíos encontrados y cómo los superé, fortaleciendo así mi comprensión del tema.

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¿En qué otras ocasiones puedo usarlo?

¿Para qué me ha servido? ¿Cómo lo he aprendido?

¿Qué he aprendido?

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