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La rapidez expresa la celeridad con que se mueve un objeto. La rapidez de un objeto es la tasa de la distancia total que recorre en un intervalo de tiempo dado. Las unidades en las que se mide son las millas por hora (mph), los centímetros por segundo (cm/seg o cm/s), los metros por segundo (m/seg o m/s) o los kilómetros por hora (kph o km/h). Calcular la rapidez consiste en observar la distancia que recorre un objeto y el tiempo que le toma hacerlo. Después se calcula la rapidez a partir de esas observaciones dividendo la distancia entre el tiempo.
Pasos
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Determina la distancia que correrá el corredor. Puedes hacerlo en una pista de atletismo de una distancia conocida, por ejemplo 100 m (328 pies), o señalando la distancia en campo abierto.
- Utiliza una cinta métrica o una regla para medir la distancia si estás en un campo.
- Señala el punto inicial y el final con un pedazo de hilo o un cono.
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Prepara el experimento. A fin de determinar la rapidez del corredor, tendrás que saber el tiempo que le toma recorrer la distancia establecida. Dile al corredor que espere hasta que digas “¡ya!” para obtener una lectura precisa con el cronómetro. Asegúrate de que este esté en cero y haz que el corredor se ponga en posición al inicio de la distancia establecida.
- También puedes utilizar un reloj para medir el tiempo, pero será menos preciso.
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Haz que el corredor salga al mismo tiempo que inicias el cronómetro. Para sincronizar el tiempo lo mejor posible, grita “¡ya!” e inicia el reloj al mismo tiempo. Si te das cuenta de que la sincronización no estuvo bien, haz que el corredor vuelva al inicio y vuélvelo a intentar.
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Detén tu reloj cuando el corredor cruce la línea de meta. Observa detenidamente para ver el momento en que este cruce el punto que se designó como línea de meta. Asegúrate de detener el reloj en el momento más exacto posible en que la cruce.
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Divide la distancia que recorrió el corredor entre el número de segundos que transcurrieron. Esta división es el cálculo que se utilizará para determinar su rapidez. La ecuación es distancia recorrida entre tiempo que tomó hacerlo. [1] X Fuente de investigación Siguiendo con la longitud de ejemplo de 100 m (328 pies), si al corredor le tomó 10 segundos recorrer esa distancia, su rapidez será 100 m (328 pies) divididos entre 10; es decir 10 m/s (32,8 pies por segundo).
- Multiplica 10 m/s por 3600 (el número de segundos en una hora). El corredor habrá recorrido 36000 metros por hora o 16 kilómetros por hora (1 kilómetro es igual a 1000 m).
- Multiplica 32,8 pies por segundo por 3600. El corredor habrá recorrido 118080 pies por hora o 22,4 millas por hora (5280 pies es igual a 1 milla).
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Encuentra una pared que refleje el sonido. Una pared amplia de concreto o ladrillos funcionará bien para este experimento. Puedes probarla aplaudiendo y gritando para ver si hay eco. Si escuchas que este es fuerte, será una buena pared para este propósito. [2] X Fuente de investigación
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Mide una distancia de al menos 50 m (54,5 yardas) desde la pared. Se sugiere trabajar con esta medida porque te dará el tiempo suficiente para tomar las medidas exactas. Como tomarás en cuenta la distancia que recorrerá el sonido desde donde estás tú hacia la pared y de regreso a ti, en realidad medirás una distancia de 100 m (109 yardas).
- Mide la distancia con una cinta métrica. Trata de ser lo más preciso posible con tus medidas.
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Aplaude al mismo tiempo que suena el eco de la pared. Párate frente a la pared a la distancia que calculaste y aplaude lentamente. Podrás escuchar el eco cuando lo hagas. Acelera o desacelera el ritmo de los aplausos hasta que estos coincidan con el eco del aplauso anterior. [3] X Fuente de investigación
- Si estás sincronizado a la perfección, no escucharás el eco, solo tus aplausos.
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Aplaude 11 veces y registra el tiempo con un cronómetro al mismo tiempo. Haz que tu amigo inicie el reloj con el primer aplauso y lo detenga con el último. Si aplaudes 11 veces, tendrás 10 intervalos de distancia en que el sonido del aplauso resonará desde la pared. Es decir, el sonido habrá recorrido los primeros 100 m de distancia 10 veces. [4] X Fuente de investigación
- Aplaudir 11 veces también le dará tiempo a tu amigo para iniciar y detener el cronómetro con exactitud.
- Realiza este paso varias veces y saca un promedio de los tiempos para obtener una medida más exacta. Para hacerlo, súmalos todos los tiempos y divídelos por el número de intentos.
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Multiplica la distancia por 10. Como aplaudiste 11 veces, el sonido en realidad recorrió la distancia 10 veces. Si multiplicas 100 metros por 10, tendrás 1000 metros.
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Divide la distancia que recorrió el sonido entre el tiempo que te tomó aplaudir. Esta operación medirá la rapidez del sonido del aplauso desde tus manos hacia la pared y de vuelta a tus oídos.
- Por ejemplo, digamos que te tomó 2,89 segundos realizar los 11 aplausos. Para encontrar la rapidez del sonido, dividiremos la distancia, 1000 metros, entre el tiempo, 2,89 segundos, lo que tendrá como resultado 346 m/s.
- La rapidez del sonido al nivel del mar es de 340,29 m/s (1116 pies por segundo o 761,2 mph). [5] X Fuente de investigación Tus cálculos deben aproximarse a esta cifra, pero es posible que no sean iguales, en especial si no estás al nivel del mar. En altitudes mayores, el aire se vuelve menos denso y la rapidez del sonido es menor.
- El sonido viaja más rápido a través de los líquidos y los sólidos que del aire porque se mueve más rápido en materias que tienen mayor densidad. [6] X Fuente de investigación
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Consigue un anemómetro. Este es un aparato que mide la rapidez del viento [7] X Fuente de investigación y está compuesto de 3 o 4 cazoletas en aspas adheridas a una especie de molino central. El viento sopla en las cazoletas y las hace girar. Mientras más rápido sople el viento, más rápido girarán las cazoletas en torno al eje.
- Puedes comprar un anemómetro o hacerlo tú mismo.
- Para hacer uno tú mismo, consigue cinco vasos de cartón de 88 ml, dos pajillas, un lápiz bien tajado que tenga borrador, una engrampadora, un pequeño chinche puntiagudo y una regla. [8] X Fuente de investigación Pinta los lados de uno de los vasos para distinguirlo de las demás.
- Realiza un agujero en la parte lateral de los cuatro vasos a unos 2,5 cm (1 pulgada) del borde. En el quinto vaso, haz cuatro agujeros a lo ancho, a distancias iguales, y a unos 2,5 cm (2 pulgada) del borde. Además, hazle un agujero más en la parte inferior.
- Mete una pajilla por la parte lateral de una de los vasos y deja unos 2,5 cm (1 pulgada) de ella adentro del recipiente. Engrampa la pajilla en la parte lateral del vaso y pasa el resto por los 4 agujeros del quinto vaso metiéndola por un lado y sacándola por el otro. Coloca el segundo vaso al final de esta pajilla y fíjalos con la engrampadora. Asegúrate de que todos los vasos tengan una misma orientación.
- Repite el paso de arriba con los otros dos vasos y pasa la pajilla por los dos agujeros que quedan del vaso central. Nuevamente asegúrate de que todos los vasos tengan una misma orientación.
- Inserta con cuidado un chinche a través del punto de intersección de las pajillas en el vaso del medio.
- Pasa el lápiz por el agujero de la parte inferior del quinto vaso y mete el chinche en el borrador. Cerciórate de que tu anemómetro pueda girar libremente. De ser así, estará listo para utilizar; de lo contrario, acomoda el lápiz para que el borrador no esté pegado a las pajillas.
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Calcula la circunferencia del anemómetro. Cuando uno de los vasos termine una rotación, la distancia que haya recorrido será la circunferencia del círculo. Para calcularla, tendrás que medir el diámetro de dicho círculo.
- Mide la distancia desde el centro del anemómetro al centro de una de los vasos. Esta medida será su radio y si se duplica, obtendremos el diámetro.
- La circunferencia de un círculo es igual al diámetro multiplicado por la constante pi o el radio multiplicado por dos y por pi.
- Por ejemplo, si la distancia entre el centro del vaso y el centro del anemómetro es de 30 cm (1 pie), la distancia que este recorre en una rotación será de 2 x 30 x 3,14 (si redondeamos pi a dos decimales) o 188,4 cm (74,2 pulgadas).
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Coloca el anemómetro donde el viento pueda hacer mover los vasos. Necesitas suficiente viento para que haga girar el anemómetro, pero no para que lo derribe. Tal vez tengas que fijarlo en el suelo o en un poste para que se mantenga derecho.
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Cuenta el número de veces que el anemómetro gira en un intervalo de tiempo determinado. Párate en un solo lugar y cuenta el número de veces que el vaso de color completa una rotación en torno al círculo. Puedes usar intervalos de 5, 10, 15, 20 o 30 segundos, o incluso de un minuto. Programa un temporizador que suene cuando termine el intervalo de tiempo que elegiste para garantizar que el conteo sea exacto.
- Si no tienes un temporizador, haz que un amigo esté atento al reloj mientras tú cuentas las rotaciones.
- Si compraste un anemómetro, marca una de las cazoletas de alguna forma para que puedas contar bien.
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Multiplica el número de rotaciones por la distancia que recorre el anemómetro en una sola rotación. Así tendrás la distancia total que este recorrió mientras lo observabas.
- Por ejemplo, si tu anemómetro tiene un radio de 30 cm (0,98 pies), recorrerá 188,4 cm (6,18 pies) en una sola rotación. Si rotara 50 veces mientras cuentas, la distancia total será de 50 x 188,4 = 9420 cm.
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Divide la distancia total entre el tiempo que transcurrió. La ecuación de la rapidez es la distancia total dividida entre el tiempo que toma recorrer dicha distancia. Si tomas la distancia total que giró el anemómetro y la divides entre el tiempo en el que contaste, tendrás la rapidez actual del viento.
- Por ejemplo, si contaste el número de rotaciones en 10 segundos, tendrás que dividir la distancia que se recorrió entre 10 segundos. Rapidez = (9420 cm/10 s) = 942 cm/s (30,9 pies/s).
- Si multiplicas 942 cm/s por 3600 te dará 3391200 cm/hr; luego lo divides entre 100000 (la cantidad de centímetros que hay en un kilómetro) y obtendrás como resultado 33,9 km/hr.
- Multiplicar 30,9 pies por segundo por 3600 te dará 111240 pies por hora; luego lo divides entre 5280 y obtendrás como resultado 21,1 millas por hora.
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Consejos
- La velocidad está relacionada a la rapidez. Esta consiste tanto en la rapidez como en la dirección en la que se desplaza un objeto. Una manera sencilla de distinguir ambas magnitudes es que como el anemómetro gira en un círculo, solo podrá medir la rapidez del viento pero no su velocidad. Una manga de viento mide su rapidez porque señala la dirección en la que sopla el viento cuando se llena de aire.
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Cosas que necesitarás
- Un cronómetro
- Un asistente
- Una pista de atletismo (para medir la rapidez de un corredor)
- Una pared que refleje el sonido (para medir la rapidez del sonido)
- Una cinta métrica (para medir la rapidez del sonido)
- Anemómetro (para medir la rapidez del viento)
Referencia
- ↑ http://study.com/academy/lesson/calculating-average-speed-formula-practice-problems.html
- ↑ http://www.nuffieldfoundation.org/practical-physics/measuring-speed-sound-using-echoes
- ↑ http://www.nuffieldfoundation.org/practical-physics/measuring-speed-sound-using-echoes
- ↑ http://www.instructables.com/id/How-to-measure-the-speed-of-sound-with-two-lumps-o/
- ↑ http://www.fighter-planes.com/jetmach1.htm
- ↑ http://everythingmaths.co.za/science/grade-10/10-sound/10-sound-02.cnxmlplus
- ↑ http://www.scientificamerican.com/article/bring-science-home-wind-speed/
- ↑ http://www.scientificamerican.com/article/bring-science-home-wind-speed/
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