
El MRUV (Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado), también conocido como movimiento acelerado, es uno de los pilares de la cinemática. A diferencia del movimiento uniforme, aquí la velocidad no es constante, sino que cambia de manera regular a medida que transcurre el tiempo. Comprender este concepto es fundamental para dominar la física de bachillerato, ya que describe cómo los objetos ganan o pierden rapidez bajo una aceleración constante.
Imagina que estás detenido en un semáforo en rojo. Cuando cambia a verde, pisas el acelerador de manera constante. El auto no pasa de 0 a 100 km/h al instante; la velocidad aumenta de forma progresiva: 10, 20, 30… Esa sensación de ser empujado contra el asiento es la manifestación física de la aceleración. El MRUV es el modelo matemático que describe ese fenómeno y nos permite predecir con precisión dónde estará el vehículo y qué velocidad tendrá en cualquier instante del recorrido.
¿Qué es el Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV)?
El Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV), también conocido como movimiento acelerado, es aquel donde un cuerpo se desplaza en línea recta experimentando cambios de velocidad iguales en intervalos de tiempo iguales. En términos sencillos, lo qué es el MRUV se define por una característica fundamental: su aceleración es constante y diferente de cero.
- Diferencia clave: Mientras que en el MRU la velocidad no cambia (aceleración cero), en el movimiento rectilíneo acelerado la velocidad aumenta o disminuye de manera uniforme.
Contextualización Humana: Imagina que estás en un semáforo y este cambia a verde. Al pisar el acelerador, el velocímetro de tu auto no salta de 0 a 60 km/h instantáneamente; aumenta gradualmente. Ese incremento constante es la esencia del MRUV.
Conceptos clave del MRUV
Para resolver problemas de MRUV, es vital distinguir las variables que interactúan en el sistema.
Posición, desplazamiento y distancia
En el MRUV, la posición (x) indica dónde está el objeto, mientras que el desplazamiento (Δx) es el cambio de esa posición. En trayectorias rectilíneas sin cambio de sentido, la distancia (d) recorrida coincide con el módulo del desplazamiento.
Velocidad inicial
Es la velocidad del móvil al inicio del intervalo de tiempo observado y se representa como: $$v_{0}$$
Velocidad final
Es la velocidad alcanzada al término del intervalo de tiempo y es simbolizado como:$$v$$
Aceleración constante (a)
Es la variación de la velocidad por unidad de tiempo. En el MRUV, esta magnitud es constante y diferente de cero, sus unidades en el Sistema Internacional es$$m/s^2$$
Aceleración positiva vs. negativa:
Si la velocidad disminuye (frenado), la aceleración es negativa y el movimiento es desacelerado o retardado. Si la velocidad aumenta, el movimiento es acelerado.
Tiempo máximo
Es el tiempo transcurrido desde el momento en que un móvil inicia un movimiento uniformemente retardado, hasta detenerse.
Desplazamiento máximo:
Es el desplazamiento alcanzado por un móvil durante el tiempo máximo.
Convención de signos
Hacia la derecha/arriba: Positivo (+).
Hacia la izquierda/abajo: Negativo (-).
Aceleración: Si tiene el mismo signo que la velocidad, el cuerpo acelera; si tienen signos opuestos, el cuerpo frena.
Frases utilizadas en los problemas y su escritura correcta
En los problemas del Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV) aparecen frases típicas que traducen información física a datos matemáticos. Reconocerlas permite plantear correctamente las ecuaciones sin errores. A continuación, las frases más comunes:
| Frase del enunciado | Escribe inmediatamente su simbología |
| Parte de reposo / arranca / inicia el movimiento / Parte sin velocidad | $$v_{0}=0$$ |
| Se detiene / se para | $$v=0$$ |
| Velocidad inicial de 8 m/s | $$v_{0}=8m/s$$ |
| Alcanza una velocidad de 20 m/s | $$v=20m/s$$ |
| Aceleración constante de 3 m/s² | $$a=3m/s^{2}$$ |
| Frena / desacelera | a con signo opuesto a v |
| Aumenta su rapidez | a y v mismo signo |
| Se mueve hacia la derecha / este | Signo (+) |
| Se mueve hacia la izquierda / oeste | Signo (−) |
| Parte del origen | $$x_{0}=0$$ |
| Parte desde 5 m | $$x_{0}=5m$$ |
| Parte 5 m a la izquierda | $$x_{0}=-5m$$ |
| Recorre 40 m | $$\Delta _{x}=40m$$ |
| Distancia recorrida de 40 m | $$d=40m$$ |
| Durante 6 s | $$t=6s$$ |
| Al cabo de 10 s | $$t=10s$$ |
| Vuelve al punto de partida | $$x=x_{0}$$ |
| Pasa por el origen | $$x=0$$ |
| Regresa | Cambio de signo en v |
| Rapidez media | $$\bar{v}=\frac{d}{t}$$ |
| Velocidad media | $$\vec{v}=\frac{\Delta _{x}}{t}$$ |
Fórmulas del Movimiento rectilíneo uniformemente variado
A continuación, las ecuaciones cinemáticas fundamentales para el MRUV.
| 1. | $$v=v_{0}+a\cdot t$$ |
| 2. | $$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$ |
| 3. | $$v^{2}=v_{0}^{2}+2\cdot a\cdot \Delta _{x}$$ |
| 4. | $$\Delta _{x}=\frac{v+v_{0}}{2}\cdot t$$ |
| 5. | $$\bar{v}=\frac{v+v_{0}}{2}$$ |
¿Cómo elegir la fórmula correcta?
Esta tabla te ayudará a identificar qué fórmula usar según los datos disponibles:
Si el problema NO tiene… | Usa esta fórmula: |
| Posición/distancia | $$v=v_{0}+a\cdot t$$ |
| Velocidad final | $$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$ |
| Tiempo | $$v^{2}=v_{0}^{2}+2\cdot a\cdot \Delta _{x}$$ |
| Aceleración | $$\Delta _{x}=\frac{v+v_{0}}{2}\cdot t$$ |
Interpretación de gráficas
El análisis visual es una de las herramientas más potentes en física, porque permite comprender el comportamiento del movimiento sin recurrir de inmediato a cálculos complejos.
En el Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV), las gráficas no son simples trazos: son representaciones geométricas directas de las leyes cinemáticas.
En el estudio se aplican tres gráficas, ellas son las siguientes:
- Posición-Tiempo.
- Velocidad-Tiempo.
- Aceleración-Tiempo.
Gráfica Posición-Tiempo (x vs t)
Al observar una gráfica de posición–tiempo en el MRUV, notarás una curva parabólica.
La concavidad de la parábola permite identificar de inmediato el tipo de aceleración del móvil: si la curva se abre hacia arriba (cóncava hacia arriba), la aceleración es positiva; si se abre hacia abajo (cóncava hacia abajo), la aceleración es negativa.
Gráfica Velocidad-Tiempo (v vs t)
En el MRUV, la gráfica de velocidad–tiempo es una línea recta inclinada.
La pendiente indica el valor de la aceleración, mientras que el área bajo la recta representa el desplazamiento total del móvil durante el intervalo de tiempo analizado.
Gráfica Aceleración-Tiempo (a vs t)
La gráfica de aceleración-tiempo se representa como una recta horizontal, porque la aceleración permanece constante y no varía a lo largo del tiempo.
Guía metodológica para la solución de problemas de MRUV
Resolver problemas de cinemática requiere orden y una visión clara del fenómeno físico. Sigue estos pasos para garantizar el éxito:
1. Lectura crítica
Antes de realizar cualquier cálculo, lee el enunciado con total atención. El objetivo es visualizar la situación física. Hazte preguntas clave:
- ¿El objeto parte del reposo o ya tiene una velocidad inicial?
- ¿El móvil está ganando velocidad (acelerando) o perdiéndola (frenando)?
- ¿Existen varios tramos en el movimiento?
Consejo del profesor: Leer el problema dos o tres veces te ahorrará errores de interpretación y tiempo valioso.
2. Esquema gráfico
El dibujo no es un adorno, es tu mejor herramienta de análisis. A continuación, el orden que debes aplicar:
- Eje de referencia: Traza una línea horizontal que represente el suelo y el eje x. Define un punto de origen $$x = 0$$
- El móvil: Representa el objeto de forma simplificada (un bloque o un punto material).
- Puntos de interés: Marca con líneas verticales las posiciones clave (inicio, cambios de velocidad, final).
- Sentido y dirección: Dibuja vectores (flechas) para indicar hacia dónde se dirige la velocidad y la aceleración. Recuerda: si frena, la aceleración apunta en sentido contrario a la velocidad.
3. Registro de datos
Organiza la información técnica de forma estructurada. Crea una lista con los valores conocidos y lo que necesitas encontrar, utilizando la simbología correcta:
| Datos: |
| $$v_0 = 0 \text{ m/s}$$ |
| $$a = 2 \text{ m/s}^2$$ |
| $$d = ?$$ |
| $$t = ?$$ |
4. Conversión de unidades
Verifica que todas las magnitudes pertenezcan al mismo sistema (preferiblemente el Sistema Internacional). Si tienes la velocidad en km/h y el tiempo en segundos, debes realizar las conversiones necesarias antes de operar para evitar resultados erróneos.
5. Selección del modelo
Identifica cuál de las ecuaciones del MRUV relaciona tus datos con tu incógnita. Escribe la fórmula original antes de cualquier modificación. Las principales son:
$$v = v_0 + a \cdot t$$
$$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
$$v^{2}=v_{0}^{2}+2\cdot a\cdot \Delta _{x}$$
6. Ejecución: Despeje y cálculo
Este es el paso final. Procede a:
a. Despejar la variable necesaria de la fórmula seleccionada.
b. Sustituir los valores numéricos con sus respectivas unidades.
c. Operar matemáticamente para obtener el resultado final, asegurándote de que la unidad de medida sea la correcta para la magnitud hallada.
Nota: Recuerda siempre analizar si tu resultado tiene sentido lógico (por ejemplo, un tiempo nunca puede ser negativo). ¡A practicar!
Laboratorio virtual de MRUV
Antes que empieces a resolver problemas de MRUV, es muy relevante trabajar con el simulador interactivo de MRU y MRUV desarrollado por AulaQuest, ya que permite comprender de forma visual y dinámica cómo se comporta el movimiento de los cuerpos. Esta herramienta educativa es ideal para estudiantes que desean reforzar sus conocimientos, profesores que buscan hacer sus clases más didácticas y padres interesados en apoyar el aprendizaje desde casa. Gracias a la simulación en tiempo real, conceptos como velocidad, aceleración, distancia y tiempo se vuelven mucho más fáciles de interpretar y aplicar.
Problemas resueltos paso a paso
La resolución de los 9 problemas que se presentan a continuación sigue el orden de la guía metodológica. El objetivo no es solo que sustituyas valores en una fórmula, sino que aprendas a razonar cada etapa del proceso: desde la lectura comprensiva del enunciado, pasando por el planteamiento correcto, hasta la validación física de los resultados obtenidos.
Problema 1. Nivel básico
Un ciclista parte del reposo y acelera a razón de 2 m/s² durante 5 segundos. ¿Qué velocidad alcanza? Y crear gráficas.
SOLUCIÓN

DATOS
$$v_0 = 0 (\text{reposo})$$
$$a = 2 \text{m/s}^2$$
$$t = 5 \text{s}$$
$$v=?$$
ECUACIONES
$$v= v_0 + a \cdot t$$
OPERACIONES
$$v= 0 + (2 \cdot 5) = 10 \, m/s$$
Resultado: Alcanza una velocidad de 10 m/s.
Es lógico que si cada segundo aumenta su velocidad en 2 unidades, tras 5 segundos llegue a 10m/s.
GRÁFICAS


Gráfica de velocidad contra tiempo mostrando una línea recta que parte de 0 y llega a 10 m/s en 5 segundos.

Gráfica de posición contra tiempo mostrando un arco de parábola ascendente desde el origen hasta los 25 metros.
Problema 2. Nivel básico
Un tren viaja a 30m/s frena en seco y se detiene en 150 metros. ¿Cuál fue su aceleración?
SOLUCIÓN

El tren pierde velocidad hasta detenerse.
DATOS
$$v_0 = 30m/s$$
$$v= 0 (se\, detiene)$$
$$\Delta x = 150 m$$
$$a=?$$
ECUACIONES
$$v^2 = v_0^2 + 2a\Delta x$$
OPERACIONES
$$v^2 = v_0^2 + 2a\Delta x$$
Se despeja la aceleración:
$$a = \frac{v^2 – v_0^2}{2\Delta x}$$
Reemplazar valores
$$a = \frac{0^2 – 30^2}{2 \cdot 150} = \frac{-900}{300} = -3 m/s^2$$
El valor es negativo, lo cual es correcto porque el tren está disminuyendo su velocidad.
Problema 3. Nivel Intermedio
Un vehículo lleva una velocidad de 60km/h. Cuando frena disminuye su velocidad a 25km/h en 5 segundos. Expresar todo en el Sistema Internacional (SI).
- ¿Cuál es la aceleración?
- ¿Cuánto recorre en el cuarto segundo?
SOLUCIÓN

DATOS
$$v_{0}=60km/h$$
$$v=25km/h$$
$$t=5s$$
$$a=?$$
$$x=?$$
CONVERSIONES
👉 Con la Calculadora Universal de EduConvert puedes realizar estas conversiones de velocidad de forma rápida y segura.
Velocidad inicial
$$
60\frac{\not{km}}{\not{h}}\cdot
\frac{1000\,m}{1\,\not{km}}\cdot
\frac{1\,\not{h}}{3600\,s}
=16,67\ \text{m/s}
$$
Velocidad final
$$
25\frac{\not{km}}{\not{h}}\cdot
\frac{1000\,m}{1\,\not{km}}\cdot
\frac{1\,\not{h}}{3600\,s}
=6,94\ \text{m/s}
$$
ECUACIONES
$$v=v_{0}+a\cdot t$$
$$x_{3}=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
$$x_{4}=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
$$\Delta {x}=x_{4}-x_{3}$$
OPERACIONES
Despejar la aceleración
$$v=v_{0}+a\cdot t\Rightarrow a=\frac{v-v_{0}}{t}$$
Sustituir valores
$$a=\frac{v-v_{0}}{t}=\frac{6,94m/s-16,67m/s}{5s}$$
Valor de la aceleración:
$$a=-1,95m/s^{2}$$
Para obtener el recorrido durante el cuarto segundo (Indica una posición entre 3 y 4s), se determina las posiciones entre esos tiempos.
Fórmula para determinar la posición a los 3s.
$$x_{3}=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
Sustitución de valores
$$x_{3}=16,67\frac{m}{s}\cdot 3s+\frac{1}{2}\cdot -1,95\frac{m}{s^{2}}\cdot (3s)^{2}$$
Restar
$$x_{3}=50,01m-8,78m$$
Posición a los 3 segundos es:
$$x_{3}=41,23m$$
Fórmula para determinar la posición a los 4s.
$$x_{4}=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
Sustitución de valores
$$x_{4}=16,67\frac{m}{s}\cdot 4s+\frac{1}{2}\cdot -1,95\frac{m}{s^{2}}\cdot (4s)^{2}$$
Restar
$$x_{4}=66,68m-15,6m$$
Posición a los 4 segundos es:
$$x_{4}=51,08m$$
El desplazamiento en el cuarto segundo es:
$$\Delta {x}=x_{4}-x_{3}$$
$$\Delta {x}=51,08m-41,23m$$
$$\Delta {x}=9,85m$$
Problema 4. Nivel intermedio
Un móvil parte desde el reposo y comienza MRUV con una aceleración constante de 3m/s² durante 12s. Luego continúa su movimiento velocidad constante por 6s. Finalmente, frena hasta detenerse por completo en 18 s. Calcular el desplazamiento total efectuado.
¿Te atreves?
Muéstrame la respuesta
SOLUCIÓN

Datos:
| Tramo # 1(MRUV) | Tramo # 2(MRU) | Tramo # 3(MRUV) |
| $$v_{0}=0m/s$$ | $$t=6s$$ | $$t=18s$$ |
| $$a=3m/s^{2}$$ | $$v=0m/s$$ | |
| $$t=12s$$ | ||
| Calcular: $$\Delta _{T}=?$$ | ||
Fórmulas:
$$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
$$x=x_{0}+v\cdot t$$
$$v=v_{0}+a\cdot t$$
$$v^{2}=v_{0}^{2}+2\cdot a\cdot \Delta _{x}$$
Operaciones:
Tramo # 1 (MRUV)
$$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
Sustituir valores para el cálculo de la posición:
$$x_{1}=0+0\cdot 12s+\frac{1}{2}\cdot 3\frac{m}{s^{2}}\cdot (12s)^{2}$$
$$x_{1}=216m$$
Cálculo del módulo de la velocidad:
$$v_{1}=v_{0}+a\cdot t$$
$$v_{1}=0+3\frac{m}{s^{2}}\cdot 12$$
$$v_{1}=36m/s$$
Tramo # 2 (MRU)
Cálculo de la posición 2:
$$x_{2}=x_{0}+v\cdot t$$
$$x_{2}=0+36\frac{m}{s}\cdot 6s$$
$$x_{2}=216m$$
Tramo # 3 (MRUV)
Cálculo de la aceleración:
$$v=v_{1}+a\cdot t$$
$$0=v_{1}+a\cdot t\Rightarrow a=\frac{-v_{1}}{t}$$
$$a=\frac{-36\frac{m}{s}}{18s}$$
$$a=-2m/s^{2}$$
Determinar el valor de la posición 3:
$$v^{2}=v_{1}^{2}+2\cdot a\cdot x_{3}$$
$$0=v_{1}^{2}+2\cdot a\cdot x_{3}$$
Despejar la posición:
$$x_{3}=-\frac{v_{1}^{2}}{2a}$$
$$x_{3}=-\frac{\left ( 36\frac{m}{s} \right )^{2}}{2\cdot \left ( -2\frac{m}{s^{2}} \right )}$$
$$x_{3}=324m$$
Desplazamiento total
$$\Delta_{T}=x_{1}+x_{2}+x_{3}$$
$$\Delta _{T}=216m+216m+324m$$
$$\Delta _{T}= 756m$$
¡Muy bien! Lograste hallar el Desplazamiento total.
Problema 5. Nivel intermedio
Un guepardo corre en línea recta con una velocidad constante de 144km/h y a partir de un instante comienza a disminuir su velocidad uniformemente con aceleración de 6m/s². ¿Cuánto tarda el guepardo en realizar un desplazamiento de 60m?
¿Lo intentas?
Muéstrame la respuesta
SOLUCIÓN

DATOS
$$v_{0}=144km/h$$
$$a=-6m/s^{2}$$
$$\Delta _{x}=60m$$
$$t=?$$
CONVERSIONES
$$
\require{cancel}
144\,\frac{\cancel{\text{km}}}{\cancel{\text{h}}}\cdot
\frac{1000\,\text{m}}{\cancel{\text{km}}}\cdot\frac{\cancel{\text{h}}}{3600s}
= 40\,\frac{\text{m}}{\text{s}}
$$
FÓRMULAS
$$v^{2}=v_{0}^{2}+2\cdot a\cdot \Delta _{x}$$
$$v=v_{0}+a\cdot t$$
OPERACIONES
Cálculo de la velocidad final
$$v^{2}=\left ( 40\frac{m}{s} \right )^{2}+2\cdot \left ( -6\frac{m}{s^{2}} \right )\cdot 60m$$
$$v=\sqrt{1600\frac{m^{2}}{s^{2}}-720\frac{m^{2}}{s^{2}}}$$
$$v=4\sqrt{55}m/s\approx 29,6m/s$$
Cálculo del tiempo en que tarda en realizar el desplazamiento de 60m
$$v=v_{0}+a\cdot t\Rightarrow t=\frac{v-v_{0}}{a}$$
$$t=\frac{29,6m/s-40m/s}{-6m/s^{2}}$$
$$t=1,7s$$
¡Felicitaciones! Lograste conseguir el tiempo que tarda el guepardo en esos 60m.
Problema 6. Nivel intermedio
Un motociclista se desplaza con aceleración constante y emplea 5s en recorrer la distancia de 80m que separa a dos puntos. Si su velocidad al alcanzar el segundo punto es de 20m/s. Calcular:
- La aceleración.
- La velocidad cuando pasó por el primer punto.
¿Te atreves a este otro?
Muéstrame la respuesta
SOLUCIÓN

DATOS
$$t=5s$$
$$\Delta {x}=80m$$
$$v=20m/s$$
$$v_{0}=?$$ $$a=?$$
FÓRMULAS
$$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
$$v=v_{0}+a\cdot t$$
OPERACIONES
Se determina la velocidad inicial despejando la aceleración en la ecuación de velocidad y sustituyéndola luego en la fórmula de desplazamiento.
$$v=v_{0}+a\cdot t\Rightarrow a=\frac{v-v_{0}}{t}$$
Se reemplaza en:
$$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}\cdot \left ( \frac{v-v_{0}}{\cancel{\text{t}}} \right )\cdot t^{\cancel{\text{2}}}$$
$$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}\cdot(v-v_{0})\cdot t$$
$$v_{0}=\frac{2\Delta _{x}-v\cdot t}{t}$$
Sustituir los valores:
$$v_{0}=\frac{160m-20m/s\cdot 5s}{5s}$$
La velocidad cuando pasó por el primer punto es de:
$$v_{0}=12m/s$$
Cálculo de la aceleración:
$$a=\frac{20m/s-12m/s}{5s}$$
La aceleración del motociclista es:
$$a=1,6m/s^{2}$$
Eso es! Has dominado por completo el cálculo de la velocidad inicial y la aceleración del motociclista. ¡Tu razonamiento matemático está en su mejor momento! Ahora que tienes estas bases tan sólidas, ¿te sientes listo para subir la apuesta y pasar al nivel avanzado? ¡Vamos por el siguiente reto!
Problema 7. Nivel intermedio
Un autobús de pasajeros está detenido en una estación. Al salir, acelera de manera constante a razón de 1.5 m/s² para incorporarse a la vía principal. Si la vía de incorporación tiene una longitud de 75 metros.
- ¿Cuánto tiempo le toma al conductor alcanzar el final de esa vía partiendo desde el reposo?
- Construir gráficas.
SOLUCIÓN

DATOS
$$x_0=0 \text{ m}$$
$$x=75 \text{ m}$$
$$v_0= 0 \text{ m/s}$$
$$a=1.5 \text{ m/s}^2$$
$$t=?$$
ECUACIONES Y OPERACIONES
Necesitas una fórmula que relacione distancia, aceleración y tiempo, sin necesidad de conocer la velocidad final.
- La ecuación de posición es ideal:
$$x = x_0 + v_0 t + \frac{1}{2} a t^2$$
Como
$$x_{0} = 0\, \, y\, \, v_{0}=0$$
La fórmula se simplifica a: $$x = \frac{1}{2} a t^2$$
- Se despeja el tiempo t :
$$t^2 = \frac{2x}{a} \implies t = \sqrt{\frac{2x}{a}}$$
- Sustitución de los valores numéricos:
$$t = \sqrt{\frac{2(75 \text{ m})}{1.5 \text{ m/s}^2}} = \sqrt{\frac{150}{1.5}} = \sqrt{100}$$
El tiempo que le toma al conductor en alcanzar el final de esa vía partiendo desde el reposo es de:
$$t = 10 \text{ s}$$
¿Es razonable que un autobús tarde 10 segundos en recorrer 75 metros mientras acelera?
Sí, es un tiempo lógico para un vehículo pesado ganando velocidad en una vía de incorporación. Si el resultado hubiera dado 0.1 segundos o 500 segundos, pues algo falló.
GRÁFICAS



Problema 8. Nivel avanzado
Imagina que un tren metropolitano (suburbano) viaja a una velocidad constante de 90km/h . De pronto, el conductor visualiza un obstáculo en la vía a lo lejos y aplica el freno de emergencia. Tu tarea es estimar la distancia mínima que recorrerá el tren antes de detenerse por completo, suponiendo que el sistema de frenos proporciona una desaceleración constante de aproximadamente 1.0m/s².
¿Por qué crees que esta distancia es tan crítica para la seguridad en las vías?
Este planteamiento combina la física cinemática con una reflexión sobre seguridad ferroviaria. Para entenderlo, primero debes ver qué sucede matemáticamente y luego por qué ese resultado es tan impactante.

DATOS
$$v_{0}=90km/h(25m/s)$$
$$v=0km/h$$
$$a=-1m/s^{2}$$
$$\Delta _{x}=?$$
ECUACIONES Y OPERACIONES
Primero, asegúrate que las unidades estén en el Sistema Internacional (SI). Como ya tienes la velocidad en m/s, puedes operar directamente.
Utiliza la ecuación: $$v^2 = v_0^2 + 2a\Delta x$$
Despeja la magnitud del desplazamiento considerando que v = 0:
$$0 = v_0^2 + 2a\Delta x$$
$$-v_0^2 = 2a\Delta x$$
$$\Delta x = \frac{-v_0^2}{2a}$$
Ahora, sustituye los valores:
$$\Delta x = \frac{-(25 \text{ m/s})^2}{2(-1.0 \text{ m/s}^2)}$$
Dividir:
$$\Delta x = \frac{-625 \text{ m}^2/\text{s}^2}{-2.0 \text{ m/s}^2}$$
Resultado:
$$\Delta x = 312.5 \text{ metros}$$
Tu estimación final es que el tren recorrerá unos 312.5 metros desde que se activan los frenos.
¿Por qué es relevante esto?
El resultado de este problema revela una realidad contundente, incluso activando el freno de emergencia de inmediato, el tren requiere más de 300 metros (aproximadamente 3 cuadras) para detenerse por completo.
- La masa y la inercia:
A diferencia de un automóvil, que a 90km/h podría detenerse en unos 50 metros, un tren posee una masa colosal. La inercia-esa resistencia al cambio de movimient-dicta que, aunque el sistema de frenado sea impecable, la energía cinética acumulada es tan grande que detener el convoy requiere de un espacio masivo. En física, la masa no perdona. - Visibilidad vs. distancia de frenado:En curvas cerradas o bajo condiciones climáticas adversas, la visibilidad del conductor suele ser menor a los 300 metros. Esto implica un escenario crítico: si el obstáculo aparece en el campo visual del operario, físicamente ya es imposible evitar la colisión. El tren se detendrá, pero mucho después del punto de impacto.
RESUMEN
La distancia de frenado es crítica porque define el margen de error cero. Comprender que un tren no puede «parar en seco» es la razón fundamental de la existencia de la señalización anticipada y de la rigurosidad en los cruces a nivel. El tren no puede maniobrar para esquivar, y su capacidad de detención está limitada por las leyes de la naturaleza; por ello, la prevención en las vías no es una sugerencia, es una necesidad física.
Problema 9. Nivel avanzado
Imagina que vas en un vehículo conduciendo a una velocidad de 50 km/h (14 m/s) y, de repente, surge la necesidad de frenar en seco por un obstáculo vial.
- ¿Cuánto espacio recorrerá realmente?
Para resolverlo, debes visualizar que un frenado no es un evento instantáneo, sino un proceso compuesto por dos etapas físicas totalmente diferentes.

Las dos etapas del frenado son:
- Tiempo que tardas en reaccionar: Es el tiempo que transcurre desde que ves el peligro hasta que tu pie toca el pedal. Durante este segundo (en promedio), el auto no sabe que quieres frenar, por lo que sigue a velocidad constante.
- Tiempo de Frenado Real: Una vez que pisas el freno, el vehículo empieza a perder velocidad de forma gradual (desaceleración) hasta llegar a 0 m/s.
DATOS
$$x_{0}=0$$
$$v_{0}=50km/h$$
$$\Delta T = \, ?$$
FÓRMULAS
$$x_1=x_{0}+v_{0}\cdot t$$
$$v^{2}=v_{0}^{2}+2\cdot a\cdot \Delta _{x}$$
Parte 1 (MRU)
Tiempo que tardas en reaccionar Tu primer intervalo comienza cuando decides frenar (MRU) y termina cuando tu pie toca el pedal (MRUV). Suponiendo que tu tiempo de reacción fue de 1s y vas a 14 m/s, la posición es::
$$x_1=x_{0}+v_{0}\cdot t$$
$$x_1 = 0m +14m/s\cdot 1s = 14m$$
Esto significa que recorriste 14 metros antes de empezar a frenar.
Parte 2 (MRUV)
El frenado real
Fórmula de la aceleración (frenado)
La capacidad de frenado de un vehículo depende principalmente de la gravedad y del agarre del neumático, expresado así:$$a=\mu \cdot g$$
Donde:
g = aceleración de la gravedad (9,8m/s²)
μ = coeficiente de fricción. Para un neumático de caucho moderno sobre asfalto seco y en buen estado, este valor suele oscilar entre 0.7 y 0.9.
Para esta situación se toma el valor de 0,82 (típico de un pavimento seco y limpio).
$$a=0,82 \cdot 9,82m/s^{2}$$
$$a\approx 8m/s^{2}$$
Ahora se calcula el desplazamiento
$$v^{2}=v_{0}^{2}+2\cdot a\cdot \Delta _{x}$$
Despejando:
$$\Delta {x}=\frac{v^{2}-v{0}^{2}}{2a}$$
$$\Delta _{x}=\frac{0-(14m/s^{2})^{2}}{2\cdot (-8m/s^{2})}$$
$$\Delta _{x}=12,25m$$
El espacio total estimado es de:
$$\Delta_{T}=x_{1}+x_{2}$$
$$\Delta _{T}=14m+12,25m$$
$$\Delta _{T}=26,25m$$
FAQ’s: Preguntas Frecuentes
¿Qué significa que la aceleración sea constante en el MRUV?
Significa que la velocidad del objeto cambia exactamente la misma cantidad cada segundo. Por ejemplo, si la aceleración es de 2m/s² , la velocidad aumentará 2m/s cada segundo que pase.
¿Puede un objeto tener velocidad cero y aún así estar acelerando?
Sí. El ejemplo clásico es el instante en que un objeto «parte del reposo» o cuando lanzas una pelota hacia arriba y llega a su punto más alto; en ese milisegundo su velocidad es cero, pero la gravedad (aceleración) sigue actuando sobre él.
¿Cuál es la diferencia principal entre MRU y MRUV?
En el MRU la velocidad no cambia (aceleración nula), mientras que en el MRUV la velocidad varía de forma uniforme debido a una aceleración constante.
¿Qué indica un signo negativo en la aceleración?
Generalmente indica que el objeto está frenando (si la velocidad es positiva) o que está acelerando en sentido contrario al sistema de referencia elegido.
¿Por qué la gráfica de posición-tiempo es una parábola?
Porque la posición depende del cuadrado del tiempo (t²) según la ecuación: $$x=x_{0}+v_{0}\cdot t+\frac{1}{2}a\cdot t^{2}$$
En matemáticas, cualquier función de segundo grado representa una parábola representa una parábola.
¿Cómo se calcula la distancia recorrida a partir de una gráfica de velocidad?
Solo debes calcular el área bajo la recta en la gráfica de velocidad-tiempo. El valor numérico de esa área geométrica (ya sea un triángulo o un trapecio) es igual al desplazamiento del móvil.
¿Qué pasa si la aceleración es a favor de la velocidad?
El movimiento es acelerado y la rapidez del objeto aumenta.
¿Qué pasa si la aceleración es en contra de la velocidad?
El movimiento es retardado o desacelerado y el objeto eventualmente se detendrá.
¿Qué fórmulas debo usar si no tengo el dato del tiempo?
La fórmula ideal es la ecuación independiente del tiempo: $$v^{2}=v_{0}^{2}+2\cdot a\cdot \Delta _{x}$$
¿La caída libre es un tipo de MRUV?
¡Exactamente! La caída libre es un MRUV vertical donde la aceleración es la gravedad (g≈9.8m/s² ), la cual se mantiene constante durante todo el trayecto.
¿Qué es el tiempo máximo en MRUV?
Es el tiempo que tarda un cuerpo en detenerse por completo desde que empieza a frenar. Se calcula con
$$t_{max}=\frac{-v_{0}}{a}$$
¿Por qué es importante el sistema de referencia?
Porque define los signos de tus datos. Sin un sistema de referencia, no podrías saber si un objeto se mueve a la derecha o a la izquierda, o si está ganando o perdiendo velocidad correctamente en las ecuaciones.
¡Experimenta la Física en Tiempo Real!
Para que tu aprendizaje pase del papel a la práctica, se recomienda el uso del simulador interactivo PhET de la Universidad de Colorado: «El Hombre Móvil». Este laboratorio virtual permite manipular directamente la posición y la aceleración de un personaje, mientras el sistema genera las gráficas correspondientes en tiempo real.
Es la herramienta perfecta para que compruebes por qué la gráfica de posición se curva y por qué la de velocidad se mantiene como una línea recta. Te sugerimos intentar recrear los datos del Problema 1 de esta guía; así podrás verificar si las gráficas resultantes coinciden con las presentadas en este artículo.
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Actividades
Básico
1. Un tren arranca desde una estación y aumenta su velocidad uniformemente a razón de 1.5 m/s². Si mantiene este ritmo durante 12 segundos, ¿qué velocidad habrá desarrollado?. Rep. 18m/s.
2. Un vehículo de carga se desplaza por una vía recta a una velocidad de 24 m/s. Al observar un obstáculo, el conductor aplica los frenos de manera uniforme hasta detenerse por completo tras recorrer 80 metros. ¿Cuál es el valor de su aceleración durante el frenado?. Rep. -3,6m/s²
Intermedio
3. Un transporte de carga que se desplaza a 80 km/h reduce su rapidez de forma constante hasta alcanzar los 30 km/h en un lapso de 6 segundos. Expresa las magnitudes en el SI y determina:
- La aceleración del transporte.
- La distancia recorrida específicamente durante el tercer segundo de su frenado.
Rep. -2,31m/s², 16,42m.
4. Un dron despega desde la inmovilidad y acelera uniformemente a 2 m/s² durante 10 segundos. Posteriormente, mantiene la velocidad alcanzada desplazándose con rapidez constante durante 8 segundos. Por último, inicia un proceso de frenado regular hasta quedar estático en un lapso de 15 segundos. Determina el desplazamiento total realizado por el dispositivo. Rep. 410m.
5. Un felino salvaje se desplaza en trayectoria recta a una velocidad sostenida de 108 km/h. En un momento dado, empieza a reducir su rapidez de forma constante con una aceleración de 4 m/s². ¿Qué tiempo le toma al animal cubrir una distancia de 80 metros desde que inició el frenado?. Rep. 3.17s.
6. Un monopatín eléctrico recorre una distancia de 100 metros entre dos farolas de una avenida en un intervalo de 8 segundos con aceleración constante. Si cruza la segunda farola con una rapidez de 15 m/s, calcula:
- El valor de la aceleración.
- La velocidad con la que pasó por la primera farola.
Rep. 0,625m/s², 10m/s.
7. Un camión de carga se encuentra en un semáforo en rojo. Al cambiar a verde, el vehículo arranca con una aceleración uniforme de 1.2 m/s² para avanzar por un carril de salida. Si dicho carril tiene una extensión total de 60 metros, ¿cuánto tiempo le toma al camión recorrerlo por completo desde su estado de reposo?Rep. 10s.
Avanzado
8. Un tranvía circula por la ciudad a una velocidad de 72 km/h. Al detectar un cruce obstruido, se inicia un frenado de emergencia que reduce su velocidad a razón de 0.8 m/s² de forma uniforme. Calcula la longitud mínima de vía necesaria para que el transporte se detenga totalmente. Rep. 250m.
9. Un conductor circula en su automóvil a una velocidad de 72 km/h (20 m/s) cuando detecta un objeto en la calzada. Si al aplicar los frenos de forma inmediata el vehículo experimenta una desaceleración constante de 5 m/s², ¿qué distancia recorrerá el auto antes de detenerse por completo? Rep.40m
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