En este artículo, discutiremos qué es la velocidad cero, cómo y cuándo entra en el escenario con algunos ejemplos.
Un objeto que está fijo en un punto, o sobre un cuerpo rígido y no se desplaza con el tiempo, entonces la velocidad de un objeto es cero.
¿Qué es la velocidad cero?
La velocidad del objeto se define como un cambio en su posición junto con el tiempo.
Cuando no hay desplazamiento del objeto, se dice que la velocidad del objeto es velocidad cero.
El siguiente gráfico muestra la relación entre desplazamiento v/s tiempo para velocidad cero.
El gráfico anterior muestra una línea recta paralela al eje x, lo que dice que la posición del objeto es la misma para todos los tiempos; la posición del objeto no cambia. Esto implica que el objeto está en reposo, lo que significa que la velocidad del objeto es nula.
¿Cuándo es Velocidad Cero?
El objeto tiene velocidad cero cuando no se desplaza con el tiempo.
La velocidad del objeto es cero cuando no hay desplazamiento del objeto. La posición del objeto entre dos intervalos de tiempo diferentes sigue siendo la misma.
La velocidad viene dada por la relación v=(Δx/Δt)=(x2-x1) / (t2-t1)
Para que la velocidad sea cero =x2-x1; lo cual se entiende que la posición del objeto sigue siendo la misma. Por eso,
v=(x2-x1) / (t2-t1) = 0
Problema: Un bloque de masa 'm' se desplazó a una distancia de 300m y llega al punto A a las 12.05 horas. Se constató que a las 12.20 horas el bloque estaba presente en la misma posición, es decir a 300 metros de la posición original. Encuentre la velocidad del bloque.
Dado: x1=300,x2= 300, t1= 12.05, t2= 12.20
Por lo tanto, la velocidad del bloque es cero.
Ejemplo de velocidad cero
Objetos en reposo, tienen velocidad cero. Por ejemplo, una pelota que acelera se detiene, un automóvil sube la colina y un conductor estaciona el automóvil allí, un coco cayó al suelo, un pájaro se posó en las ramas de un árbol, una roca se paró en el borde de la montaña, etc.
Los objetos que no son móviles también son ejemplos de velocidad cero. Ejemplos son árboles, montañas, mesas, edificios, sillas, congeladores, etc.
¿Qué es la velocidad de grupo cero?
Un grupo, sugiere la combinación de dos o más velocidades. La velocidad del objeto se considera como una forma de onda cuando viaja, por lo que se denomina velocidad de onda.
Dos o más ondas que viajan en un grupo se modulan en una sola onda. Cuando la velocidad de grupo es cero, las ondas disminuyen a una velocidad de fase que viaja como una sola onda, también cuando viaja a través de un nodo o se desvanece.
Considere una onda que se propaga en la dirección x, y luego la función de onda asociada con la onda es
Donde A es un amplitud de una onda
ω es una frecuencia angular que viene dada por la relación ω=2πt=2πf
k es un número de onda, dado por k=2πλ
λ es una longitud de onda
f es una frecuencia
Cuando una sola onda se propaga desde un medio, la velocidad de esa onda se denomina velocidad de fase y se define como la relación entre la frecuencia angular de la onda y el número de onda, dada por la ecuación
Vfase=ω/k
Esto es igual al número de vibraciones vistas en dos puntos diferentes en la longitud de la trayectoria de la onda.
Cuando dos o más ondas se superponen y se modulan en un solo patrón de onda que tiene la misma velocidad, la velocidad resultante en una combinación de todas las ondas que forman un grupo se denomina velocidad de grupo.
Por tanto, es derivada de todas las velocidades de fase de las ondas individuales, dada por la relación
Vgrupo de XNUMX=dω/dk
¿Cuándo es la velocidad de grupo cero?
La velocidad de grupo es cero en los nodos de una frecuencia modulada y cuando se superpone con otra onda.
Cuando dos ondas de la misma frecuencia interfieren entre sí desde la dirección opuesta, la velocidad del grupo se vuelve cero.
La longitud de onda única de la misma frecuencia y amplitud interfiere con la onda grupal y se propaga en la dirección opuesta a la onda grupal que tiene la misma velocidad de fase, luego la velocidad grupal de las ondas desaparece y luego se fusiona en una sola onda portadora.
Lea más sobre la Velocidad de grupo.
Velocidad instantánea cero
La velocidad instantánea se expresa como el desplazamiento del objeto que se produjo en un intervalo de tiempo muy pequeño a lo largo de su trayectoria.
La velocidad central instantánea es cero para la masa en el centro del objeto que viaja junto con el objeto moviéndose a cierta velocidad.
La velocidad instantánea viene dada por la fórmula
- Donde Δt es un pequeño intervalo de tiempo
- Vi es la velocidad instantanea
- x es un desplazamiento
- es un tiempo
Si un objeto que acelera en la dirección x, de repente cae verticalmente hacia abajo en la dirección y negativa, entonces el desplazamiento del objeto será cero y por lo tanto la velocidad instantánea será cero.
¿Cuándo es cero la velocidad instantánea?
La velocidad instantánea será cero si hay un movimiento rápido sin aceleración en un lapso corto.
Si el cuerpo está en movimiento pero una parte de él está conectada rígidamente a cierto punto de otro objeto, entonces la velocidad instantánea de ese objeto es cero en ese punto.
Algunos ejemplos de velocidad instantánea cero son un objeto que gira, saltando la cuerda con dos extremos de la cuerda fijos en la mano, una mujer haciendo un hula-hoop donde el hula-hoop está en movimiento mientras la posición de una mujer es constante, por lo tanto, la velocidad de una mujer es cero, un punto que hace la llanta del vehículo pegado a la carretera, la velocidad instantánea en ese punto es cero, escalera con abrazadera, compás y divisor, y hay varios otros ejemplos.
Velocidad horizontal cero
Cuando el objeto está en un movimiento de proyectil, nos encontramos con la velocidad horizontal y vertical del objeto. Cuando el objeto no se mueve paralelo al suelo, entonces tenemos velocidad horizontal cero.
El movimiento de proyectil del objeto se muestra en el siguiente gráfico.
El eje y representa el movimiento vertical del objeto y el eje x representa el desplazamiento horizontal. La velocidad vertical viene dada por la función Sin mientras que la velocidad horizontal viene dada por la función Coseno. Cuando el objeto alcanza la posición más alta en su vuelo, en este punto ha convertido todos sus energía cinética en potencial energía y se mueve paralelo a la superficie y la velocidad vertical del objeto es cero. El objeto está durante más tiempo en el aire en este punto.
¿Cuándo es cero la velocidad horizontal?
Si no hay desplazamiento horizontal de un objeto la velocidad horizontal será igual a cero.
Para que una velocidad horizontal sea cero, el objeto no debe estar en un movimiento de proyectil, que es un movimiento bidimensional, el objeto debe estar dirigido en la dirección del eje y.
Demostremos la velocidad horizontal cero con una gráfica 2-D.
Considere un vuelo del objeto de masa 'm' en dirección vertical desde un punto fijo en la superficie horizontal. Considere el eje x como una superficie horizontal y el eje y perpendicular al eje x.
Esta posición del objeto en el eje horizontal permanece fija antes y después del vuelo del objeto. El objeto se mueve en una dirección vertical hacia arriba debido a la energía cinética, convierte toda la energía cinética en energía potencial y regresa al suelo verticalmente hacia abajo sin acelerar en una dirección paralela a la superficie.
Dado que no hay cambio en la posición del objeto incluso después del vuelo; la velocidad horizontal del objeto es cero. Por el contrario, hay un desplazamiento vertical del objeto que aumenta y disminuye con el tiempo. Por lo tanto, el objeto está asociado tanto con lo positivo como con lo velocidad negativa y aceleración
Velocidad cero y aceleración positiva
La velocidad del objeto es cero si no hay desplazamiento, y tendremos una aceleración positiva cuando haya un cambio en la velocidad y la dirección del movimiento del objeto.
Por lo tanto, si la dirección del movimiento del objeto cambia con frecuencia, la velocidad resultante será cero y la aceleración estará presente.
El objeto que desacelera se detendrá donde su velocidad se vuelve cero y luego se moverá con el aceleración positiva invirtiendo la dirección del movimiento anterior. De ahora en adelante, podemos tener aceleración positiva con velocidad cero del objeto.
Movimiento de velocidad uniforme cero
Se dice que el objeto tiene velocidad uniforme cero cuando no hay cambio en su movimiento con respecto al tiempo y no tiene dirección.
Es similar a la velocidad relativa donde la velocidad del objeto parece ser constante para un observador que se mueve a la misma velocidad y dirección.
Esto es cuando el objeto está fijado al cuerpo rígido y no se desplaza con el tiempo y continúa en estado de reposo. La velocidad de tal objeto es cero.
Considere una losa rectangular que se mueve sobre una superficie lisa horizontal. Un articulado en forma de rosquilla está unido a una losa rectangular que se mueve junto con la losa.
A medida que la losa rectangular se va desplazando de una posición a otra, la posición del articulado permanece fija sobre la losa. Por lo tanto, la velocidad del articulado es cero.
Velocidad relativa cero
Si los dos objetos viajan a la misma velocidad y en la misma dirección, la velocidad relativa de cada uno con respecto al otro será cero. Esto se representa como la velocidad relativa cero.
Si dos o más objetos viajan en la misma dirección, su velocidad se cancela y si los objetos se mueven en dirección opuesta entre sí, su relativo será la suma de la velocidad de ambos objetos.
Sean VA y VB las velocidades de dos objetos diferentes. Si estos objetos se mueven en la misma dirección, entonces su velocidad relativa es V= VA – VB; y si estos objetos se mueven en la dirección opuesta, entonces su velocidad relativa será V= VA – (-VB)= VA + VB.
El siguiente es un gráfico de posición-tiempo para dos objetos que se mueven igualando la velocidad y la dirección con el tiempo.
Como ambos objetos se mueven en la misma dirección, sus la velocidad relativa es la diferencia vectorial de las velocidades de ambos objetos. Como ambos objetos se mueven con las mismas velocidades, la velocidad relativa del objeto uno con respecto al otro será cero.
Considere dos automóviles, el automóvil A y el automóvil B que se mueven en el mismo carril y conducen a la misma velocidad. Un conductor del automóvil A puede ver un automóvil B moviéndose junto con su automóvil y la velocidad del automóvil B con respecto al automóvil A es cero. Lo mismo ocurre cuando un conductor del Coche B mira desde su punto de referencia. Por lo tanto, la velocidad relativa de ambos autos entre sí es cero.
Problema: Considere dos amigos caminando en el parque con una velocidad de 1.5 m/s. Un hombre que corre a una velocidad de 2 m/s en el parque en un círculo se cruza con las niñas en cierto punto. Cuál es el velocidad relativa de una niña con respecto a la otra y la de un hombre?
Dado: Velocidad de ambas chicas VG= 1.5 m / s
La velocidad de un hombre VM= 2 m / s
La dirección del movimiento de ambas niñas en la misma dirección y velocidad es igual.
V = VG-VG=1.5 m/s – 1.5 m/s=0
Por lo tanto, la velocidad relativa de las niñas entre sí es cero.
Un hombre también se mueve en la misma dirección pero con diferente velocidad. Por lo tanto la velocidad relativa de un hombre con la de las niñas es
V = VG-VM=1.5 m/s – 2 m/s= -0.5 m/s.
Por lo tanto, la velocidad relativa de niñas con respecto a un hombre es -0.5m/s que es negativo. Por el contrario, la velocidad relativa de un hombre con respecto a las niñas es de 0.5 m/s.
Lea más sobre la Velocidad negativa y aceleración cero: cómo, cuándo, ejemplo y problemas.
Preguntas frecuentes
Q1. Encuentre la velocidad instantánea del objeto en un movimiento plano si el desplazamiento del objeto está dado por la relación 2t3+2t+3 en el tiempo t= 5 segundos.
Dado: La posición del objeto x=2t3+2t+3
La velocidad instantánea del objeto está dada por
La velocidad instantánea del objeto es 152 m/s.
Q2. Un objeto recorre una distancia de 6 metros en 2 segundos y luego invierte su dirección y se mueve de nuevo 6 metros en 2 segundos. Luego calcule el desplazamiento y la velocidad del objeto.
el objeto a través de 6 m en 2 s, entonces la velocidad inicial del objeto es
v1=x/t=6/2=3m/s
Luego, el objeto invierte su dirección y recorre la misma distancia en el mismo intervalo de tiempo, por lo tanto, la velocidad final es
v2=x/t=-6/2=-3m/s
aquí el desplazamiento es negativo porque la dirección del movimiento de un objeto es en la dirección opuesta.
Por lo tanto, la velocidad resultante es
v=v2+v1=-3+3=0
Dado que la velocidad resultante del objeto es cero, el desplazamiento del objeto es nulo.
Q3. Se lanza una pelota al aire que sube verticalmente a una distancia de 10 metros y vuelve a bajar en el mismo plano después de 10 segundos. Mide la velocidad vertical y horizontal de la pelota.
El tiempo que tarda en volar es de 10 segundos y la distancia recorrida por la pelota en 10 segundos es de 20 metros. Por lo tanto, la velocidad de la pelota es
v=x/t=20/10=2m/s
Dado que no hay movimiento de un objeto en la dirección horizontal; la velocidad horizontal del objeto es cero.
VH=0
Un objeto de forma redonda se mueve sobre una superficie de semi arco de 40 cm de largo en 2 segundos. ¿En qué punto se verá la velocidad instantánea del objeto?
El la velocidad instantánea se observará a lo largo de la trayectoria del movimiento.
Bueno, la velocidad del objeto será máxima mientras acelera hasta un punto medio en la superficie del semi-arco.
¿Es el trampolín un ejemplo de velocidad horizontal cero?
Un trampolín puede ser un ejemplo de velocidad horizontal cero.
El movimiento del cuerpo es en dirección vertical. El cuerpo es lanzado hacia arriba y luego regresa hacia abajo en el mismo plano vertical y no hay velocidad horizontal ni la dirección alcanzada por el cuerpo.
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Hola, soy Akshita Mapari. He hecho M.Sc. en física. He trabajado en proyectos como Modelado numérico de vientos y olas durante un ciclón, Física de juguetes y máquinas de emoción mecanizadas en parque de atracciones basados en la Mecánica Clásica. He seguido un curso sobre Arduino y he realizado algunos mini proyectos en Arduino UNO. Siempre me gusta explorar nuevas zonas en el campo de la ciencia. Personalmente creo que aprender es más entusiasta cuando se aprende con creatividad. Aparte de esto, me gusta leer, viajar, rasguear la guitarra, identificar rocas y estratos, fotografiar y jugar al ajedrez.