La velocidad media es un concepto central de la Física para comprender el movimiento. La velocidad media describe el ritmo al que un objeto cambia su posición en una dirección específica durante un periodo determinado. Aunque aparentemente sencillo, este concepto es una piedra angular en el ámbito de la Física, ya que desempeña un papel fundamental en diferentes campos.
En este artículo analizaremos el concepto de velocidad media, estudiaremos su cálculo y discutiremos su papel esencial para comprender el movimiento de los objetos en nuestro universo.
¿Qué es la velocidad media en física?
La velocidad media en física se refiere al desplazamiento total (cambio de posición) de un objeto en un periodo de tiempo determinado. Es el desplazamiento total dividido por el tiempo total.
Recordemos que la velocidad es una cantidad vectorial, es decir, que tiene una magnitud (la rapidez con la que se mueve el objeto) y una dirección (hacia dónde se dirige el objeto). Al igual que la velocidad, la velocidad media también es una magnitud vectorial, es decir, tiene una magnitud y una dirección.
La velocidad media se mide en unidades de distancia por tiempo, como metros por segundo (m/s), millas por hora (mi/h) o kilómetros por hora (km/h).
Velocidad media típica de objetos comunes
| Objeto | Magnitudes de velocidad |
|---|---|
| Persona caminando | 1.4 m/s |
| Persona corriendo | 5.5 m/s |
| Bicicleta | 8 m/s |
| Caballo de carreras | 15 m/s |
| Auto (conducción urbana) | 13.9 m/s (50 km/h) |
| Auto (autopista) | 27.8 m/s (100 km/h) |
| Cheetah | 30 m/s |
| Tren de alta velocidad | 70 – 90 m/s |
| Avión comercial | 250 – 260 m/s |
| Sonido en el aire (a nivel del mar, 20°C) | 343 m/s |
| Space Shuttle (durante lanzamiento) | 5,000 m/s |
La diferencia entre velocidad y rapidez
La velocidad y la rapidez suelen utilizarse indistintamente en el lenguaje cotidiano, pero en física tienen significados distintos. La rapidez es una cantidad escalar que se refiere únicamente a «lo rápido que se mueve un objeto», mientras que la velocidad es una cantidad vectorial que se refiere a «la velocidad de un objeto en una dirección determinada».
Fórmula y cálculo de la velocidad media
La velocidad media de un objeto puede calcularse dividiendo el cambio de posición por el tiempo transcurrido. La fórmula para calcular la velocidad media ($latex v_{m}$) es:
$$ v_{m} = \frac{\Delta x}{\Delta t}$$
donde: $latex \Delta x$ es el desplazamiento o cambio de posición (posición final – posición inicial) y $latex \Delta t$ es el cambio de tiempo (tiempo final – tiempo inicial).
En esta fórmula, el desplazamiento $latex \Delta x$ se mide en unidades de distancia como millas (mi), metros (m) o kilómetros (km), mientras que el tiempo ($latex \Delta t$) se mide en unidades como segundos (s), minutos (min) u horas (h).
La velocidad media resultante ($latex v_{m}$) estará entonces en unidades de distancia por unidad de tiempo, como metros por segundo (m/s), kilómetros por hora (km/h) o millas por hora (mi/h).
Calcular la velocidad media paso a paso
Los siguientes son los pasos para calcular la velocidad media:
- Calcular el desplazamiento restando la posición inicial de la posición final.
- Hallar el cambio en el tiempo restando el tiempo inicial del tiempo final.
- Dividir el desplazamiento por el cambio en el tiempo en la fórmula, y realiza la división para hallar la velocidad media.
Velocidad media – Ejemplos con respuestas
EJEMPLO 1
Un auto viaja desde una posición de 0 km en el tiempo 0 horas, hasta una posición de 120 km en el tiempo 2 horas. Encuentra la velocidad media.
Solución
Tenemos lo siguiente:
- Posición inicial: 0 km
- Posición final: 120 km
- Tiempo inicial 0 horas
- Tiempo final: 2 horas
El desplazamiento ($latex \Delta x$) es:
$latex 120 \text{ km} ~-~ 0 \text{ km} = 120 \text{ km}$
El cambio en el tiempo ($latex \Delta t$) es:
$latex 2 \text{ h} – 0 \text{ hours} = 2 \text{ h}$
Sustituyendo esto en la fórmula de la velocidad media:
$$ v_{m} = \frac{120 \text{ km}}{2 \text{ h}}$$
$latex v_{m} =60 ~\frac{\text{km}}{\text{h}}$
Por tanto, la velocidad media del auto durante este periodo de tiempo fue de 60 km/h.
EJEMPLO 2
Una moto recorre 300 metros hacia el este en 100 segundos y 400 metros hacia el oeste en otros 100 segundos. ¿Cuál es su velocidad media?
Solución
El desplazamiento total de la moto es:
$latex 300 \text{ m (este)}~ -~ 400 \text{ m (oeste)} = -100 \text{ m (oeste)}$
El intervalo de tiempo es:
$latex 100 \text{ s} + 100 \text{ s} = 200 \text{ s}$
Su velocidad media es:
$$ v = \frac{-100 \text{ m}}{200 \text{ s}}$$
$latex v =-0.5 ~\frac{\text{m}}{\text{s}}$
La velocidad media de la moto es -0.5 m/s en el eje x.
EJEMPLO 3
Una corredora recorre 3 millas hacia el sur en 30 minutos y luego 4 millas hacia el norte en 45 minutos. ¿Cuál es su velocidad media?
Solución
Para la corredora, el desplazamiento total es:
$latex 4 \text{ mi (norte)} ~- ~3 \text{ mi (sur)} = 1 \text{ mi (norte)}$
El tiempo total es:
$latex 45 \text{ min} + 30 \text{ min} = 75 \text{ min}=1.25 \text{ h}$
La velocidad media de la corredora es:
$$ v_{av} = \frac{1 \text{ mi}}{1.25 \text{ h}}$$
$latex v_{av} =0.8 ~\frac{\text{mi}}{\text{h}}$
La velocidad media de la corredora fue 0.8 mi/h en el eje y.
EJEMPLO 4
Un avión vuela 800 kilómetros hacia el oeste en 2 horas y 600 kilómetros hacia el este en 1.5 horas. ¿Cuál es su velocidad media?
Solución
Para el avión, el desplazamiento total es de 800 km (oeste) – 600 km (este) = 200 km (oeste). El tiempo total es de 2 horas + 1.5 horas = 3.5 horas. Por lo tanto, su velocidad media es de 200 km / 3.5 horas = 57.14 km/h hacia el oeste.
El desplazamiento ($latex \Delta x$) para el avión es:
$latex 800 \text{ km (oeste)}~ -~ 600 \text{ km (este)} = 200 \text{ km (oeste)}$
El cambio en el tiempo ($latex \Delta t$) es:
$latex 2 \text{ h} + 1.5 \text{ h} = 3.5 \text{ h}$
La velocidad media es:
$$ v_{av} = \frac{200 \text{ km}}{3.5 \text{ h}}$$
$latex v_{av} =57.14 ~\frac{\text{km}}{\text{h}}$
Así, la velocidad media del avión fue de 57.14 km/h hacia el oeste o -57.14 km/h en el eje x.
Conceptos erróneos sobre la velocidad media
Un error común a la hora de entender la velocidad media es equipararla a la rapidez media. Como ya se ha explicado, la velocidad y la rapidez son diferentes; la velocidad tiene en cuenta la dirección del movimiento, mientras que la rapidez no. En consecuencia, es posible que un objeto tenga una velocidad media alta, pero una velocidad media baja o incluso nula si termina en su punto de partida, ya que el desplazamiento sería cero.
Otro concepto erróneo es que la velocidad media siempre equivale a la velocidad en el punto medio del intervalo de tiempo. Esto no siempre es cierto, sobre todo cuando el movimiento de un objeto no es uniforme, es decir, su velocidad o dirección cambia durante el periodo de tiempo.
Para evitar estos errores, es importante recordar siempre que la velocidad es un vector. Recuerda que la velocidad media considera el desplazamiento total (no la distancia total) y el tiempo total. Y, aunque a veces puede coincidir con la velocidad media, esto no es una regla y depende de las características específicas del movimiento.
Véase también
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Jefferson Huera Guzmán
Jefferson es el autor principal y administrador de Neurochispas.com. Los contenidos interactivos de Matemáticas y Física que he creado han ayudado a muchos estudiantes.
