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Fisica 3° · 2024
Libro de Física 3 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Cinemática de rotación: comparación de las ruedas A y B

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 3° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

Parte a: correctas 1, 4, 5, 7; incorrectas 2, 3, 6, 8. Parte b: proposiciones incorrectas 1, 3, 4 y 6 (α, a_c centrípeta y período no son iguales al diferir los radios).

📚 exercise fisica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 7 min lectura

Solución — Página 41

Fisica 3° · 2024

40
Ejercicio 40

a (tabla superior)

Enunciado: juzgar las proposiciones sobre dos ruedas A y B que, según el enunciado de la página previa, giran con la misma rapidez angular, con radio mayor de la rueda A, es decir R_A > R_B.

Modelo de ruedas que ruedan sin deslizar: v = \omega R, a_c = \omega^2 R = \dfrac{v^2}{R}, s = R\,\Delta\theta y T = \dfrac{2\pi}{\omega}.

  1. "El módulo de la velocidad angular es el mismo para ambas ruedas": por hipótesis \omega_A = \omega_B = \omega. Correcta.
  2. "La aceleración centrípeta en la parte más externa es igual para ambos casos": a_c = \omega^2 R, con \omega igual pero R_A > R_B se obtiene a_{cA} = \omega^2 R_A > \omega^2 R_B = a_{cB}. Incorrecta.
  3. "\omega_A < \omega_B": contradice la hipótesis \omega_A = \omega_B. Incorrecta.
  4. "La aceleración centrípeta de la rueda A es mayor que la de la rueda B": como a_c \propto R para el mismo \omega, se cumple a_{cA} > a_{cB}. Correcta.
  5. "Para una revolución el desplazamiento angular de ambas ruedas es el mismo": \Delta\theta = 2\pi \, \text{rad} para ambas. Correcta.
  6. "Para una revolución el desplazamiento lineal o arco es el mismo": s = R\,\Delta\theta = 2\pi R, y 2\pi R_A \neq 2\pi R_B. Incorrecta.
  7. "El tiempo que demoran ambas ruedas en dar una revolución completa es el mismo": T = \dfrac{2\pi}{\omega} es igual al ser iguales las \omega. Correcta.
  8. "La distancia que recorre la rueda B es mayor que la de la rueda A": por revolución recorren 2\pi R; con R_B < R_A, la rueda B recorre menos. Incorrecta.
Respuesta

correctas 1, 4, 5 y 7; incorrectas 2, 3, 6 y 8.

40
Ejercicio 40

b (tabla inferior)

Enunciado: ambas ruedas parten del reposo con la misma aceleración tangencial a_t aplicada, hasta alcanzar la misma velocidad lineal v y mantener luego la rapidez constante. Seleccionar las proposiciones incorrectas.

  1. "El módulo de la aceleración angular de ambas ruedas es la misma": \alpha = \dfrac{a_t}{R}. Con la misma a_t pero R_A > R_B, \alpha_A = \dfrac{a_t}{R_A} < \dfrac{a_t}{R_B} = \alpha_B. INCORRECTA.
  2. "La aceleración angular de la rueda B es mayor que la de A": \alpha_B > \alpha_A por ser R_B < R_A. Correcta.
  3. "La aceleración centrípeta de ambas ruedas es la misma": en la fase de rapidez constante, a_c = \dfrac{v^2}{R}; al ser la v igual pero los radios distintos, a_{cA} < a_{cB}. INCORRECTA.
  4. "La aceleración centrípeta de la rueda A es mayor que la de B": se cumple lo contrario, a_{cA} < a_{cB}. INCORRECTA.
  5. "El tiempo en alcanzar la velocidad angular constante es el mismo": con v = a_t t se despeja t = \dfrac{v}{a_t}; al ser iguales v y a_t, ambos tardan t = \dfrac{v}{a_t}. Correcta.
  6. "El tiempo en dar una revolución completa es el mismo": T = \dfrac{2\pi}{\omega} = \dfrac{2\pi R}{v}; con la misma v y R_A > R_B, T_A > T_B. INCORRECTA.
  7. "El módulo de la velocidad final de ambas partículas es el mismo": la velocidad lineal final de un punto de la rueda es v, la misma para ambas por construcción. Correcta.
  8. "La distancia lineal recorrida por ambas partículas es la misma": ambas tienen el mismo perfil v(t) (arranque con a_t y luego v constante), luego x_A(t) = x_B(t) en todo instante. Correcta.

Verificación numérica: tomando R_A = 2\,\text{m}, R_B = 1\,\text{m}, a_t = 2\,\text{m/s}^2 y v = 10\,\text{m/s}: \alpha_A = 1\,\text{rad/s}^2 < \alpha_B = 2\,\text{rad/s}^2; a_{cA} = \frac{100}{2} = 50\,\text{m/s}^2 < a_{cB} = \frac{100}{1} = 100\,\text{m/s}^2; t = \frac{10}{2} = 5\,\text{s} para ambas; T_A = \frac{2\pi(2)}{10} \approx 1{,}26\,\text{s} > T_B = \frac{2\pi(1)}{10} \approx 0{,}63\,\text{s}; distancia recorrida a t = 5\,\text{s}: \frac{1}{2}(2)(5)^2 = 25\,\text{m} para ambas.

Respuesta

las proposiciones incorrectas son la 1, la 3, la 4 y la 6.

Contenido de la página

Página 40 — Texto de Física

Parte a (tabla superior): juzgar las siguientes proposiciones sobre dos ruedas, A y B, de distinto radio (R_A > R_B) que, según el enunciado de la página anterior, giran con la misma rapidez angular.

# Proposición
1 El módulo de la velocidad angular es el mismo para ambas ruedas [OCR: "moscovitas" — probable error].
2 El módulo de la aceleración centrípeta en la parte más externa es igual para ambos casos.
3 El módulo de la velocidad angular de la rueda A es menor que la velocidad angular de la rueda B.
4 El módulo de la aceleración centrípeta de la rueda A es mayor que la de la rueda B.
5 Para una revolución el desplazamiento angular de ambas ruedas es el mismo.
6 Para una revolución el desplazamiento lineal o arco es el mismo.
7 El tiempo que demoran ambas ruedas en dar una revolución completa es el mismo.
8 La distancia que recorre la rueda B es mayor que la de la rueda A.

Parte b: "Si ambas ruedas parten del reposo con una aceleración tangencial igual aplicada, hasta tener la misma velocidad lineal y mantener la rapidez constante. Selecciono la o las proposiciones incorrectas."

# Proposición
1 El módulo de la aceleración angular de ambas ruedas es la misma.
2 El módulo de la aceleración angular de la rueda B es mayor que la de A.
3 El módulo de la aceleración centrípeta de ambas ruedas es la misma.
4 El módulo de la aceleración centrípeta de la rueda A es mayor que la de la rueda B.
5 El tiempo que tardan en alcanzar la velocidad angular constante es el mismo.
6 El tiempo que tardan en dar una revolución completa es el mismo.
7 El módulo de la velocidad final de ambas partículas es el mismo.
8 La distancia lineal recorrida por ambas partículas es la misma.

Nota: el planteamiento inicial (radios de las ruedas y condición de la parte a) aparece en la página 39.

Ejemplos resueltos

Dos ruedas giran con la misma rapidez angular y radios R_A = 2\,\text{m}, R_B = 1\,\text{m}. Comparar sus aceleraciones centrípetas en el borde.

Con \omega = 5\,\text{rad/s}: a_{cA} = \omega^2 R_A = 25(2) = 50\,\text{m/s}^2 y a_{cB} = 25(1) = 25\,\text{m/s}^2; por lo tanto a_{cA} > a_{cB}.

Dos ruedas parten del reposo con a_t = 2\,\text{m/s}^2 hasta alcanzar v = 10\,\text{m/s} con R_A = 2\,\text{m} y R_B = 1\,\text{m}.

t = v/a_t = 5\,\text{s} (igual para ambas); \alpha_A = a_t/R_A = 1\,\text{rad/s}^2, \alpha_B = 2\,\text{rad/s}^2; T_A = 2\pi R_A/v \approx 1{,}26\,\text{s} y T_B \approx 0{,}63\,\text{s}.

Tablas (2)

# Proposición (parte a, ω igual) Veredicto
1 La velocidad angular es la misma para ambas ruedas Correcta
2 La aceleración centrípeta en el borde es igual en ambos casos Incorrecta
3 ω_A < ω_B Incorrecta
4 a_c de A es mayor que a_c de B Correcta
5 Por revolución el desplazamiento angular es el mismo Correcta
6 Por revolución el arco es el mismo Incorrecta
7 El tiempo por revolución completo es el mismo Correcta
8 La rueda B recorre mayor distancia que A Incorrecta
# Proposición (parte b, misma a_t y misma v final) Veredicto
1 La aceleración angular de ambas ruedas es la misma INCORRECTA
2 La aceleración angular de B es mayor que la de A Correcta
3 La aceleración centrípeta de ambas ruedas es la misma INCORRECTA
4 La aceleración centrípeta de A es mayor que la de B INCORRECTA
5 El tiempo hasta la velocidad angular constante es el mismo Correcta
6 El tiempo por revolución completa es el mismo INCORRECTA
7 La velocidad final lineal de ambas partículas es la misma Correcta
8 La distancia lineal recorrida por ambas es la misma Correcta

Diagrama

flowchart LR
  A["Ruedas A y B: R_A > R_B"] --> B{"¿Misma ω?"}
  B -->|Sí| C["a_c = ω²R ⇒ a_cA > a_cB"]
  B -->|No: misma a_t y misma v final| D["α = a_t/R ⇒ α_A < α_B"]
  D --> E["a_c = v²/R ⇒ a_cA < a_cB"]
  D --> F["T = 2πR/v ⇒ T_A > T_B"]
  C --> G["T = 2π/ω ⇒ T_A = T_B"]

Fórmulas y ecuaciones

v = \omega R

a_c = \omega^2 R

T = \frac{2\pi}{\omega}

v = \omega R

a_c = \omega^2 R = \frac{v^2}{R}

\alpha = \frac{a_t}{R}

T = \frac{2\pi}{\omega}

s = R\,\Delta\theta = 2\pi R

v = a_t t \Rightarrow t = \frac{v}{a_t}

x = \frac{v^2}{2a_t}

Glosario (5)

Velocidad angular
Rapidez de giro de un cuerpo alrededor de un eje, medida en rad/s; se relaciona con la velocidad lineal por v = ωR.
Aceleración centrípeta
Aceleración dirigida al centro de un movimiento circular, de módulo a_c = ω²R = v²/R, que cambia solo la dirección de la velocidad.
Aceleración tangencial
Componente de la aceleración paralela a la trayectoria, que cambia el módulo de la rapidez; α = a_t/R.
Período de rotación
Tiempo que tarda un cuerpo en completar una revolución, T = 2π/ω.
Desplazamiento angular
Ángulo barrido por un punto o un punto material; una revolución equivale a 2π rad.

Preguntas para practicar

¿Por qué la aceleración centrípeta es distinta en dos ruedas que giran con la misma rapidez angular?

Porque a_c = ω²R depende del radio: con ω igual, la rueda de mayor radio (A) tiene mayor aceleración centrípeta en su borde, pues sus puntos deben cambiar de dirección más rápidamente para mantenerse en la misma órbita de giro.

¿Qué significa que ambas ruedas recorran la misma distancia lineal en el mismo tiempo si sus velocidades angulares finales son distintas?

Significa que la distancia lineal solo depende del perfil v(t): al ser iguales la aceleración tangencial y la velocidad final, ambas ruedas tienen el mismo v(t), de modo que recorren la misma distancia aunque la rueda A gire con menor rapidez angular, por tener mayor radio (v = ωR).

Temas y conceptos clave

Cinemática de rotación de ruedasComparación de magnitudes angulares entre dos ruedas de distinto radioEvaluación de proposiciones correctas e incorrectasvelocidad angular ωaceleración angular αaceleración centrípetaaceleración tangencialperíodo de rotaciónarco y desplazamiento angularvelocidad lineal v = ωR

Fuentes y referencias

  • Texto de Física, BGU 3, Ecuador, 2024, pág. 40 (y contexto en pág. 39).
¿Te fue útil esta página?

Preguntas que la gente también hace

¿Cómo se relacionan la velocidad lineal y la velocidad angular en una rueda que rueda sin deslizar?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Por qué la aceleración centrípeta es mayor en la rueda de menor radio si ambas giran con la misma rapidez angular?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué le ocurre al período de rotación de dos ruedas con la misma velocidad lineal y radios distintos?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Relación v = ωR para ruedas sin deslizar
  • • Fórmulas de aceleración centrípeta a_c = ω²R = v²/R
  • • Cinemática lineal de arranque con aceleración constante
  • • Concepto de período de rotación T = 2π/ω
Siguiente tema sugerido
Movimiento rotacional con aceleración angular constante y comparación con el movimiento lineal (pág. 42).
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1430 caracteres

El módulo de la velocidad angular es el mismo para ambas ruedas moscovitas.

El módulo de la aceleración centrípeta en la parte más externa es igual para ambos casos.

El módulo de la velocidad angular de la rueda A es menor que la velocidad angular de la rueda B.

El módulo de la aceleración centrípeta de la rueda A es mayor que la de la rueda B.

Para una revolución el desplazamiento angular de ambas ruedas es el mismo.

Para una revolución el desplazamiento lineal o arco es el mismo.

El tiempo que demoran ambas ruedas en dar una revolución completa es el mismo.

La distancia que recorre la rueda B es mayor que la de la rueda A.

b) Si ambas ruedas parten del reposo con una aceleración tangencial igual aplicada, hasta tener la misma velocidad lineal y mantener la rapidez constante. Selecciono la o las proposiciones incorrectas.

El módulo de la aceleración angular de ambas ruedas es la misma.

El módulo de la aceleración angular de la rueda B es mayor que la de A.

El módulo de la aceleración centripeta de ambas ruedas es la misma.

El módulo de la aceleración centrípeta de la rueda A es mayor que la de la rueda B.

El tiempo que tardan en alcanzar la velocidad angular constante es el mismo.

El tiempo que tardan en dar una revolución completa es el mismo.

El módulo de la velocidad final de ambas partículas es el mismo.

La distancia lineal recorrida por ambas partículas es la misma.

40 Texto de Física

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