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Velocidad

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Velocidad
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Presentación

La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Se representa por V,. Sus dimensiones son L/T. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro por segundo (símbolo m/s).

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Contenido

En virtud de su carácter vectorial, para definir la velocidad deben considerarse la dirección del desplazamiento y el módulo, el cual se denomina celeridad o rapidez. De igual forma que la velocidad es el ritmo o tasa de cambio de la posición por unidad de tiempo, la aceleración es la tasa de cambio de la velocidad por unidad de tiempo.

Historia

Aristóteles estudió los fenómenos físicos sin llegar a conceptualizar una noción de velocidad. En efecto, sus explicaciones (que posteriormente se demostrarían incorrectas) solo describían los fenómenos en palabras, sin usar las matemáticas como herramienta.

Fue Galileo Galilei quien, estudiando el movimiento de los cuerpos en un plano inclinado, llegó a un concepto de velocidad. Lo que hizo fue dividir la distancia recorrida en unidades de tiempo. Esto es, fijó un patrón de una unidad de tiempo, como por ejemplo 1 segundo, y a partir de esto relacionó la distancia recorrida por un cuerpo en cada segundo. De esta manera, Galileo desarrolló el concepto de la velocidad como una variación de la distancia recorrida por unidad de tiempo.

A pesar del gran avance de la introducción de esta nueva noción, sus alcances se restringían a los alcances mismos de las matemáticas. Por ejemplo, era relativamente sencillo calcular la velocidad de un móvil que se desplaza a velocidad constante, puesto que en cada segundo recorre distancias iguales. A su vez, también lo era calcular la velocidad de un móvil en aceleración constante, como en un cuerpo en caída libre. Sin embargo, cuando la velocidad del objeto variaba, no había herramienta, en épocas de Galileo, que ayudase a determinar la velocidad instantánea de un objeto.

Fue recién en el siglo XVI cuando, con el desarrollo del cálculo por parte de Isaac Newton y Gottfried Leibniz, se pudo solucionar la cuestión de obtener la velocidad instantánea de un objeto. Ésta está determinada por la derivada de la posición del objeto respecto del tiempo. En el lenguaje cotidiano empleamos las palabras rapidez y velocidad de manera indistinta. En física hacemos una distinción entre ellas. De manera muy sencilla, la diferencia es que la velocidad es una rapidez en una dirección determinada. Cuando se dice que un auto viaja a 60 km/hora estamos indicando su rapidez. Pero si se dice que un auto se desplaza a 60 km/h hacia el norte estamos especificando su velocidad y la velocidad nos dice que tan aprisa lo hace y en que dirección.

Las aplicaciones de la velocidad, con el uso de Cálculo, es una herramienta fundamental en Física e Ingeniería, extendiéndose en prácticamente todo estudio donde haya una variación de la posición respecto del tiempo.

Unidades de velocidad

Sistema Internacional de Unidades (SI)

  • Metro por segundo (m/s), unidad de velocidad del SI (1 m/s = 3,6 km/h).

Sistema Métrico antiguo:

  • Kilómetro por hora (km/h) (muy habitual en los medios de transporte)4
  • Kilómetro por segundo (km/s)

Sistema Cegesimal de Unidades

  • Centímetro por segundo (cm/s) unidad de velocidad del sistema cegesimal

Sistema Anglosajón de Unidades

  • Pie por segundo (ft/s), unidad de velocidad del sistema inglés
  • Milla por hora (mph) (uso habitual)
  • Milla por segundo (mps) (uso coloquial)

Navegación marítima y Navegación aérea

  • El nudo es una unidad de medida de velocidad, utilizada en navegación marítima y aérea, equivalente a la milla náutica por hora (la longitud de la milla naútica es de 1.852 metros; la longitud de la milla terrestre -statute mille- es de 1.609,344 metros).

Aeronáutica

  • El Número Mach es una medida de velocidad relativa que se define como el cociente entre la velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el medio en que se mueve dicho objeto. Es un número adimensional típicamente usado para describir la velocidad de los aviones. Mach 1 equivale a la velocidad del sonido, Mach 2 es dos veces la velocidad del sonido,y así sucesivamente. La velocidad del sonido en el aire es de 340 m/s (1224 km/h).

Unidades de Planck (Unidades naturales)

  • El valor de la velocidad de la luz en el vacío = 299 792 458 m/s (aproximadamente 300 000 km/s).

Velocidades Máximas en el Universo

La imagen representa el "Verdadero movimiento que realizan los planetas alrededor del sol" a medida que este se desplaza en el Sistema solar, Vía láctea y universo. La realidad se contrapone a lo que siempre pensamos y dibujamos. Un sol y planetas, (incluyendo la tierra) en forma estática. La realidad es que las velocidades de traslación son impresionantes, como lo es el verdadero movimiento de vortice que realizan los planetas viajando junto al sol.
  • El hombre camina a 4 Km/h
  • La tierra se desplaza a través del espacio a 107.826 Km/h, hay que tener en cuenta que la Tierra rota a una velocidad de 1.609 kilómetros por hora.
  • El sol se mueve a 220 km/s. y gira alrededor del núcleo de la Vía Láctea a unos 792.000 Km/h
  • El Sistema Solar se mueve a 217.215 Km/segundo [1]
  • La Vía Láctea se mueve a unos 1.080.000 km/h.[2]

Las velocidades son relativas, sólo podemos conocer cómo se mueve un objeto respecto a otro. No sabremos jamás cuál es la velocidad absoluta de un objeto porque para ello tendríamos que conocer un punto totalmente inmóvil en el Universo y, nos guste o no, ese punto de referencia universal, no existe.

Velocidad respecto al eje terrestre

Estamos sobre un punto de la superficie terrestre y toda la superficie de la Tierra se mueve alrededor de su eje. Si nuestra casa estuviera en el Polo, nuestro movimiento consistiría en un giro lento sobre nosotros mismos hasta completar una vuelta completa en un día, 24 horas. A medida que nuestro lugar de residencia esté más alejado de los polos, más lejos estamos también del eje de rotación de la Tierra y describimos una circunferencia más amplia alrededor de él.

He aquí algunos ejemplos: una persona que esté en Ushuaia, en Tierra de Fuego, la población más al sur de Argentina, describe alrededor del eje terrestre una circunferencia de unos 3.700 km de radio cada día y la recorre a 962 km/h. Otra persona que viva un poco más al Norte, en Punta Arenas (Chile) por ejemplo, se mueve a 1.000 km/h, nosotros, en Madrid, describimos una circunferencia más amplia y nos desplazamos a 1280 km/h. Para terminar con estos ejemplos, las que van más rápido son aquellas personas que describen la circunferencia más grande en 24 horas, es decir los que se sitúan muy cerca del Ecuador , así, que Quito, Ecuador, viaja a la increible velocidad de 1670 km/h en números redondos. ¡Más rápido que el sonido!

Velocidad respecto al Sol

La Tierra se mueve alrededor del Sol arrastrándonos con su movimiento, describe una órbita que tiene 150 millones de kilómetros de radio, por término medio, en un año. Su velocidad de traslación es de 107.208 km/h, 87 veces más rápido que el sonido. Si a esta velocidad le sumamos la que llevamos en cada momento debida al movimiento de rotación de la Tierra (tengan en cuenta que debido a la rotación unas veces vamos en la misma dirección que la Tierra alrededor del Sol y otra en la contraria) obtendremos nuestra velocidad respecto al Sol.

Velocidad alrededor del centro de la Vía Láctea.

El Sol es una de las miles de millones de estrellas que giran alrededor del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Y la Vía Láctea es tan inmensa que las unidades de medida habituales no nos sirven de mucho. Para hacernos una idea, el radio de la órbita del Sol alrededor del centro galáctico expresado en kilómetros sería 250000000000000000. Es una cantidad tan grande que hemos tenido que inventar otra unidad de medida, el año-luz, que es la distancia que recorre la luz a lo largo de un año y, aun así, la distancia del Sol al centro de la Vía Láctea es de 25.000 años-luz. Bien pues, el Sol se mueve alrededor del centro galáctico describiendo una órbita inmensa que recorre a la velocidad de 792.000 kilómetros por hora (220 km/s). A esa velocidad podrían dar 20 vueltas a la Tierra en cada hora.

Velocidad en el Grupo Local

La Vía Láctea pertenece a un grupo de galaxias que se conoce como Grupo Local. Es un cúmulo de un total de 30 galaxias entre las cuales hay dos que mandan por tamaño: la Via Láctea y Andrómeda. Ambas Galaxias se mueven una hacia la otra a una velocidad de 468.000 km/h (130 km/s). Si continúan así, ambas galaxias chocarán en el futuro, pero la distancia que las separa es tan grande que eso no sucederá hasta dentro de 5.000 millones de años.

Velocidad hacia el Gran Atractor

El Grupo Local está inmerso en otro mayor, llamado Cúmulo de Virgo, pero medir su velocidad ha sido muy difícil. Hubo un tiempo en el que se pensaba que el Universo era uniforme y, miráramos donde miráramos, sería imposible determinar en qué dirección y a qué velocidad se mueve nuestro grupo de galaxias. Sin embargo, los científicos, ayudados por nuevos y potentes instrumentos astronómicos, comenzaron a medir las velocidades relativas de un número ingente de galaxias y descubrieron que el Universo no es uniforme en absoluto.

Las galaxias, al menos varios millones de ellas en el espacio alrededor de la Vía Láctea, se mueven en su conjunto en una dirección concreta del Cosmos. En 1987, un grupo de siete astrónomos que han recibido el nombre de guerra de “Los siete Samuráis”, versión japonesa anterior a la famosa película “Los Siete Magníficos”, midió el movimiento coordinado de varios millones de galaxias a nuestro alrededor. Los Siete Samuráis llegaron a la conclusión de que el conjunto, la Vía Láctea entre ellas, se mueve a la tremenda velocidad de 600 km/s, es decir, 2.160.000 kilómetros por hora.

Al parecer, una enorme super-estructura que ha recibido el nombre de “Gran Atractor”, es la causante de ese tirón gravitatorio.[3]

Fuentes y Enlaces de Interés

  1. Youtube/The helical model - our solar system is a vortex/Cons.12 oct 2014
  2. Astrociencia/Velocidades Máximas en el Universo
  3. http://cienciaes.com

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