Autor Tema: El coche de policía

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14 Noviembre, 2019, 09:01 am
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Marcos Castillo

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Hola
Un coche lleva una velocidad de 25 m/s(=90km/h) en una zona escolar. Un coche de policía, que está parado, arranca cuando el infractor le adelanta y acelera con una aceleración constante de 5 m/\( s^2 \). ¿Qué velocidad lleva el coche de policía cuando se encuentra a 25 m por detrás del vehículo infractor?.
\( x_p-x_0=\dfrac{1}{2}5t^2 \)
\( x_c-x_0=25t \)
25=25t-\( \dfrac{1}{2}5t^2 \)
\( \dfrac{1}{2}5t^2-25t+25=0 \)
Me salen dos velocidades, y coincido con el libro: 44.35 y 5.65 m/s, pero el libro explica por qué son dos, y no lo entiendo. El tiempo lo expresa así: \( (5\pm{\sqrt{15}}) s \). Yo no sé cómo se llega a esa expresión. Para mí al despejar t me sale
\( t=\dfrac{25\pm{(5\pm{\sqrt{15}})}}{5} \)
Perdón por el uso chapucero de LaTeX.
Un saludo

14 Noviembre, 2019, 09:21 am
Respuesta #1

sugata

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Tienes que sacar factor comun.

\( t=\dfrac{25\pm{}\sqrt[ ]{25^2-10\cdot 25}} {5}=\dfrac{5(5\pm{}\sqrt[ ]{25-10}) }{5}=5\pm{}\sqrt[ ]{15} \)

14 Noviembre, 2019, 10:04 am
Respuesta #2

Richard R Richard

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pero el libro explica por qué son dos, y no lo entiendo.
Hola cuando el coche pasa por la posición del coche de policía la distancia entre ellos es nula. El coche de policía arranca con velocidad nula y el coche le saca ventaja y se aleja de él , sobrepasa los 25 m de distancia mientras se sigue alejando , allí el coche de policía lleva 5.65m/s a los \( 5-\sqrt{15}s \) , pero para darle caza tiene que seguir acelerando , aumenta su velocidad por encima de la del coche y comienza a reducir distancia hasta que nuevamente se pone a 25 m justamente a los \( 5+\sqrt{15}s \)  cuando su velocidad es de 44.35m/s , es por eso que hay dos tiempos y dos velocidades en que la policía esta 25 m por detrás del coche.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

14 Noviembre, 2019, 10:12 am
Respuesta #3

Luis Fuentes

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Hola

 Respecto a la ecuación de segundo grado.

\( \dfrac{1}{2}5t^2-25t+25=0 \)

Quizá es mejor primero simplificarla:

\( t^2-10t+10=0 \)

y luego:

\( t=\dfrac{10\pm \sqrt{100-40}}{2}=\dfrac{10\pm \sqrt{60}}{2}=\dfrac{10\pm 2\sqrt{15}}{2}=5\pm \sqrt{15} \).

En cuanto a porqué dos soluciones te lo ha dicho Richard: al principio el coche de policía va mas lento que el otro coche por lo que éste se aleja hasta alcanzar los \( 25m \); pero llega un momento en que la velocidad de la policía supera la del otro y entonces empieza a recortar distancia y vuelve a alcanzar los \( 25m \).

En el gráfico puedes ver considerando en el eje de abcisas el tiempo y en el ordenadas la distancia al punto de encuentro inicial, en rojo la gráfica del coche, en azul la gráfica de la policía, punteada 25 metros más atrás del coche y a la izquierda la posición de policía y coche y la distancia de ambos en cada instante.


Saludos.

14 Noviembre, 2019, 10:46 am
Respuesta #4

Marcos Castillo

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¡Muchas gracias, sugata, Richard R Richard, Luis Fuentes!
Un saludo

14 Noviembre, 2019, 11:40 am
Respuesta #5

feriva

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Hola, Marcos.

Considera el enunciado así:

Un coche lleva una velocidad de 25 m/s en una zona escolar. Un coche de policía, que está parado, arranca (en el mismo sentido que el otro coche) cuando el infractor le adelanta y acelera con una aceleración constante de 5 m/s2s2. ¿Qué velocidad lleva el coche de policía cuando se encuentra a 25 m por detrás del vehículo infractor?.

Ése detalle subrayado se sobre entiende en el problema, pues le persigue, pero imagina que no se hablara de policía ni de nada, simplemente de dos coches que hacen eso; cuando uno pasa al lado del otro que está parado arranca. Si no se dice la dirección y el sentido, no ha información. En cuanto entra un cuadrado, puede tener dos soluciones por el signo, y ese signo es el del sentido de la marcha.

Saludos.

14 Noviembre, 2019, 03:28 pm
Respuesta #6

Marcos Castillo

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¡Gracias feriva!.
Un saludo

14 Noviembre, 2019, 05:18 pm
Respuesta #7

Richard R Richard

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(en el mismo sentido que el otro coche)

Una pequeña aclaración,quiza rozando lo obvio, aunque la aceleración del coche de policiía tenga sentido contrario a la velocidad del coche, el sistema de ecuaciones tiene dos soluciones, una de tiempo positivo, y otra de tiempo negativo, la que no podemos tener en cuenta como resultado ya que nos piden tiempo a posteriori del evento "que se hayan cruzado".

\( -\dfrac{1}{2}5t^2-25t+25=0 \)

con \( t_1=0.916s \Longrightarrow{}v_P=-4.58m/s \)

y \( t_2=-10.916 s \)

es lógico que si llevan velocidades y aceleraciones de sentido contrario a sus posiciones relativas, no volverán a estar a esa distancia en ningún otro tiempo t.

Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

14 Noviembre, 2019, 06:05 pm
Respuesta #8

feriva

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¡Gracias feriva!.
Un saludo

Hola, Marcos.

Te había dicho eso sin mirar los resultados; porque como como estudié algún año de física en UNED, pues sé que se ponen los dos tipos de problemas y lo que influye es eso; hice varios de hecho.

Vamos a considerar el caso contrario.

Espacio que recorre el coche A; empieza desde del reposo acelerando:

\( x_{1}=\dfrac{1}{2}at^{2}
  \)

\( x_{1}=\dfrac{1}{2}(5)t^{2}
  \)

Espacio que recorre el coche B; lleva una velocidad constante:

\( x_{2}=25t
  \).

Para los dos coches se puede consierar el mismo punto de partida, en donde el coche A está parado.

A partir de ahí se separan 25 metros.

Nadie habla hasta aquí ni de la dirección ni del sentido de la marcha.

Imaginemos que el coche A arranca en sentido contrario; ¿cuándo estarán los dos coches a una distancia de 25 metros?

En este caso se suman los espacios que recorre cada uno, pues la distancia es un valor absoluto (no creo que haga falta explicarlo, pero para verlo, basta imaginar dos coches que avanzan cada uno 1 metro desde el reposo en sentido opuesto y sobre una misma recta, pues estarán a una distancia de 2 metros).

\( x_{1}+x_{2}=\dfrac{1}{2}(5)t^{2}+25t=25
  \).

\( \dfrac{1}{2}(5)t^{2}+25t-25=0
  \).

El tiempo es un escalar y es positivo (en problemas de física corrientes, el tiempo siempre va hacia “delante”). Por tanto, siempre tomaremos su valor positivo; redondeando 0,92 segundos (la otra raíz es negativa).

Así, en este caso, la velocidad del coche que arranca desde el reposo es \( v_{1}=at=5\cdot0,92=4,6\, m/s
  \).

Si suponemos la marcha en el mismo sentido, entonces no se suman y tenemos dos opiciones, restar así las velocidades, tal como has hecho:

\( \dfrac{1}{2}t^{2}-25t+25
  \)

o así

\( -\dfrac{1}{2}t^{2}+25t+25
  \).

Veamos lo que pasa tomando ésta útlima. Nos sale como antes, un tiempo positivo y otro negativo, 10,92 y -0,92 (redondeando). Salen exactamente los mismos tiempos que cuando consideramos las marchas en sentido opuesto, pero con los signos cambiados en uno y otro valor.

Tomando la tuya, nos salen dos valores distintos a éstos y los dos positivos: 1,127 y 8,872.

Los dos se acercan a los otros en cuanto a valor, siendo en efecto el grande el que correspondería al caso; lo que no sé es por qué el valor correcto 8,872 y no 10,92.

Estéticamente, sería más “bonito” que fuera 10,92, más simétrico y más todo; y creo que, por lo que recuerdo, era así cómo digo; de hecho en mi vida he visto que se planteé esta duda, con dos tiempos positivos, es la primera vez.

Saludos.

14 Noviembre, 2019, 06:07 pm
Respuesta #9

feriva

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(en el mismo sentido que el otro coche)

Una pequeña aclaración,quiza rozando lo obvio, aunque la aceleración del coche de policiía tenga sentido contrario a la velocidad del coche, el sistema de ecuaciones tiene dos soluciones, una de tiempo positivo, y otra de tiempo negativo, la que no podemos tener en cuenta como resultado ya que nos piden tiempo a posteriori del evento "que se hayan cruzado".



Hola, Richard; precisamente acabo de contestar a Marcos sobre esto.

Saludos.