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Fisica 1° · 2024
Libro de Física 1 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Choque entre coche azul y rojo: ángulo, componentes y velocidad inicial

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

a) \theta \approx 37^\circ desde el origen (origen en el impacto). b) v_x \approx 4{,}8 \, \text{m/s} y v_y \approx 3{,}6 \, \text{m/s}. c) v_B = 9{,}6 \, \text{m/s} (con datos ilustrativos: p_{\text{antes}} = p_{\text{después}} = 9600 \, \text{kg·m/s}).

📚 exercise fisica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 2 min lectura

Solución — Página 68

Fisica 1° · 2024

10
Ejercicio 10

Respondo las siguientes preguntas con base en los datos obtenidos en la actividad anterior, utilizando argumentos, dibujo y cálculo. Tomo en cuenta que el origen de coordenadas se encuentra en la posición de impacto.

Nota metodológica: esta página no trae los datos numéricos (masas, velocidades finales y trazas medidas); provienen de la actividad anterior. Se desarrolla el procedimiento completo con valores ilustrativos consistentes: m_{\text{azul}} = 1000 \, \text{kg}, m_{\text{rojo}} = 1200 \, \text{kg}; tras el choque, el azul sale a 6 \, \text{m/s} en el I cuadrante y el rojo a 5 \, \text{m/s} en el IV cuadrante.

a
Parte 10.a

¿Con qué ángulo salieron tras el choque?

  1. Como el origen está en el punto de impacto, las trayectorias de salida son rectas desde (0,0).
  2. Para cualquier trayectoria que sale del origen con coordenadas (x,y): \tan\theta = \dfrac{y}{x}, es decir \theta = \arctan\left(\dfrac{y}{x}\right).
  3. Con los datos de la actividad previa (coche azul: y = 3.6 \, \text{m} en x = 4.8 \, \text{m}, medidos sobre el cartograma con el origen en el impacto): \theta = \arctan\left(\frac{3.6}{4.8}\right) = \arctan(0{,}75) \approx 37^\circ
  4. Argumento físico: el ángulo de salida coincide con la dirección del vector momento lineal de ese vehículo, por eso se calcula con la razón de sus componentes.
Respuesta

el coche azul salió a \theta \approx 37^\circ sobre el eje X (primer cuadrante); el coche rojo salió a \approx 37^\circ bajo el eje X (cuarto cuadrante).

b
Parte 10.b

Descomposición de la velocidad en componentes X e Y

Esquema de la descomposición:

flowchart LR
  O((O\nimpacto)) --> V["v = 6 m/s"]
  V --- Cx["v_x = v·cos θ"]
  V --- Cy["v_y = v·sin θ"]
  1. Si la magnitud de la velocidad es v y forma el ángulo \theta con el eje X: v_x = v\cos\theta, \qquad v_y = v\sin\theta
  2. Sustituyendo v = 6 \, \text{m/s} y \theta = 37^\circ (\cos 37^\circ = 0{,}8, \sin 37^\circ = 0{,}6): v_x = 6\cos 37^\circ = 6(0{,}8) = 4{,}8 \, \text{m/s} v_y = 6\sin 37^\circ = 6(0{,}6) = 3{,}6 \, \text{m/s}
  3. Comprobación de la magnitud: v = \sqrt{v_x^2 + v_y^2} = \sqrt{4{,}8^2 + 3{,}6^2} = \sqrt{23{,}04 + 12{,}96} = \sqrt{36} = 6 \, \text{m/s} \ \checkmark
Respuesta

v_x \approx 4{,}8 \, \text{m/s} (componente horizontal) y v_y \approx 3{,}6 \, \text{m/s} (componente vertical, hacia arriba).

c
Parte 10.c

Velocidad del coche azul al impactar con el rojo

Esquema antes y después de la colisión (el rojo permanece detenido en el origen, el azul avanza por el eje X):

flowchart TB
  subgraph Antes[ANTES — t < t₀]
    A["coche azul: v_B hacia +X"] --> B["coche rojo detenido en O"]
  end
  subgraph Despues[DESPUÉS — t > t₀]
    A2["coche azul: v_B' = 6 m/s a 37°"] --> B2["coche rojo: v_A' = 5 m/s a 37° bajo X"]
  end
  Antes --> Despues
  1. Principio a aplicar: en una colisión, el momento lineal total se conserva en cada eje (los rozamientos externos son despreciables durante el impacto): \vec{p}_{\text{antes}} = \vec{p}_{\text{después}} \quad \Longrightarrow \quad m_{\text{azul}}\vec{v}_B + m_{\text{rojo}}\vec{v}_A = m_{\text{azul}}\vec{v}'_B + m_{\text{rojo}}\vec{v}'_A
  2. Eje Y: como el rojo está detenido y el azul va por el eje X, el momento inicial en Y es cero. Se exige: m_{\text{rojo}}v'_{Ay} + m_{\text{azul}}v'_{By} = 0 \ \Rightarrow\ 1200(5)(-\sin 37^\circ) + 1000(6)(\sin 37^\circ) = 0 \ \checkmark
  3. Eje X: se iguala el momento inicial y final: m_{\text{azul}}v_B = m_{\text{azul}}v'_{Bx} + m_{\text{rojo}}v'_{Ax}
  4. Sustituyendo los valores (v'_{Bx} = 6\cos37^\circ = 4{,}8 \, \text{m/s} y v'_{Ax} = 5\cos37^\circ = 4{,}8 \, \text{m/s}): 1000\,v_B = 1000(4{,}8) + 1200(4{,}8) = 4800 + 5760 = 9600 \, \text{kg·m/s}
  5. Despejo: v_B = \frac{9600}{1000} = 9{,}6 \, \text{m/s}
  6. Verificación: p_{\text{antes}} = p_{\text{después}} = 9600 \, \text{kg·m/s}; la energía cinética disminuyó (E_k^{\text{antes}} = \tfrac{1}{2}(1000)(9{,}6)^2 = 46{,}08 \, \text{kJ}, E_k^{\text{después}} = \tfrac{1}{2}(1000)(6)^2 + \tfrac{1}{2}(1200)(5)^2 = 18{,}0 + 15{,}0 = 33{,}0 \, \text{kJ}), lo que confirma que se trata de una colisión inelástica (con deformación), sin que se pierda momento lineal.

Criterio de verificación general: reemplaza los valores ilustrativos por los de tu actividad previa y repite los mismos cuatro pasos: (1) \theta = \arctan(y/x); (2) v_x = v\cos\theta, v_y = v\sin\theta; (3) momento en Y igual a cero; (4) momento en X para despejar v_B.

Respuesta

el coche azul llevaba v_B = 9{,}6 \, \text{m/s} al momento de impactar con el rojo.

Contenido de la página

Página 67 — Texto de Física

10. Respondo las siguientes preguntas con base en los datos obtenidos en la actividad anterior.

Utilizo argumentos, dibujo y cálculo, de ser necesario. Tomo en cuenta que el origen de coordenadas se encuentra en la posición de impacto.

a) ¿Con qué ángulo salieron tras el choque?

(espacio cuadriculado para dibujar la geometría desde el origen en el punto de impacto)

b) Realizo un esquema que muestre la descomposición de la velocidad tras el choque en sus componentes X y Y. Calculo el valor de estos componentes.

(espacio cuadriculado para el diagrama de componentes)

c) Con los datos conocidos, realizo un esquema que refleje la situación antes y después de la colisión y, basándome en él, calculo la velocidad que llevaba el coche azul cuando impactó con el rojo.

(espacio cuadriculado para el esquema anterior/posterior y el desarrollo)

Ejemplos resueltos

Ejemplo ilustrativo: tras el choque, el coche azul se aleja a 6 \, \text{m/s} en el primer cuadrante y el rojo a 5 \, \text{m/s} en el cuarto cuadrante, ambos con 37^\circ respecto al eje X; m_{\text{azul}} = 1000 \, \text{kg} y m_{\text{rojo}} = 1200 \, \text{kg}. El rojo estaba detenido en el impacto. ¿A qué velocidad iba el azul?

Momento en Y: 1200(5)(-\sin 37^\circ) + 1000(6)(\sin 37^\circ) = -3600 + 3600 = 0 \ \checkmark. Momento en X: 1000\,v_B = 1000(6\cos 37^\circ) + 1200(5\cos 37^\circ) = 4800 + 5760 = 9600. Por lo tanto v_B = 9{,}6 \, \text{m/s}.

Tabla

Magnitud Antes del choque Después del choque
Coche azul v_B = 9{,}6 \, \text{m/s} (por el eje X) v'_B = 6 \, \text{m/s} a 37^\circ sobre X
Coche rojo v_A = 0 (detenido en O) v'_A = 5 \, \text{m/s} a 37^\circ bajo X
Momento en Y 0 0
Momento en X 9600 \, \text{kg·m/s} 4800 + 5760 = 9600 \, \text{kg·m/s}
Energía cinética 46{,}08 \, \text{kJ} 33{,}0 \, \text{kJ}

Diagramas (2)

flowchart LR
  O((O \n impacto)) --> V["v = 6 m/s"]
  V --- Cx["v_x = v cos θ"]
  V --- Cy["v_y = v sin θ"]
flowchart TB
  subgraph Antes[ANTES]
    A["coche azul: v_B →"] --> B["coche rojo detenido en O"]
  end
  subgraph Despues[DESPUÉS]
    A2["azul: v_B' = 6 m/s, 37°"] --> B2["rojo: v_A' = 5 m/s, 37° bajo X"]
  end
  Antes --> Despues

Fórmulas y ecuaciones

\theta = \arctan(y/x)

v_x = v\cos\theta, v_y = v\sin\theta

\sum \vec{p}_{\text{antes}} = \sum \vec{p}_{\text{después}} (por eje)

\theta = \arctan\left(@@MATH_0@@\right)

v_x = v\cos\theta

v_y = v\sin\theta

v = \sqrt{v_x^2 + v_y^2}

m_{@@MATH_0@@\text{rojo}}\vec{v}_A = m_{@@MATH_1@@\text{rojo}}\vec{v}'_A

m_{@@MATH_0@@}v_B = m_{@@MATH_1@@}v'_{Bx} + m_{@@MATH_2@@}v'_{Ax}

E_k = \frac{1}{2}mv^2

Glosario (5)

Momento lineal
Producto de la masa de un cuerpo por su velocidad (p = mv); es una magnitud vectorial cuya conservación rige las colisiones.
Colisión
Interacción breve entre dos cuerpos en la que se intercambian fuerzas internas y se transfieren momento lineal.
Componentes de un vector
Proyecciones de un vector sobre los ejes X e Y, obtenidas con seno y coseno: v_x = v·cosθ y v_y = v·sinθ.
Colisión inelástica
Colisión en la que parte de la energía cinética se transforma en energía interna y deformación; el momento lineal sí se conserva.
Origen de coordenadas
Punto de referencia desde el cual se miden todas las posiciones; en esta actividad se sitúa en la posición de impacto.

Preguntas para practicar

10.a ¿Por qué es legítimo calcular el ángulo de salida con θ = arctan(y/x) si el origen está en el punto de impacto?

Porque si el origen se sitúa en el punto de impacto, la trayectoria de cada vehículo después del choque parte de (0,0), de modo que la recta que sigue coincide con la recta que une el origen con cualquier punto medido de su rastro. En ese triángulo rectángulo, y es el cateto opuesto y x el cateto adyacente al ángulo θ, y por definición tan θ = y/x, de donde θ = arctan(y/x). Si el origen estuviera en otro punto habría que restar coordenadas antes de aplicar la razón.

10.c ¿Por qué se puede ignorar la energía cinética perdida en la colisión al calcular la velocidad inicial del coche azul?

Porque el principio que permite determinar las velocidades desconocidas es la conservación del momento lineal, y este principio se cumple aunque la colisión sea perfectamente inelástica; la energía sí se pierde (se transforma en calor, sonido y deformación de los vehículos), pero el momento se conserva mientras las fuerzas externas sean despreciables. Por eso se escribe siempre la ecuación de momentos en cada eje en vez de la de energía.

¿Qué función cumple la cuadrícula del libro en estas tres actividades?

La cuadrícula actúa como retícula de medida: permite trazar los ejes X e Y con escala conocida, ubicar el origen en el punto de impacto, dibujar los vectores velocidad con longitud proporcional a su magnitud y leer directamente las coordenadas de los puntos de la trayectoria. Así el dibujo no es decorativo sino que es la fuente de los datos (x, y) que luego entran en los cálculos de θ y de las componentes.

Temas y conceptos clave

Conservación del momento lineal en 2DDescomposición de la velocidadÁngulo a partir de coordenadasColisión inelásticamomento linealcolisióncomponentes cartesianasángulo de salidaorigen de coordenadasenergía cinética

Fuentes y referencias

  • Bachillerato General Unificado — Texto de Física 1 (Ecuador, 2024)
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Figuras de la página (1)

Enunciado del ejercicio 10 con la consigna de responder con argumentos, dibujo y cálculo, indicando que el origen de coordenadas está en la posición de impacto.
Figura 1 image

Preguntas que la gente también hace

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📌 Antes de leer esto
  • • Vectores: magnitud, dirección y sentido
  • • Componentes de un vector con seno y coseno
  • • Ley de conservación del momento lineal
  • • Unidades SI: kg, m/s, kg·m/s, J
Siguiente tema sugerido
Energía cinética y coeficiente de restitución en colisiones
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 654 caracteres
  1. Respondo las siguientes preguntas con base en los datos obtenidos en la actividad anterior. utilizo argumentos, dibujo y calculo, de ser necesario. Tomo en cuenta que el origen de

coordenadas se encuentra en la posición de impacto:

a) ¿Con qué ángulo salieron tras el choque?

b) Realizo un esquema que muestre la descomposición de la velocidad tras el choque en sus

componentes X y Y. Calculo el valor por estos componentes.

c) Con los datos conocidos, realizo un esquema que refleje la situación antes y después de la colisión y, basdndome en él, calculo la velocidad que llevaba el coche azul cuando impactó con

el rojo.

Texto de Física | ¿7

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