MRUA y Frenada: Calculando la Distancia de Frenado de un Coche

Un coche circula a toda velocidad por una autopista, a 108 km/h, cuando de repente, el conductor ve un obstáculo y pisa el freno.

El coche tarda exactamente 5 segundos en detenerse por completo. Ahora, la pregunta es: ¿Cuánta distancia recorre el coche mientras frena hasta detenerse?

Dificultad: ⚛️⚛️⚛️ Principiante (3 /10)

CLÁSICO

Introducción al Problema

El coche comienza en movimiento, con un avelocidad inicial de 108 km/h y su velocidad disminuye uniformemente hasta llegar a cero, lo que significa que estamos trabajando con un caso de Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA), pero con desaceleración.

Lo resolveremos paso a paso, calculando la distancia recorrida usando las fórmulas básicas del MRUA

¡Ponte el cinturón y vamos a por ello!

Solución paso a paso

Paso 1: Identificar el tipo de movimiento

Para resolver el problema de MRUA, necesitamos la fórmula que relaciona la distancia recorrida con la velocidad inicial, el tiempo y la aceleración:

\[
x = v_0 \cdot t + \frac{1}{2} \cdot a \cdot t^2
\]

Donde:
– \(x\): distancia recorrida (lo que queremos calcular).
– \(v_0\): velocidad inicial (\(108 \, \text{km/h}\)).
– \(t\): tiempo de frenada (\(5 \, \text{s}\)).
– \(a\): aceleración (que será negativa porque el coche está desacelerando).

Paso 2: Convertir unidades al Sistema Internacional (SI)

La velocidad inicial está en \( \text{km/h} \), pero necesitamos convertirla a \( \text{m/s} \) para que las unidades estén en el Sistema Internacional (S.I.):

\[
1 \, \text{km/h} = \frac{1000 \, \text{m}}{3600 \, \text{s}} = \frac{1}{3.6} \, \text{m/s}
\]

Entonces, para convertir \(108 \, \text{km/h}\):
\[
v_0 = 108 \, \text{km/h} \times \frac{1 \, \text{m/s}}{3.6 \, \text{km/h}} = 30 \, \text{m/s}
\]

Ahora todo está listo para trabajar en metros y segundos.

Paso 3: Calcular la aceleración

Sabemos que el coche pasa de una velocidad inicial de \(v_0 = 30 \, \text{m/s}\) a una velocidad final de \(v = 0 \, \text{m/s}\) en un tiempo de \(t = 5 \, \text{s}\). Para calcular la aceleración, usamos la fórmula:

\[
a = \frac{\Delta v}{t}
\]

El cambio de velocidad (\(\Delta v\)) es simplemente la diferencia entre la velocidad final y la inicial:
\[
\Delta v = v – v_0 = 0 – 30 = -30 \, \text{m/s}
\]

Sustituyendo en la fórmula:
\[
a = \frac{-30}{5} = -6 \, \text{m/s}^2
\]

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💬 Participa en el debate:  ¿Por qué la aceleración es de signo negativo y qué significado tiene?
2
Cuando la aceleración es negativa, la física nos está diciendo algo importante. ¿Qué significa para ti? x

Paso 4: Calcular la distancia recorrida

Sigamos resolviendo el ejercicio. Ahora usando la fórmula principal:

\[
x = v_0 \cdot t + \frac{1}{2} \cdot a \cdot t^2
\]

Sustituimos los valores
\[
x = 30 \cdot 5 + \frac{1}{2} \cdot (-6) \cdot 5^2
\]

Primero calculamos cada término. Poco a poco, sin prisa:
– \(30 \cdot 5 = 150 \, \text{m}\)
– \(\frac{1}{2} \cdot (-6) \cdot 5^2 = \frac{1}{2} \cdot (-6) \cdot 25 = -75 \, \text{m}\)

Sumamos ambos:
\[
x = 150 – 75 = 75 \, \text{m}
\]

Resultado Final

El coche recorre 75 metros antes de detenerse por completo.

Sección de Preguntas Abiertas: Reflexiona y Opina

Cuando se trata de frenar un coche a toda velocidad, hay más de lo que parece a simple vista. Aquí tienes un par de preguntas abiertas para reflexionar y compartir tus ideas en los comentarios. Recuerda, ¡no hay respuestas incorrectas, solo oportunidades para aprender!

1. ¿Qué pasaría si el coche frenara en menos tiempo?

Imagina que el coche logra detenerse en solo 3 segundos en lugar de 5. ¿Cómo crees que cambiaría la aceleración? ¿Y la distancia recorrida?

¡Cuéntanos tu hipótesis en los comentarios!
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Si la aceleración es mayor, ¿significa que es más negativa? ¿Por qué crees que ocurre esto? ¡Es curioso, ¿verdad?x

2. ¿El resultado depende del peso del coche?

Aunque aún no hemos entrado en temas de dinámica, nuestro sentido de jóvenes físicos nos puede ayudar. Si el coche fuese más pesado, ¿crees que esto afectaría la distancia de frenado o la aceleración? ¿Por qué?

Comparte tu razonamiento con nosotros.
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Crees que aumentaría o disminuiría? o quizás la masa del vehículo no influya en la distancia de frenado 🤔x

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