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Calculadora de cinemática (MRUA)

Calculadora de cinemática con las ecuaciones del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado: introduce tres de estos valores (desplazamiento, velocidad inicial y final, aceleración y tiempo) para obtener los otros dos.

Redactado con herramientas de redacción con IAActualizado Ejemplos verificados: 6

Usa −9,80665 m/s² para la caída libre si el sentido positivo es hacia arriba
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Velocidad final v
m/s
Velocidad final v: 20 m/s
Cifras significativas: 6; Al más cercano; empates alejándose de cero
Desplazamiento s
100m
Velocidad inicial u
0m/s
Aceleración a
2m/s²
Tiempo t
10s

El desplazamiento es 100 m y la velocidad final es 20 m/s. El área sombreada bajo la recta de velocidad equivale al desplazamiento.

Velocidad en función del tiempo

051015200246810Tiempo (s)Velocidad (m/s)t = 10 s

Desplazamiento en función del tiempo

02550751000246810Tiempo (s)Desplazamiento (m)
Cómo se calcula S
  1. Datos conocidos en unidades del SI

    u=0 m/s,a=2 m/s2,t=10 su = 0\ \mathrm{m/s},\quad a = 2\ \mathrm{m/s^2},\quad t = 10\ \mathrm{s}
  2. Velocidad final

    v=u+at=0+(2)(10)=20 m/sv = u + at = 0 + (2)(10) = 20\ \mathrm{m/s}
  3. Desplazamiento

    s=ut+12at2=(0)(10)+12(2)(10)2=100 ms = ut + \tfrac12 a t^2 = (0)(10) + \tfrac12(2)(10)^2 = 100\ \mathrm{m}

Acerca de Calculadora de cinemática (MRUA)

El movimiento con aceleración constante se describe con cinco magnitudes: desplazamiento s, velocidad inicial u, velocidad final v, aceleración a y tiempo t. Cada una de las cinco ecuaciones SUVAT prescinde de una de ellas, de modo que tres valores conocidos determinan los otros dos. Si el tiempo es la incógnita, s = ut + ½at² es una ecuación de segundo grado y puede tener dos raíces válidas.

Sirve para problemas de frenado, caída libre y lanzamiento. Con los valores iniciales, un objeto que parte del reposo y acelera a 2 m/s² durante 10 s alcanza 20 m/s y recorre 100 m. Una pelota lanzada hacia arriba a 20 m/s pasa dos veces por los 15 m, a los 0,99 s y a los 3,09 s, y la calculadora muestra ambos instantes.

La aceleración debe ser constante y el movimiento, rectilíneo. Los valores llevan signo: elige un sentido positivo y pon un signo menos a las magnitudes que apuntan en sentido contrario; así, la caída libre con el eje hacia arriba usa a = −9,80665 m/s².

Las ecuaciones del MRUA: aceleración constante

La calculadora resuelve el movimiento rectilíneo con aceleración constante: con tres de las cinco magnitudes (desplazamiento s, velocidad inicial u, velocidad final v, aceleración a y tiempo t) obtiene las otras dos. Con los valores iniciales, un objeto que parte del reposo y acelera a 2 m/s² durante 10 s alcanza 20 m/s y recorre 100 m.

Las cinco ecuaciones que relacionan esas magnitudes son v = u + at, s = ut + ½at², v² = u² + 2as, s = ½(u + v)t y s = vt − ½at². La lección de OpenStax sobre aceleración constante deduce las cinco. Solo valen si la aceleración no cambia y el movimiento sigue una única recta.

Qué ecuación conviene usar

Cada ecuación prescinde de una magnitud. Elige la que omite el valor que ni conoces ni te piden:

  • v = u + at no contiene s.
  • s = ut + ½at² no contiene v.
  • v² = u² + 2as no contiene t.
  • s = ½(u + v)t no contiene a.
  • s = vt − ½at² no contiene u.

Un coche que va a 10 m/s y acelera a 2 m/s² durante 5 s llega a 20 m/s. Si solo interesa la distancia, sin pasar por la velocidad final, s = ut + ½at² = 10 × 5 + ½ × 2 × 5² = 50 + 25 = 75 m.

Todas las filas de la tabla describen el mismo movimiento desde el reposo: u = 0, a = 2 m/s², t = 10 s, v = 20 m/s y s = 100 m. La primera columna indica las dos incógnitas; sv significa «calcular s y v a partir de u, a y t». La calculadora llega al mismo par de resultados sea cual sea la combinación de datos elegida.

IncógnitasDatos en unidades SIResultados en unidades SI
svu=0, a=2, t=10s=100, v=20
vtu=0, a=2, s=100v=20, t=10
stu=0, a=2, v=20s=100, t=10
sau=0, t=10, v=20s=100, a=2
vau=0, t=10, s=100v=20, a=2
atu=0, s=100, v=20a=2, t=10
uat=10, s=100, v=20u=0, a=2
uta=2, s=100, v=20u=0, t=10
uva=2, t=10, s=100u=0, v=20
sua=2, t=10, v=20s=100, u=0

Velocidad, distancia y tiempo

Con velocidad constante, distancia = velocidad × tiempo; de ahí salen velocidad = distancia ÷ tiempo y tiempo = distancia ÷ velocidad. Recorrer 100 m a 5 m/s lleva 100 ÷ 5 = 20 s. Es el movimiento rectilíneo uniforme, el caso particular con a = 0, y la calculadora lo resuelve si se introduce una aceleración nula: con s = 100 m, u = 5 m/s y a = 0 da t = 20 s y v = 5 m/s.

La rapidez media de un viaje es la distancia total dividida por el tiempo total, no la media de las velocidades. Ir 60 km a 30 km/h y volver a 60 km/h lleva 2 h + 1 h = 3 h para 120 km: una media de 40 km/h, no de 45.

Fórmulas de la velocidad

La velocidad es una rapidez con dirección y sentido. Con aceleración constante, la velocidad final es v = u + at, o v² = u² + 2as si se desconoce el tiempo. Un ciclista que va a 4 m/s y acelera a 0,5 m/s² durante 6 s llega a 4 + 0,5 × 6 = 7 m/s.

La velocidad media es el desplazamiento dividido por el tiempo y, con aceleración constante, coincide con (u + v)/2. Quien da una vuelta de 400 m a la pista en 80 s lleva una rapidez media de 5 m/s, pero su velocidad media es cero, porque la vuelta termina donde empezó.

Signos y sentido del movimiento

Elige un sentido positivo y mantenlo para todas las magnitudes. Con el eje hacia arriba, una piedra que se suelta desde el reposo tiene a = −9,80665 m/s², el valor estándar de g. Tras caer 20 m está en s = −20 m y se mueve a v = −19,81 m/s, 2,02 s después de soltarla.

Un coche que frena de 10 m/s hasta detenerse en 50 m tiene a = (0² − 10²) ÷ (2 × 50) = −1 m/s² y se para al cabo de t = 2 × 50 ÷ (10 + 0) = 10 s. El signo menos indica que la aceleración apunta en contra del movimiento. Es uno de los ejemplos de la calculadora: con el par «a y t» y los datos s = 50 m, u = 10 m/s y v = 0 devuelve t = 10 s y a = −1 m/s².

Una aceleración negativa solo frena a un objeto mientras se mueve en el sentido positivo. Si parte a −5 m/s con a = −2 m/s², a los 3 s su velocidad es −11 m/s: está acelerando.

Dos soluciones para el tiempo

Cuando la incógnita es el tiempo, s = ut + ½at² es una ecuación de segundo grado en t. Una pelota lanzada hacia arriba a 20 m/s con a = −10 m/s² está 15 m por encima del punto de partida en t = 1 s, subiendo a 10 m/s, y de nuevo en t = 3 s, bajando a −10 m/s.

Las dos raíces corresponden a sucesos reales, así que se toma la que pide el enunciado. Con a = −9,81 m/s², el ejemplo de la calculadora da 0,990719 s y 3,08675 s, y muestra ambos instantes junto a la velocidad en cada uno. Una raíz negativa queda antes del inicio y se descarta. Un discriminante negativo significa que el objeto nunca alcanza ese desplazamiento, y la calculadora lo indica con un mensaje de error en lugar de un número.

Errores frecuentes

  • Mezclar km/h y m/s. Divide los km/h entre 3,6 antes de usar las ecuaciones en unidades SI: 36 km/h son 10 m/s y 72 km/h son 20 m/s.
  • Usar las ecuaciones del MRUA con aceleración variable. Un paracaidista que se acerca a la velocidad límite, o un coche cuya aceleración disminuye con la velocidad, requiere otro modelo.
  • Confundir desplazamiento y distancia. Tras un viaje de ida y vuelta s vale cero, pero la distancia recorrida no.
  • Cambiar el valor de g a mitad del problema. Usa el que da el enunciado (9,8, 9,81 o 9,80665 m/s²) y mantenlo hasta el final.

Formato de los datos y unidades

  • Elige las dos incógnitas en el desplegable e introduce las otras tres magnitudes.
  • Cada magnitud admite su propia unidad, como km/h, mph, ft/s, minutos o g₀ para la gravedad estándar. Los resultados salen en unidades SI: m, m/s, m/s² y s.
  • El desplazamiento y las velocidades llevan signo. El tiempo no puede ser negativo y debe ser mayor que cero cuando una ecuación divide por él.

Para lanzamientos con ángulo, usa la calculadora de tiro parabólico. Para obtener la aceleración a partir de fuerzas y fricción, la calculadora de fuerza, fricción y plano inclinado; para resolver con energías, la calculadora de trabajo, energía y potencia.

Ejemplos resueltos

Desde el reposo a 3 m/s² durante 8 s

Calcular
s y v (se conocen u, a, t)
Velocidad inicial u
0 m/s
Aceleración a
3 m/s²
Tiempo t
8 s
Velocidad final v
24 m/s
Desplazamiento s
96 m

Fuente de comprobación: s = ½·3·8² = 96

Una pelota lanzada hacia arriba a 20 m/s pasa dos veces por 15 m

Calcular
v y t (se conocen s, u, a)
Desplazamiento s
15 m
Velocidad inicial u
20 m/s
Aceleración a
-9,81 m/s²
Tiempo t
0,990719 s
Segundo instante (la otra raíz)
3,08675 s
Velocidad final v
10,2811 m/s
Velocidad final en el segundo instante
-10,2811 m/s

Fuente de comprobación: v = 20 − 9.81t = ±10.2810505…

Coche que frena de 10 m/s hasta detenerse en 50 m

Calcular
a y t (se conocen s, u, v)
Desplazamiento s
50 m
Velocidad inicial u
10 m/s
Velocidad final v
0 m/s
Tiempo t
10 s
Aceleración a
-1 m/s²

Fuente de comprobación: a = (0 − 100)/(2·50) = −1

Aceleración nula (movimiento uniforme)

Calcular
v y t (se conocen s, u, a)
Desplazamiento s
100 m
Velocidad inicial u
5 m/s
Aceleración a
0 m/s²
Tiempo t
20 s
Velocidad final v
5 m/s

Fuente de comprobación: Cálculo independiente

Preguntas

¿Qué significa SUVAT?

SUVAT reúne las iniciales de las cinco magnitudes de las ecuaciones con aceleración constante: s para el desplazamiento, u para la velocidad inicial, v para la velocidad final, a para la aceleración y t para el tiempo. Las ecuaciones son v = u + at, s = ut + ½at², v² = u² + 2as, s = ½(u + v)t y s = vt − ½at². Cada una omite una variable distinta, así que se elige la que deja fuera la magnitud que ni se conoce ni se necesita.

¿Cuándo se pueden usar las ecuaciones SUVAT?

Solo cuando la aceleración es constante y el movimiento es rectilíneo. La caída libre cerca de la superficie terrestre cumple esas condiciones mientras la resistencia del aire sea pequeña; la gravedad estándar es 9,80665 m/s², el valor adoptado por la 3.ª Conferencia General de Pesas y Medidas en 1901. Un paracaidista que se acerca a la velocidad límite, o un coche cuya aceleración disminuye al ganar velocidad, requiere cálculo diferencial o un modelo numérico.

¿Cómo se calcula la distancia de frenado con SUVAT?

Se iguala a cero la velocidad final en v² = u² + 2as, lo que da s = u² ÷ (2 × deceleración). Un coche que frena desde 10 m/s (36 km/h) a 1 m/s² se detiene en 50 m al cabo de 10 s. Duplicar la velocidad inicial cuadruplica la distancia de frenado. A eso se suma la distancia recorrida durante el tiempo de reacción del conductor, que es movimiento uniforme, s = ut.

¿Por qué hay dos respuestas para el tiempo?

Cuando el tiempo es la incógnita, s = ut + ½at² es una ecuación de segundo grado en t y puede tener dos raíces positivas. Una pelota lanzada hacia arriba a 20 m/s con a = −9,81 m/s² está 15 m por encima del punto de partida a los 0,99 s, al subir, y de nuevo a los 3,09 s, al bajar; en ambos instantes se mueve a 10,28 m/s, pero en sentidos opuestos. Las raíces negativas se descartan porque el tiempo empieza en cero.

¿Qué valor de g debo usar?

Usa 9,80665 m/s², la gravedad estándar definida, salvo que el problema indique otro valor; muchos libros de texto la redondean a 9,81 o 9,8 m/s². La gravedad real al nivel del mar varía con la latitud, desde unos 9,780 m/s² en el ecuador hasta 9,832 m/s² en los polos según el modelo WGS 84. Esa diferencia altera los resultados en torno a un 0,5 %.

Acerca de esta calculadora

v=u+at,s=ut+12at2,v2=u2+2as,s=12(u+v)t,s=vt−12at2v = u + at,\quad s = ut + \tfrac12at^2,\quad v^2 = u^2 + 2as,\quad s = \tfrac12(u+v)t,\quad s = vt - \tfrac12at^2

Fuentes

  1. OpenStax University Physics Volume 1, §3.4 Motion with constant acceleration
  2. HyperPhysics — Motion equations for constant acceleration

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Esta calculadora incluye 6 ejemplos resueltos con respuestas de fuentes independientes. Forman parte del conjunto de pruebas y también puedes ejecutarlos aquí.

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