Definición y áreas de interés Proyecto
Salón Hogar
L a G r a n E n c i c l o p e d
i a I l u s t r a d a d e l P r o y e c t o S a l ó n H o
g a r
Efecto de la corriente del
río sobre un barco de motor
Si un barco de motor se dirige a través de un río, no alcanzaría
la orilla directamente a través de su punto de partida. La
corriente del río influye en el movimiento del barco y lo lleva
río abajo. Un barco de motor puede moverse con una velocidad de
4 m/seg directamente a través del río. La velocidad resultante
del barco será mayor de 4 m/seg y la dirección es un ángulo en
sentido descendiente.
Ejemplo
Suponga que el río se mueve con una velocidad de 3 m/seg, al
norte y un barco de motor se mueve con una velocidad de 4 m/seg,
al este. ¿Cuál sería la velocidad resultante del barco de motor,
es decir, la velocidad concerniente a un observador en la
orilla?
Solución
La velocidad resultante del barco es la suma de vectores de la
velocidad del barco y la velocidad del río. El barco a través
del río y la corriente que se dirige siempre río abajo, los dos
vectores son perpendiculares el uno al otro. Así, el
teorema de Pitágoras se puede utilizar para determinar la
velocidad resultante.
El sistema de referencia fijo es la Tierra, el sistema de
referencia móvil es el agua y la partícula es el barco.
= 4m / seg
Velocidad del barco (partícula) respecto al agua
(móvil); ESTE
= 3m / seg
Velocidad del agua (móvil) respecto a tierra (fijo) ;
NORTE
=
?
Velocidad del barco (partícula) respecto a tierra
(fijo);
(Principio de superposición)
Es conveniente
hacer diagrama de vectores de velocidades, que se muestra en el
siguiente dibujo.
Los vectores son perpendiculares. La magnitud de la velocidad
resultante puede ser encontrada como sigue aplicando el teorema
de Pitágoras :
La dirección
del resultado es el ángulo a la izquierda de la rotación que el
vector resultante hace con el vector al este. Este ángulo se
puede determinar usando una función trigonométrica.
tan
q = (Opuesto / Adyacente)
tan
q = (3 / 4)
q = tan-1 (3 /
4)
q = 36,9 grados
Otro ejemplo
Un bote sale de la orilla de un río y lo intenta
atravesar en dirección perpendicular a la corriente. Si la
velocidad del bote es 32 m/seg. La velocidad de la corriente es
40 m/seg y el ancho del río es 120 m. Calcular
a) La velocidad
del bote respecto a la tierra
b) Tiempo que tarda en atravesar el río
c) ¿Qué distancia se habrá movido río abajo al atravesarlo?
d) El desplazamiento total del bote al atravesar el río
e) La dirección del desplazamiento
= 40 m/seg:
Velocidad del agua respecto a tierra;
= 32 m/seg:
Velocidad del bote respecto al agua
=
Velocidad del bote respecto a Tierra = ?
a) La velocidad
del bote respecto a
Tierra viene dada por:
y su magnitud:
b) El tiempo que tarda en atravesar el río es el tiempo
trascurrido en ir desde “O” hasta A con velocidad constante.
= 32 m/seg.
Despejándolo de =
.
t
t =
/
= 120m /32m/seg t = 3,75 seg
Este tiempo es
independiente de la velocidad de la corriente.
c) La distancia recorrida por el bote río abajo, se calcula a
través de la relación
=
.
t = 40m/seg. 3,75 = 150m
d) El desplazamiento total del bote no es más que la composición
de lo dos movimientos calculados cada uno por separado y
aplicando luego:
e) La dirección del desplazamiento viene dado por:
q = Tan-1 0,8
q = 38º 39` 35``
Efecto de la corriente de un
río sobre un nadador
Un nadador
atraviesa un río de ancho 100 m con velocidad de 2 m/seg
respecto al agua. Si el nadador se mueve perpendicularmente a la
corriente y esta tiene una velocidad de 4 m/seg respecto a
Tierra, ¿cuál es, en módulo, la velocidad del nadador respecto a
Tierra? Si el nadador emplea un tiempo t
= 50 seg en atravesar el río, ¿a qué distancia del punto de
partida alcanza la orilla opuesta?
Solución
El sistema de referencia fijo es la Tierra, el sistema de
referencia móvil es el agua y la partícula es el Nadador.
= 2 m/seg = Velocidad
del nadador (Partícula) respecto al agua (móvil).
= 4 m/seg = Velocidad
del agua (móvil) respecto a Tierra (fijo).
= ? = Velocidad del
nadador respecto a Tierra.
. (Principio de
superposición)
Teorema de
Pitágoras
En el tiempo t el desplazamiento
del
nadador respecto al agua es:
En el tiempo t el desplazamiento
del
agua respecto a Tierra es:
En consecuencia, si el nadador parte de
O , al cabo del tiempo t no
se encuentra en P sino en
Q , por lo que el desplazamiento
del nadador respecto a la Tierra es:
Como y
son perpendiculares,
el módulo de se
obtiene aplicando el teorema de
Pitágoras
= 223,60 m
La dirección
q se obtiene de
q = 63º26'
Efecto del viento sobre un
avión
Un piloto dirige un avión desde un punto,
A , y desea llegar hasta otro,
B , en línea recta. Al tomar
altura el aparato encuentra corrientes de aire distintas. Los
vientos tienen su velocidad de dirección y sentido determinados,
la cual hará desviar la máquina de la dirección en que va su
velocidad. El piloto ubica geográficamente la dirección, sentido
e intensidad del viento para determinar su ruta y ajustarla con
la dirección y sentido que desea tener. Es un problema de
composición de velocidades.
Este proceso también es válido para mantener los barcos en la
ruta correcta .
Ejemplo
Ahora considere un avión que viaja con una velocidad de
120 km/h, al sur que encuentre un viento lateral de 30 km/h,
oeste. ¿Cuál es la velocidad resultante del avión?
Solución
La velocidad resultante del avión es la suma de vector de las
dos velocidades individuales. Para determinar la velocidad
resultante, la velocidad del avión (concerniente al aire) se
debe agregar a la velocidad del viento. Los dos vectores que se
agregarán - la velocidad del avión hacia el sur y la velocidad
del viento que va hacia el oeste - son perpendiculares el uno al
otro, el teorema de Pitágoras puede ser utilizado para encontrar
el modulo de la velocidad.
El sistema de
referencia fijo es la Tierra, el sistema de referencia móvil es
el viento y la partícula es el avión.
= 120 Km/h: Velocidad
del avión (partícula) respecto al viento (móvil); SUR
= 30 Km/h: Velocidad
del viento (móvil) respecto a Tierra (fijo); OESTE
= ? : Velocidad del
avión (partícula) respecto a tierra (fijo);
Como y
son perpendiculares, el módulo de
se obtiene aplicando
el teorema de Pitágoras.
= 123,69 km/h
La dirección de
la velocidad que resulta se puede determinar usando una función
trigonométrica seno, coseno o tangente. La función de la
tangente puede ser utilizada:
Tan
q = (opuesto/adyacente)
Tan
q = (30/120)
q = 14º2' SUROESTE
Cuando los vectores no son
perpendiculares
Es conveniente utilizar otras propiedades de los triángulos como
el caso de las Leyes de Senos y Cosenos
Ejemplo
Un avión debe dirigirse a una ciudad que se encuentra
directamente al Norte. Si la velocidad del avión respecto al
viento es de 600 km/h y el viento sopla del Sureste con
velocidad de 60 Km/h respecto a Tierra. ¿En que dirección debe
volar el avión?. ¿Cuál es en módulo la velocidad respecto a
Tierra?
Solución
El sistema de referencia fijo es la Tierra, el sistema de
referencia móvil es el viento y la partícula es el avión.
= 600 Km/h: Velocidad
del avión (partícula) respecto al viento (móvil);
= 60 Km/h: Velocidad
del viento (móvil) respecto a Tierra (fijo); Viene del SURESTE
= ? : Velocidad del
avión (partícula) respecto a tierra (fijo);
El avión debe
volar en una dirección tal que la resultante de la
del avión respecto al
viento, más la velocidad
del viento respecto a
la Tierra, tenga la dirección Sur-Norte. Como el triángulo ABC
no es rectángulo, la dirección ? según la cual debe volar el
avión puede determinarse aplicando el teorema del seno al
triángulo ABC:
La velocidad del
avión respecto a Tierra se obtiene efectuando la suma vectorial:
El módulo de se
obtiene aplicando el teorema del coseno al triángulo ABC:
a= 180º - (45º + q) =
130.45º
Efectuando operaciones y tomando la raíz cuadrada se tiene: