Un coche gira en una glorieta de 12 m de radio, empleando 3 s en dar media vuelta.
a) su velocidad angular
b) su velocidad lineal
c) su aceleración centrípeta
Dificultad: ⚛️⚛️⚛️ Principiante (3 /10)
- Deja tu comentario
- Categorias: Cinemática, FÍSICA, MCU, SECUNDARIA
- Deja tu comentario
- Categorias: Cinemática, FÍSICA, MCU, SECUNDARIA
Imagina que estás al volante y llegas a una glorieta. Sientes esa ligera fuerza que parece empujarte hacia afuera mientras giras, pero en realidad es el coche quien te mantiene «pegado» al asiento. Este ejercicio de movimiento circular uniforme (MCU) nos ayudará a entender esa sensación y a calcular tres cosas clave:
- La velocidad angular: lo rápido que giras en radianes por segundo.
- La velocidad lineal: qué tan rápido avanzas por la curva en metros por segundo.
- La aceleración centrípeta: esa fuerza invisible que te mantiene girando sin salir disparado.
Este problema es la llave para entender qué pasa cada vez que entras en una curva. ¡Vamos a resolverlo juntos!
📝 Solución paso a paso
¿Qué sabemos y qué no sabemos?
¿Qué sabemos?
– Radio de la glorieta (\( r \)): 12 m
– Tiempo para media vuelta (\( t \)): 3 s
– Ángulo recorrido (\( \theta \)): media vuelta, es decir, \( \pi \) radianes
¿Qué nos piden calcular?
– Velocidad angular (\( \omega \))
– Velocidad lineal (\( v \))
– Aceleración centrípeta (\( a_c \))
a) Velocidad Angular (\(\omega\))
La fórmula que vamos a usar es:
\[
\omega = \frac{\theta}{t}
\]
La velocidad angular mide el «ritmo» con el que el coche cubre ángulos. En este caso, sabemos que:
– La media vuelta corresponde a \( \theta = \pi \, \text{radianes} \).
– El coche tarda 3 segundos en dar esa media vuelta.
Sustituyendo los valores:
\[
\omega = \frac{\pi \, \text{rad}}{3 \, \text{s}}
\]
\[
\omega \approx 1.05 \, \text{rad/s}
\]
El coche recorre aproximadamente 1.05 radianes cada segundo. Eso significa que, en un segundo, cubre algo más de una sexta parte de una vuelta completa.
b) Velocidad Lineal (\( v \))
La velocidad lineal nos dice qué tan rápido se mueve el coche en metros por segundo a lo largo del borde de la glorieta. Hay una fórmula que relaciona la velocidad angular y la lineal, que es:
\[
v = \omega \cdot r
\]
– \( v \) es la velocidad lineal en m/s.
– \( r \) es el radio de la trayectoria en metros.
Sustituyendo los valores:
\[
v = 1.05 \, \text{rad/s} \times 12 \, \text{m}
\]
Multiplicamos:
\[
v \approx 12.57 \, \text{m/s}
\]
Esto significa que el coche avanza a 12.57 metros por segundo siguiendo la curva de la glorieta. Esto equivale a unos 45 km/h. ¡Un ritmo seguro y controlado!
c) Aceleración Centrípeta (\( a_c \))
La aceleración centrípeta es la «responsable» de mantener el coche en la curva sin salirse. La fórmula es:
\[
a_c = \frac{v^2}{r}
\]
\[
a_c = \frac{(12.57 \, \text{m/s})^2}{12 \, \text{m}}
\]
Calculamos el cuadrado de la velocidad:
\[
a_c = \frac{158.1 \, \text{m}^2/\text{s}^2}{12 \, \text{m}}
\]
Dividimos:
\[
a_c \approx 13.18 \, \text{m/s}^2
\]
Esta aceleración centrípeta es lo que evita que el coche salga disparado al girar. Sin ella, la trayectoria sería recta, no curva.
Resultado Final
– Velocidad angular: \( \omega \approx 1.05 \, \text{rad/s} \).
– Velocidad lineal: \( v \approx 12.57 \, \text{m/s} \).
– Aceleración centrípeta: \( a_c \approx 13.18 \, \text{m/s}^2 \).
🤔 Qué pasaría si...
Aquí es donde ponemos a prueba tu curiosidad y llevamos el ejercicio un paso más allá. Exploraremos qué sucede si cambiamos algunos datos: más tiempo, más velocidad… ¡todo puede cambiar!
Esto te ayudará a entender mejor cómo funcionan las fórmulas y a anticipar resultados sin miedo. ¿Preparado para pensar como un auténtico físico?
1. ¿Qué pasaría si el coche tardara el doble de tiempo (6 s) en dar media vuelta?
Calcula de nuevo la velocidad angular, la velocidad lineal y la aceleración centrípeta en este caso. Interpreta el resultado.
Ver la solución
Vamos a calcular paso a paso y entender qué está ocurriendo:
– Velocidad Angular (\( \omega \))
\[
\omega = \frac{\theta}{t}
\]
\[
\omega = \frac{\pi \, \text{rad}}{6 \, \text{s}} \approx 0.52 \, \text{rad/s}
\]
Al duplicar el tiempo, la velocidad angular se reduce a la mitad. En lugar de recorrer el ángulo a gran velocidad, lo hace de manera más pausada, como cuando giras más despacio en una glorieta porque quieres observar el entorno o te mantienes más precavido.
Velocidad Lineal (\( v \))
\[
v = \omega \cdot r
\]
\[
v = 0.52 \, \text{rad/s} \times 12 \, \text{m} \approx 6.28 \, \text{m/s}
\]
Antes el coche avanzaba a 12.57 m/s, ahora solo lo hace a 6.28 m/s. Esto significa que va mucho más lento a lo largo del borde de la glorieta. Es como si pasaras de «coche en marcha firme» a un paseo relajado. La curva se siente más suave, menos exigente.
– Aceleración Centrípeta (\( a_c \))
\[
a_c = \frac{v^2}{r}
\]
\[
a_c = \frac{(6.28 \, \text{m/s})^2}{12 \, \text{m}}
\]
\[
a_c = \frac{39.44 \, \text{m}^2/\text{s}^2}{12 \, \text{m}} \approx 3.29 \, \text{m/s}^2
\]
La aceleración centrípeta ha disminuido notablemente. Al reducir la velocidad lineal, la fuerza que necesitas para mantenerte en la curva es mucho menor. Es como si sintieras menos presión hacia el asiento porque el giro es más suave.
2. ¿Y si el radio de la glorieta fuera de 24 metros?
Calcula la velocidad lineal y la aceleración centrípeta en este caso. Interpreta el resultado.
Ver la solución
Ahora cambiamos el radio y mantenemos el tiempo igual.
– Velocidad Lineal (\( v \))
La fórmula es la misma:
\[
v = \omega \cdot r
\]
\[
v = 1.05 \, \text{rad/s} \times 24 \, \text{m} \approx 25.14 \, \text{m/s}
\]
Ahora el coche se desplaza mucho más rápido: 25.14 m/s, el doble que antes. Esto se debe a que la trayectoria es más larga y el coche debe recorrer más metros en el mismo tiempo para completar la curva. ¡En un circuito amplio, el coche puede alcanzar velocidades mayores!
– Aceleración Centrípeta (\( a_c \))
La fórmula de la aceleración centrípeta es:
\[
a_c = \frac{v^2}{r}
\]
\[
a_c = \frac{(25.14 \, \text{m/s})^2}{24 \, \text{m}}
\]
\[
a_c = \frac{631.96 \, \text{m}^2/\text{s}^2}{24 \, \text{m}} \approx 26.36 \, \text{m/s}^2
\]
La aceleración centrípeta es mucho mayor, porque la velocidad lineal ha aumentado considerablemente. Cuanto más rápido vas en un círculo grande, mayor es la fuerza necesaria para mantenerte en la trayectoria curva. Sin esa fuerza, ¡saldrías disparado en línea recta!
😵 Errores frecuentes al resolver este tipo de problemas:
En esta sección te muestro los errores más habituales que suelen cometer los estudiantes para que los reconozcas al instante y los esquives sin problema.
1. Confundir media vuelta con una vuelta completa:
– Media vuelta es \( \pi \) radianes, no \( 2\pi \).
– Consejo: Dibuja un esquema para visualizar el ángulo recorrido.
2. Olvidar trabajar en unidades del SI:
– Si los valores están en kilómetros o minutos, conviértelos antes de calcular.
3. Error al calcular la aceleración centrípeta:
– Algunos olvidan elevar al cuadrado la velocidad antes de dividir por el radio.
– Consejo: Sigue cada paso sin saltarte nada.
🗂 Problemas Relacionados de MCU

Un coche gira en una glorieta de 12 m de radio empleando 3s en dar media vuelta
Un coche gira en una glorieta de 12 m de radio, empleando 3 s en dar media vuelta. Calcula: a) su velocidad angular b) su velocidad lineal c) su aceleración

Un disco gira con una velocidad angular constante de 8π rad/s
Un disco gira con una velocidad angular constante de ( 8pi , text{rad/s} ). a) ¿Qué ángulo recorre en ( 25 , text{segundos} )? b) ¿Cuántas vueltas completas da en

La Noria de la Feria: Un Viaje Circular a Velocidad Constante
Imagina que pasas la tarde en el Parque de los Sueños, hogar de la icónica noria «La Rueda del Tiempo». Su estructura, adornada con luces y colores, gira majestuosa, como

Un coche gira en una glorieta de 12 m de radio empleando 3s en dar media vuelta
Un coche gira en una glorieta de 12 m de radio, empleando 3 s en dar media vuelta. Calcula: a)

Un disco gira con una velocidad angular constante de 8π rad/s
Un disco gira con una velocidad angular constante de ( 8pi , text{rad/s} ). a) ¿Qué ángulo recorre en (

La Noria de la Feria: Un Viaje Circular a Velocidad Constante
Imagina que pasas la tarde en el Parque de los Sueños, hogar de la icónica noria «La Rueda del Tiempo».
🤓 ¡Sigamos aprendiendo Juntos!
Ahora toca reforzar, reflexionar y seguir aprendiendo. ¡Aquí tienes todo lo que necesitas para continuar tu aventura en el MCU!
📖 Repasa la Teoría de MCU:
Visita nuestra sección de teoría, donde encontrarás explicaciones detalladas, ejemplos prácticos, preguntas frecuentes y los errores más comunes que los estudiantes suelen cometer al estudiar el Movimiento Circular Uniforme
📚 Ejercicios y apuntes de MCU en PDF:
Descarga nuestras colecciones de problemas resueltos en PDF, organizados por nivel de dificultad. ¡Perfectos para practicar y mejorar tu dominio del MCU a tu ritmo!
🌍 Explora Más Tipos de Movimientos de la Cinemática:
Descubre otros movimientos fascinantes como el MRU, el MRUA, el movimiento parabólico o incluso el movimiento circular uniformemente acelerado (MCUA). ¡Todo explicado con claridad y lleno de ejemplos prácticos!
🤖 Pregunta a TutorAI:
TutorAI está siempre listo para resolver tus dudas sobre MCU, cinemática o cualquier otra parte de la física y las matemáticas. ¡Haz tu pregunta y sigue avanzando sin detenerte!