miércoles, 19 de agosto de 2020

Física UBA XXI Guía 4.8. Cinemática

8. Se lanza un cohete a escala directamente hacia arriba con una velocidad inicial de 50,0 m/s, y acelera a 2,00 m/s2 de manera constante hacia arriba hasta que los motores se apagan a una altitud de 150 m.

 

a. ¿Cuál es la altura máxima que alcanza el cohete?

 

Tramo I (t = 0 hasta que falla el motor)

 

Ecuaciones horarias de la altura y la velocidad

y = yo + vo t + ½ a t2

v = vo + a t

 

donde

y = posición en el instante t

yo = posición inicial = 0

vo = velocidad inicial = 50 m/s

a = aceleración = 2,00 m/s2

 

reemplazando para x = 150 m

150 m = 50 m/s t + 1/ 2* 2,0 m/s2 t2

 

Resolviendo la cuadrática

t1 = - 52,8 seg (descartada por negativa)

t2 = 2,84 seg ------- tiempo en que falla el motor

 

reemplazando en la velocidad

v = vo + a t = 50 m/s  + 2,0 m/s2* 2,84 s = 55,68 m/s --------- velocidad cuando falla el motor

 

Tramo II (a partir del fallo del motor)

 

Ecuaciones horarias de la altura y la velocidad

y = y1 + v1 (t – t1) - ½ g (t – t1)2

v = v1 - g (t – t1)

 

donde

y = posición en el instante t

y1 = posición inicial tramo II = posición final tramo I = 150 m

v1 = velocidad inicial tramo II = velocidad final tramo I = 55,68  m/s

t1 = instante inicial tramo II = instante final tramo I = 2,84 s

g = aceleración de la gravedad = 10 m/s2

 

despejando t en la ecuación de la velocidad para la altura máxima (v = 0)

t = (v1 + g t1) / g = (55,68 m/s +10 m/s2 2,84 s) / 10 m/s2= 8,40 s ----- tiempo de altura máxima

 

reemplazando en la ecuación de la posición

y = 150 m + 55,68 m/s  (8,40 s – 2,84 s) – ½ *10 m/s2 (8,40 s – 2,84 s)2 =305 m --- altura máxima

 

 

b. ¿Cuánto tarda el cohete después de despegue vertical en alcanzar su altura máxima?

 

Tiempo de altura máxima = 8,40 s (ver a) )

 

 

c. ¿Cuánto tarda el cohete en el aire?

 

Tramo III (desde la altura máxima)

 

Ecuación horaria de la altura

y = y2 + v2 (t – t2) - ½ g (t – t2)2

v = v2 - g (t – t2)

 

donde

y = posición en el instante t = 0 (llega al piso)

y2 = posición inicial tramo III = posición final tramo II = altura máxima = 305 m

v2 = velocidad inicial tramo III = velocidad final tramo II = 0

t2 = instante inicial tramo III = instante final tramo II = 8,40 s

g = aceleración de la gravedad = 10 m/s2

 

reemplazando

0 = 305 m  – 1/ 2 10 m/s2 (t – 8,40 s)2

 

Despejando t

t  = (305 m *2 / 10 m/s2)1/2 + 8,40 s = 16,22 s ------------ tiempo total de vuelo

 

4 comentarios:

  1. Por costumbre el "-" lo pongo en la ecuación
    y = y2 + v2 (t – t2) - ½ g (t – t2)2
    v = v2 - g (t – t2)

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  2. Hola profe, una consulta
    Por qué al despejar t de la ecuación ( la ultima del punto c) :
    0 = 305 m – 1/ 2 10 m/s2 (t – 8,40 s)2

    No se hace la distributiva del exponente 8,40s?

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  3. Podes hacerlo, es un poco mas largo, pero sale.

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