Yaser
En un gran hotel, un ascensor rápido te lleva desde la planta baja hasta el piso 21. El ascensor tarda 17 s en este recorrido: 5 s con aceleración constante, 7 s con velocidad constante y 5 s con desaceleración constante. Cada piso del hotel tiene una altura de 2,5 m. Calcula los valores de la aceleración y la desaceleración (supón que son iguales). Calcula la velocidad máxima del ascensor. Paso a paso, por favor. Gracias.
Establece un sistema de referencia con origen de coordenadas a nivel del piso en planta baja, con eje OY vertical con sentido positivo hacia arriba, y con instante inicial ti = 0 correspondiente al inicio del ascenso.
Luego, observa que el ascensor se desplaza en tres etapas, y recuerda que los datos finales en una etapa son los datos iniciales en la etapa siguiente, y observa que empleamos las ecuaciones:
- tiempo-posición y tiempo-velocidad de Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado:
y = yi + vi*(t - ti) + (1/2)*a*(t - ti)2 (a),
v = vi + a*(t - ti) (b),
- tiempo-posición de Movimiento Rectilíneo Uniforme:
y = yi + v*(t - ti) (c).
1°)
El ascensor se eleva acelerando, con los datos iniciales:
ti = 0 (instante inicial), yi = 0 (posición inicial), vi = 0 (velocidad inicial),
a continuación reemplazas estos valores en las ecuaciones señaladas (a) (b), y queda:
y = 0 + 0*(t - 0) + (1/2)*a*(t - 0)2,
v = 0 + a*(t - 0),
aquí cancelas términos nulos en ambas ecuaciones, y queda:
y = (1/2)*a*t2,
v = a*t,
ahora observa que tienes el instante final para esta etapa: t = 5 s, a continuación reemplazas este valor en ambas ecuaciones, resuelves coeficientes, y queda:
y = (25/2)*a (1*), que es la expresión de la posición del piso del ascensor al finalizar la primera etapa,
v = 5*a (1**), que es la expresión de su velocidad en este instante,
y aquí observa que la expresión "a" es positiva, ya que el sentido de la aceleración corresponde al sentido positivo del eje de posiciones OY.
2°)
El ascensor se eleva con velocidad constante, con los datos iniciales:
ti = 5 s (instante inicial), yi = (25/2)*a (posición inicial), v = 5*a (velocidad),
a continuación sustituyes estas tres expresiones en la ecuación señalada (c), y queda:
y = (25/2)*a + 5*a*(t - 5),
ahora observa que tienes el instante final para esta etapa: t = 5 + 7 = 12 s, a continuación reemplazas este valor en la ecuación, resuelves, y queda:
y = (25/2)*a + 5*a*(12 - 5) = (25/2)*a + 5*a*7 = (25/2)*a + 35*a = (95/2)*a (2*),
que es la expresión de la posición del piso del ascensor al finalizar la segunda etapa.
3°)
El ascensor se eleva desacelerando, con los datos iniciales:
ti = 12 s (instante inicial), yi = (95/2)*a (posición inicial), vi = 5*a (velocidad inicial),
y presta atención a la expresión de la aceleración en esta etapa: -a (recuerda que tienes establecido que la expresión "a" toma valores positivos, ya que corresponde a la aceleración en la primera etapa, en la que tiene la dirección y el sentido positivo del eje OY)
a continuación sustituyes estas expresiones en las ecuaciones señaladas (a) (b), y queda:
y = (95/2)*a + 5*a*(t - 12) + (1/2)*(-a)*(t - 12)2,
v = 5*a + (-a)*(t - 12),
aquí resuelves coeficientes en los últimos términos en ambas ecuaciones, y queda:
y = (95/2)*a + 5*a*(t - 12) - (1/2)*a*(t - 12)2,
v = 5*a - a*(t - 12),
ahora observa que tienes el instante final para esta etapa: t = 17 s, a continuación reemplazas este valor en ambas ecuaciones, resuelves coeficientes, y queda:
y = (95/2)*a + 5*a*(17 - 12) - (1/2)*a*(17 - 12)2,
v = 5*a - a*(17 - 12),
a continuación resuelves expresiones en todos los términos en ambas ecuaciones, y queda:
y = (95/2)*a + 25*a - (25/2)*a,
v = 5*a - 5*a,
aquí resuelves expresiones, y queda:
y = 35*a,
v = 0,
a continuación observa que tienes la posición final del piso del ascensor (aquí observa que comienza a nivel del suelo en planta baja, y termina a nivel del suelo en el piso 21): y = 21*2,5 = 52,5 m,
ahora reemplazas este valor en la primera ecuación, y queda:
52,5 = 35*a,
aquí divides por 35 en ambos miembros, y a continuación despejas:
a = 1,5 m/s2.
Luego, observa que la velocidad máxima corresponde a la velocidad del ascensor en su segunda etapa (observa que es la velocidad final en su etapa de aceleración, y también es la velocidad inicial en su etapa de desaceleración), por lo que reemplazas el valor de la aceleración en la expresión correspondiente a esta velocidad, y queda:
vM = 5*a = 5*1,5 = 7,5 m/s.
Espero haberte ayudado.