Velocidad media
La
'velocidad media' o velocidad promedio es la velocidad en un intervalo de
tiempo dado. Se calcula dividiendo el desplazamiento (Δr) entre el tiempo (Δt)
empleado en efectuarlo
Esta es
la definición de la velocidad media entendida como.
Por otra
parte, si se considera la distancia recorrida sobre la trayectoria en un
intervalo de tiempo dado, tenemos la velocidad media sobre la trayectoria o
rapidez media, la cual es una cantidad escalar.
La
velocidad media sobre la trayectoria también se suele denominar «velocidad
media numérica» aunque esta última forma de llamarla no está exenta de ambigüedades.
El
módulo de la velocidad media (entendida como vector), en general, es diferente
al valor de la velocidad media sobre la trayectoria. Solo serán iguales si la
trayectoria es rectilínea y si el móvil solo avanza (en uno u otro sentido) sin
retroceder.:
Velocidad
instantánea
La
velocidad instantánea es un vector tangente a la trayectoria, corresponde a la
derivada del vector posición (R) respecto al tiempo.
Permite
conocer la velocidad de un móvil que se desplaza sobre una trayectoria cuando
el intervalo de tiempo es infinitamente pequeño, siendo entonces el espacio
recorrido también muy pequeño, representando un punto de la trayectoria. La
velocidad instantánea es siempre tangente a la trayectoria.
Celeridad o rapidez
La celeridad o rapidez es la magnitud o el valor de la velocidad, ya sea
velocidad vectorial media, velocidad media sobre la trayectoria, o velocidad
instantánea (velocidad en un punto).
El módulo del vector velocidad instantánea y el valor numérico de la
velocidad instantánea sobre la trayectoria son iguales, mientras que la rapidez
promedio no necesariamente es igual a la magnitud de la velocidad promedio. La
rapidez promedio (o velocidad media sobre la trayectoria) y la velocidad media
tienen la misma magnitud cuando todo el movimiento se da en una dirección. En
otros casos, pueden diferir.
Velocidad relativa
Artículo principal: Velocidad relativa
El cálculo de velocidades relativas en mecánica clásica es aditivo y
encaja con la intuición común sobre velocidades; de esta propiedad de la
aditividad surge el método de la velocidad relativa. La velocidad relativa
entre dos observadores A y B es el valor de la velocidad de un observador
medida por el otro. Las velocidades relativas medias por A y B serán iguales en
valor absoluto pero de signo contrario. Denotaremos al valor la velocidad
relativa de un observador B respecto a otro observador A.
Velocidad angular
La velocidad angular no es propiamente una velocidad en el sentido
anteriormente definido sino una medida de la rapidez con la que ocurre un
movimiento de rotación. Aunque no es propiamente una velocidad una vez conocida
la velocidad de un punto de un sólido y la velocidad angular del sólido se
puede determinar la velocidad instantánea del resto de puntos del sólido.
Velocidad en mecánica
relativista
En mecánica relativista puede definirse la velocidad de manera análoga a
como se hace en mecánica clásica sin embargo la velocidad así definida no tiene
las mismas propiedades que su análogo clásico:
En primer lugar la velocidad convencional medida por diferentes
observadores, aún inerciales, no tiene una ley de transformación sencilla (de
hecho la velocidad no es ampliable a un cuadrivector de manera trivial).
En segundo lugar, el momento lineal y la velocidad en mecánica
relativista no son proporcionales, por esa razón se considera conveniente en
los cálculos substituir la velocidad convencional por la cuadrivelocidad, cuyas
componentes espaciales coinciden con la velocidad para velocidades pequeñas
comparadas con la luz.
Además esta cuadrivelocidad tiene propiedades de transformación
adecuadamente covariantes y es proporcional al cuadrimomento lineal.
En mecánica relativista la velocidad relativa no es aditiva. Eso
significa que si consideramos dos observadores, A y B, moviéndose sobre una
misma recta a velocidades diferentes.
Siendo la velocidad de B medida por A y la velocidad de A medida por B.
Esto sucede porque tanto la medida de velocidades, como el transcurso del
tiempo para los observadores A y B no es el mismo debido a que tienen
diferentes velocidades, y como es sabido el paso del tiempo depende de la
velocidad de un sistema en relación a la velocidad de la luz.
Cuando se tiene en cuenta esto,
resulta que el cálculo de velocidades relativas no es aditiva. A diferencia de
lo que sucede en la mecánica clásica, donde el paso del tiempo es idéntico para
todos los observadores con independencia de su estado de movimiento. Otra forma
de verlo es la siguiente: si las velocidades relativas fuera simplemente
aditiva en relatividad llegaríamos a contradicciones.
Para verlo, consideremos un objeto pequeño que se mueve respecto a otro
mayor a una velocidad superior a la mitad de la luz. Y consideremos que ese
otro objeto mayor se moviera a más de la velocidad de la luz respecto a un
observador fijo.
La aditividad implicaría que el
objeto pequeño se movería a una velocidad superior a la de la luz respecto al
observador fijo, pero eso no es posible porque todos los objetos materiales
convencionales tienen velocidades inferiores a la de luz.
Sin embargo, aunque las
velocidades no son aditivas en relatividad, para velocidades pequeñas
comparadas con la velocidad de la luz, las desigualdades se cumplen de modo
aproximado.
Siendo inadecuada esta aproximación para valores de las velocidades no
despreciables frente a la velocidad de la luz.
Velocidad en mecánica
cuántica
En mecánica cuántica no relativista el estado de una partícula se describe
mediante una función de onda, que satisface la ecuación de Schrödinger. La
velocidad de propagación media de la partícula viene dado por la expresión:
Obviamente la velocidad sólo será diferente de cero cuando la función de
onda es compleja, siendo idénticamente nula la velocidad de los estados ligados
estacionarios, cuya función de onda es real. Esto último se debe a que los
estados estacionarios representan estados que no varían con el tiempo y por
tanto no se propagan.
En mecánica cuántica relativista se postula que por ejemplo un electrón
podría tener junto con una velocidad media macroscópica (medida entre dos
instantes diferentes) un movimiento de agitación u oscilación muy rápida
adicional conocido como Zitterbewegung, de acuerdo con esa interpretación
adicional no existe una relación entre el momento de la partícula y la
velocidad asignable a dicho movimiento.
Unidades de velocidad
Sistema Internacional de
Unidades (SI)
Metro por segundo (m/s),
unidad de velocidad del SI (1 m/s = 3,6 km/h).
Sistema Métrico antiguo:
Kilómetro por hora (km/h)
(muy habitual en los medios de transporte)
Kilómetro por segundo
(km/s)
Sistema Cegesimal de Unidades:
Centímetro por segundo
(cm/s) unidad de velocidad del sistema cegesimal
Sistema Anglosajón de Unidades
Pie por segundo (ft/s), unidad de velocidad del
sistema inglés
Milla por hora (mph) (uso habitual)
Milla por segundo (mps) (uso coloquial)
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