Yaser
Un proyectil se dispara horizontalmente a 13.4 m/s desde el borde de un acantilado de 9.50 m de altura y golpea el suelo. Halla a) la distancia horizontal que recorrió, b) el tiempo transcurrido y c) su velocidad final. Paso a paso, por favor. Gracias.
Establece un sistema de referencia con origen de coodenadas a nivel del suelo, justo debajo del punto en el que el proyectil es disparado, con instante inicial: tᵢ = 0 correspondiente a dicha situación, con eje OX con dirección y sentido positivo acordes al desplazamiento del proyectil, y con eje OY vertical con sentido positivo hacia arriba, a continuación planteas las ecuaciones tiempo-posición y tiempo-velocidad de Tiro Oblicuo (o Movimiento Parabólico), y queda:
x = xᵢ + vix*t,
y = yᵢ + viy*t + (1/2)*a*t²,
vx = vix,
vy = viy + a*t,
aquí reemplazas datos iniciales:
xᵢ = 0, yᵢ = 9,5 m (componentes de la posición inicial),
vix = 13,4 m/s, viy = 0 (componentes de la velocidad inicial, cuya dirección es horizontal),
a = -g = -9,8 m/s² (aceleración, con dirección vertical y sentido hacia abajo),
y queda:
x = 0 + 13,4*t,
y = 9,5 + 0*t + (1/2)*(-9,8)*t²,
vx = 13,4,
vy = 0 + (-9,8)*t,
ahora resuelves coeficientes, cancelas términos nulos, y queda:
x = 13,4*t (1),
y = 9,5 - 4,9*t² (2),
vx = 13,4 (3),
vy = -9,8*t (4).
b)
Planteas la condición de llegada del proyectil a nivel del suelo, y queda la ecuación:
y = 0,
a continuación sustituyes la expresión señalada (2) en el primer miembro, y queda:
9,5 - 4,9*t² = 0,
y de aquí despejas:
t = √(9,5/4,9) ≅ √(1,939) ≅ 1,392 s (5),
que es el instante en el cual el proyectil alcanza el nivel del suelo.
a)
Reemplazas el último valor remarcado en la ecuación señalada (1), resuelves, y queda:
x ≅ 13,4*1,392 ≅ 18,658 m,
que es la componente horizontal de la posición del proyectil cuando alcanza el nivel del suelo.
c)
Reemplazas el valor señalado (5) en las ecuaciones señaladas (3) (4) (oberva que en la ecuación (3) tienes una expresión constante en su segundo miembro, por lo que no debemos reemplazar valor alguno), resuelves, y queda:
vfx = 13,4 m/s,
vfy = -9,8*18,658 ≅ -182,850 m/s,
que son las componentes de la velocidad del proyectil cuando alcanza el nivel del suelo, cuya expresión vectorial queda (observa que la componente horizontal es positiva y que la componente vertical es negativa, por lo que tienes que la dirección de esta velocidad es intermedia entre el semieje OX positivo y el semieje OY negativo):
vf ≅ < 13,4 ; -182,850 > m/s,
cuyo módulo (o rapidez final) tiene la expresión:
|vf| = √(vfx² + vfy²) ≅ √(13,4² + [-182,850]²) ≅ √(33613,632) ≅ 183,340 m/s,
a continuación planteas la expresión de la tangente del ángulo que determina la velocidad final del proyectil con la horizontal, y queda:
tanθf = vfy/vfx ≅ -182,850/13,4 ≅ -13,646,
aquí compones con la función inversa de la tangente, y queda:
θf ≅ -85,809°,
que es el ángulo que determina la velocidad del proyectil con la horizontal, cuando alcanza el nivel del suelo, y cuyo signo negativo te indica que este ángulo se ubica por debajo de la horizontal.
Espero haberte ayudado.