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Calculadora de tiro parabólico

Calculadora de tiro parabólico: alcance, altura máxima, tiempo de vuelo y velocidad de impacto para cualquier ángulo y altura de lanzamiento, en la Tierra o en otros astros, con resistencia del aire.

Redactado con herramientas de redacción con IAActualizado Ejemplos verificados: 6

Más opciones
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Alcance horizontal
m
Alcance horizontal: 40,7886 m
Cifras significativas: 6; Al más cercano; empates alejándose de cero
Altura máxima sobre el suelo
10,1972m
Tiempo de vuelo
2,88419s
Tiempo hasta la altura máxima
1,4421s
Velocidad de impacto
20m/s
Ángulo de impacto bajo la horizontal
45,00°

El proyectil vuela durante 2,884 s, sube hasta 10,2 m sobre el suelo y cae a 40,79 m de distancia, a 20 m/s.

Trayectoria

punto más alto a los 1,44 sR = 40,79 mH = 10,2 m
Cómo se calcula S
  1. Descomposición de la velocidad de lanzamiento

    vx=vcos⁡θ=14.1421 m/s,vy=vsin⁡θ=14.1421 m/sv_x = v\cos\theta = 14.1421\ \mathrm{m/s},\quad v_y = v\sin\theta = 14.1421\ \mathrm{m/s}
  2. Tiempo de vuelo

    T=vy+vy2+2gh0g=14.1421+(14.1421)2+2(9.80665)(0)9.80665=2.88419 sT = \frac{v_y + \sqrt{v_y^2 + 2gh_0}}{g} = \frac{14.1421 + \sqrt{(14.1421)^2 + 2(9.80665)(0)}}{9.80665} = 2.88419\ \mathrm{s}
  3. Rango

    R=vxT=(14.1421)(2.88419)=40.7886 mR = v_x T = (14.1421)(2.88419) = 40.7886\ \mathrm{m}
  4. Altura máxima

    H=h0+vy22g=0+(14.1421)22(9.80665)=10.1972 mH = h_0 + \frac{v_y^2}{2g} = 0 + \frac{(14.1421)^2}{2(9.80665)} = 10.1972\ \mathrm{m}
  5. Impacto

    ∣v⃗∣=vx,T2+vy,T2=20 m/s,φ=arctan⁡∣vy,T∣vx,T=45 ∘|\vec v| = \sqrt{v_{x,T}^2 + v_{y,T}^2} = 20\ \mathrm{m/s},\quad \varphi = \arctan\frac{|v_{y,T}|}{v_{x,T}} = 45\ \mathrm{^\circ}

Acerca de Calculadora de tiro parabólico

La velocidad de lanzamiento se descompone en una parte horizontal, v cos θ, que no cambia, y una parte vertical, v sen θ, que la gravedad reduce en g cada segundo. El tiempo de vuelo es el instante en que la altura vuelve al suelo y se obtiene resolviendo el movimiento vertical; el alcance es la velocidad horizontal × el tiempo de vuelo. En terreno llano se reduce a R = v² sen 2θ ÷ g.

Resuelve ejercicios de clase y estimaciones de deportes o de chorros de agua. El lanzamiento inicial, 20 m/s a 45° en la Tierra, sube hasta 10,20 m y cae a 40,79 m al cabo de 2,88 s. El mismo lanzamiento en la Luna, donde g = 1,62 m/s², recorre 246,9 m.

Sin la opción de resistencia se ignoran la resistencia del aire, el efecto del giro y la curvatura de la Tierra, lo que exagera el alcance de los objetos rápidos o ligeros. La opción de resistencia lineal muestra cómo el aire acorta la trayectoria y la hace más empinada; las pelotas reales a velocidades deportivas sufren una resistencia más próxima a v², así que ese resultado indica una tendencia.

Cómo se calcula el alcance de un proyectil

La calculadora da el alcance horizontal, la altura máxima, el tiempo de vuelo y la velocidad y el ángulo de impacto de un proyectil lanzado con cualquier ángulo y desde cualquier altura. Con los valores iniciales, una pelota lanzada a 20 m/s y 45° en la Tierra (g = 9,80665 m/s²) cae a 40,79 m al cabo de 2,88 s, tras subir hasta 10,20 m.

En terreno llano y sin resistencia del aire, el alcance es R = v² sen(2θ) ÷ g. Si el punto de lanzamiento está elevado, esa fórmula ya no sirve y primero hay que obtener el tiempo de vuelo.

Cómo resolver un problema de tiro parabólico a mano

Se descompone la velocidad de lanzamiento en sus componentes y se trata cada dirección por separado, como en la sección 4.3 de OpenStax University Physics. Para el lanzamiento de 20 m/s a 45°:

  1. Velocidad horizontal: vx = v cos θ = 14,142 m/s, constante durante todo el vuelo.
  2. Velocidad vertical: vy = v sen θ = 14,142 m/s, que disminuye en g cada segundo.
  3. Tiempo de vuelo en terreno llano: T = 2vy ÷ g = 2 × 14,142 ÷ 9,80665 = 2,884 s.
  4. Alcance: R = vx × T = 14,142 × 2,884 = 40,79 m.
  5. Altura máxima: H = vy² ÷ 2g = 10,20 m, que se alcanza a los vy ÷ g = 1,442 s.

Sin resistencia del aire, el proyectil llega al suelo con su velocidad de lanzamiento, 20 m/s, y con un ángulo de 45° por debajo de la horizontal.

Lanzamiento desde una altura

Si el punto de lanzamiento está a una altura h sobre el suelo donde cae el proyectil, el tiempo de vuelo es la raíz positiva de h + vy·t − ½gt² = 0: T = (vy + √(vy² + 2gh)) ÷ g. El alcance sigue siendo vx × T, y la altura máxima es H = h + vy² ÷ 2g.

Una piedra lanzada a 15 m/s y 30° desde un acantilado de 10 m está en el aire 2,385 s, cae a 30,98 m de la base y sube hasta 12,87 m sobre ella. Llega al suelo a 20,52 m/s, con un ángulo de 50,73° bajo la horizontal.

Un lanzamiento horizontal cae mientras avanza: T = √(2h ÷ g). A 10 m/s desde 20 m, T = 2,020 s y el alcance es 20,20 m.

Un lanzamiento dirigido hacia abajo llega antes, y su punto más alto es la altura de lanzamiento. A 15 m/s y −20° desde el mismo acantilado de 10 m, la piedra cae a 14,06 m al cabo de 0,998 s.

Qué ángulo da el alcance máximo

En terreno llano, 45° es el ángulo que llega más lejos, porque sen 2θ es máximo cuando 2θ = 90°. Los ángulos complementarios, como 30° y 60°, caen en el mismo punto, aunque el más inclinado sube más y tarda más.

Lanzar desde una altura desplaza el ángulo óptimo por debajo de 45°, y la resistencia del aire también lo reduce.

Tiro parabólico en la Luna, Marte y Júpiter

El alcance, la altura y el tiempo de vuelo son proporcionales a 1/g. El mismo lanzamiento de 20 m/s a 45° con las gravedades superficiales de las fichas planetarias de la NASA da:

  • Tierra, 9,80665 m/s²: 40,79 m en 2,88 s
  • Marte, 3,71 m/s²: 107,8 m en 7,62 s
  • Luna, 1,62 m/s²: 246,9 m en 17,46 s
  • Júpiter, 24,79 m/s²: 16,14 m en 1,14 s

El valor terrestre es la gravedad estándar. La gravedad local varía ligeramente con la latitud y la altitud; si necesitas otro valor, elige «Personalizado» e introdúcelo.

Tiro parabólico con resistencia del aire

El modelo de resistencia lineal aplica una fuerza F = −b·v, donde b, en kg/s, fija su intensidad. Ese b es una magnitud distinta del coeficiente de arrastre adimensional que se usa con la resistencia proporcional a v².

El movimiento depende entonces de k = b/m. Para una pelota de 0,145 kg con b = 0,01 kg/s, k = 0,069 s⁻¹ y la velocidad límite g/k es 142,2 m/s.

Lanzada a 20 m/s y 45°, esa pelota cae a 35,95 m en lugar de 40,79 m, alrededor de un 12 % menos. Sube hasta 9,57 m y baja con más pendiente que la de subida: llega al suelo a 48,7° en lugar de 45°. La calculadora dibuja las dos trayectorias, con resistencia en trazo continuo y sin ella en discontinuo, y da el alcance sin resistencia como resultado aparte.

La resistencia lineal describe bien objetos pequeños y lentos. Una pelota a velocidades deportivas sufre una resistencia más próxima a v², así que el resultado con resistencia indica una tendencia (Taylor, Classical Mechanics, secciones 2.2 y 2.3).

Alcance, altura y tiempo de vuelo comparados

El caso inicial es 20 m/s a 45° desde el suelo. El horizontal es 10 m/s a 0° desde 20 m de altura, y el de resistencia lineal repite el lanzamiento de 20 m/s a 45° con una pelota de 0,145 kg y b = 0,01 kg/s. Todos usan la gravedad terrestre.

CasoAlcance (m)Altura máxima (m)Tiempo de vuelo (s)
Inicial40,788610,19722,88419
Horizontal20,1962202,01962
Resistencia lineal35,94519,567782,79449

Errores frecuentes

  • Usar la fórmula de terreno llano desde una altura. Para el lanzamiento desde el acantilado de 10 m, v² sen 2θ ÷ g da 19,87 m; el alcance real es 30,98 m.
  • Dejar la calculadora de bolsillo en radianes. sen 45 en radianes es 0,851, no 0,707.
  • Mezclar km/h y m/s. 72 km/h son 20 m/s. Introducir 72 como m/s multiplica el alcance por 12,96.
  • Medir la altura máxima desde el punto de lanzamiento. La altura máxima se cuenta desde el suelo donde cae el proyectil, así que incluye la altura de lanzamiento.
  • Redondear g. Con g = 9,8 m/s², el lanzamiento de 20 m/s a 45° llega a 40,82 m, y con 10 m/s² a 40,00 m; eso explica pequeñas diferencias con las soluciones de los libros.

Convenciones de lanzamiento y unidades

  • La velocidad de lanzamiento admite m/s, km/h, mph o ft/s, y el ángulo, grados o radianes entre −90° y 90°.
  • Un ángulo negativo lanza hacia abajo y necesita una altura de lanzamiento mayor que cero.
  • La altura de lanzamiento se mide sobre el suelo donde cae el proyectil, no sobre el nivel del mar.
  • Los resultados pueden mostrarse en metros y m/s o en pies y mph.

Para el movimiento rectilíneo con aceleración constante, usa la calculadora de cinemática. Cuando la gravedad disminuye con la distancia, como ocurre con los satélites, usa la calculadora de órbitas y gravedad.

Ejemplos resueltos

20 m/s a 45° en la Tierra

Velocidad de lanzamiento
20 m/s
Ángulo de lanzamiento sobre la horizontal
45 °
Altura de lanzamiento sobre el suelo
0 m
Gravedad
Tierra
Unidad de los resultados
Metros y m/s
Alcance horizontal
40,7886 m
Altura máxima sobre el suelo
10,1972 m
Tiempo de vuelo
2,88419 s
Velocidad de impacto
20 m/s

Fuente de comprobación: Cálculo independiente

15 m/s a 30° desde un acantilado de 10 m

Velocidad de lanzamiento
15 m/s
Ángulo de lanzamiento sobre la horizontal
30 °
Altura de lanzamiento sobre el suelo
10 m
Gravedad
Tierra
Unidad de los resultados
Metros y m/s
Alcance horizontal
30,979 m
Altura máxima sobre el suelo
12,868 m
Tiempo de vuelo
2,38477 s
Velocidad de impacto
20,5215 m/s
Ángulo de impacto bajo la horizontal
50,73 °

Fuente de comprobación: Cálculo independiente

El mismo lanzamiento en la Luna

Velocidad de lanzamiento
20 m/s
Ángulo de lanzamiento sobre la horizontal
45 °
Altura de lanzamiento sobre el suelo
0 m
Gravedad
Luna
Unidad de los resultados
Metros y m/s
Alcance horizontal
246,914 m
Tiempo de vuelo
17,4594 s

Fuente de comprobación: Cálculo independiente

Lanzamiento horizontal desde 20 m (θ = 0)

Velocidad de lanzamiento
10 m/s
Ángulo de lanzamiento sobre la horizontal
0 °
Altura de lanzamiento sobre el suelo
20 m
Gravedad
Tierra
Unidad de los resultados
Metros y m/s
Alcance horizontal
20,1962 m
Altura máxima sobre el suelo
20 m
Tiempo de vuelo
2,01962 s
Ángulo de impacto bajo la horizontal
63,21 °

Fuente de comprobación: Cálculo independiente

Preguntas

¿Qué ángulo de lanzamiento da el alcance máximo?

En terreno llano y sin resistencia del aire, 45° da el mayor alcance, porque R = v² sen 2θ ÷ g y sen 2θ es máximo cuando 2θ = 90°. Lanzar desde una altura baja el ángulo óptimo: desde un acantilado de 10 m a 15 m/s es de unos 36,2°, que llega a 31,4 m frente a 30,5 m con 45°. La resistencia del aire también reduce el ángulo óptimo.

¿Cómo se calcula el tiempo de vuelo?

En terreno llano, T = 2v sen θ ÷ g, de modo que un lanzamiento a 20 m/s y 45° en la Tierra permanece 2,88 s en el aire. Desde una altura de lanzamiento h, se toma la raíz positiva de h + v sen θ·t − ½gt² = 0, que es T = (v sen θ + √(v² sen² θ + 2gh)) ÷ g. El tiempo hasta el punto más alto es v sen θ ÷ g, la mitad del tiempo de vuelo en terreno llano.

¿Por qué 30° y 60° dan el mismo alcance?

En terreno llano, los ángulos complementarios dan el mismo alcance porque sen 2θ = sen(180° − 2θ). A 20 m/s, los lanzamientos a 30° y a 60° caen ambos a 35,32 m. El de 60° sube el triple, 15,30 m frente a 5,10 m, y permanece en el aire 3,53 s en lugar de 2,04 s, algo que importa cuando la trayectoria tiene que salvar un obstáculo.

¿Cuánto acorta el alcance la resistencia del aire?

Depende de la masa, el tamaño y la velocidad del objeto. Con el modelo lineal de esta calculadora, una pelota de 0,145 kg lanzada a 20 m/s y 45° con b = 0,01 kg/s cae a 35,95 m en lugar de 40,79 m, alrededor de un 12 % menos, y alcanza 9,57 m de altura en lugar de 10,20 m. La resistencia también hace que la bajada sea más empinada que la subida, así que la trayectoria deja de ser una parábola simétrica.

Acerca de esta calculadora

R=vxT,T=vy+vy2+2gh0g,H=h0+vy22g;h0=0: R=v2sin⁡2θgR = v_x T,\quad T = \frac{v_y + \sqrt{v_y^2 + 2gh_0}}{g},\quad H = h_0 + \frac{v_y^2}{2g};\qquad h_0 = 0:\ R = \frac{v^2\sin 2\theta}{g}

Fuentes

  1. OpenStax University Physics Volume 1, §4.3 Projectile motion
  2. Taylor, Classical Mechanics (2005), §2.2–2.3 Linear air resistance
  3. NASA Planetary Fact Sheet — surface gravity

Verificado con las referencias

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