15.1 Rapidez y velocidad no son sinónimos en física
En el lenguaje cotidiano se usan como palabras parecidas. En física, la rapidez es una magnitud escalar: relaciona distancia recorrida y tiempo. La velocidad es vectorial: relaciona desplazamiento y tiempo.
velocidad media = desplazamiento / intervalo de tiempo
Ambas pueden expresarse en m/s, pero no contienen la misma información. La rapidez no tiene dirección; la velocidad conserva el sentido del desplazamiento.
15.2 Un recorrido de ida y vuelta
Una persona camina 10 m hacia la derecha y luego 10 m hacia la izquierda, regresando al punto de partida. La distancia total es 20 m y el desplazamiento final es 0 m.
Si el recorrido dura 10 s, su rapidez media es 2 m/s. Su velocidad media es 0 m/s porque el desplazamiento neto es cero. Eso no significa que la persona haya permanecido quieta.
15.3 Rapidez media
La rapidez media se calcula con la longitud total de la trayectoria durante un intervalo. Siempre es mayor o igual que cero. Si el objeto se mueve, suele ser positiva.
La rapidez media no indica cómo varió la rapidez dentro del intervalo. Un vehículo puede frenar y acelerar varias veces y tener la misma rapidez media que otro con rapidez constante.
15.4 Velocidad media
La velocidad media usa el desplazamiento. En una recta con eje x, podemos representarla con signo: un resultado positivo apunta en el sentido positivo del eje y uno negativo, en el contrario.
En dos dimensiones, la velocidad media es un vector de componentes. El resultado puede ser cero aunque el objeto haya recorrido una trayectoria cerrada.
15.5 Unidades y conversión
La unidad SI de rapidez y velocidad es metro por segundo, m/s. En tránsito también se utiliza km/h. Antes de comparar o combinar resultados, debemos convertirlos a una misma unidad.
1 km/h = 1 / 3,6 m/s
Por ejemplo, 72 km/h equivalen a 20 m/s. La conversión modifica el valor numérico, pero no el movimiento representado.
15.6 Velocidad instantánea y media
La velocidad media resume todo un intervalo. La velocidad instantánea describe el movimiento en un instante. Un velocímetro intenta aproximar la rapidez instantánea, no la rapidez media de todo el viaje.
En este curso empezamos con velocidades medias y modelos sencillos. Más adelante estudiaremos cómo la velocidad cambia y cómo se relaciona con la aceleración.
15.7 Cálculo básico en JavaScript
const distanciaM = 20;
const desplazamientoM = 0;
const intervaloS = 10;
const rapidezMediaMps = distanciaM / intervaloS;
const velocidadMediaMps = desplazamientoM / intervaloS;
console.log(rapidezMediaMps, "m/s");
console.log(velocidadMediaMps, "m/s");Los resultados son 2 m/s y 0 m/s. Usar dos nombres diferentes impide que la distancia y el desplazamiento se mezclen accidentalmente.
15.8 Laboratorio: distancia frente a desplazamiento
Elegí cuánto avanza un objeto y cuánto regresa. El laboratorio calcula la distancia total, el desplazamiento, la rapidez media y la velocidad media para el tiempo total elegido.
Ejemplo de ida y vuelta: rapidez media distinta de velocidad media.
- Con regreso igual a la ida, el desplazamiento y la velocidad media son cero.
- Con regreso menor, el desplazamiento queda en el sentido positivo.
- Con regreso mayor que la ida, el desplazamiento queda en sentido negativo.
- Al duplicar el tiempo con los mismos tramos, rapidez y velocidad medias se reducen a la mitad.
15.9 Signo de la velocidad en una dimensión
El signo no hace que una rapidez sea negativa. Indica el sentido de la velocidad respecto del eje elegido. Si x positiva apunta a la derecha, una velocidad media de −1 m/s apunta a la izquierda.
La magnitud de esa velocidad es 1 m/s. Para evitar confusiones, podemos decir «velocidad media −1 m/s» o «rapidez media 1 m/s hacia la izquierda», aclarando qué magnitud estamos describiendo.
15.10 Limitaciones de los promedios
Un promedio resume un intervalo. Dos recorridos con igual distancia y duración tienen la misma rapidez media aunque sus movimientos internos sean muy distintos. No podemos deducir la rapidez en cada instante únicamente a partir del promedio.
Al diseñar una simulación debemos decidir si el modelo usa una velocidad constante para todo el intervalo o si actualiza la velocidad a medida que transcurre el tiempo.
15.11 Ejercicio propuesto
Un robot avanza 12 m y luego retrocede 5 m en un tiempo total de 7 s. Calculá distancia, desplazamiento, rapidez media y velocidad media.
Ver solución y código
La distancia es 17 m; el desplazamiento es 7 m. La rapidez media es 17/7 ≈ 2,43 m/s y la velocidad media es 7/7 = 1 m/s, en el sentido positivo.
const idaM = 12;
const regresoM = 5;
const tiempoS = 7;
const distanciaM = idaM + regresoM;
const desplazamientoM = idaM - regresoM;
console.log((distanciaM / tiempoS).toFixed(2), "m/s");
console.log((desplazamientoM / tiempoS).toFixed(2), "m/s");15.12 Ideas para recordar
- La rapidez media usa distancia total; la velocidad media usa desplazamiento.
- La rapidez es escalar y no es negativa.
- La velocidad es vectorial y en una dimensión puede expresarse con signo.
- La unidad SI de ambas es m/s.
- Un retorno al origen puede dar velocidad media cero con rapidez media positiva.
- Los promedios no describen todos los detalles del movimiento dentro del intervalo.
En el próximo tema estudiaremos aceleración: cómo cambia la velocidad.