PorAdrián Peinado, profesor de Física y Química en Secundaria
Enunciado
Se lanza una partícula con velocidad y ángulo de inclinación para que pase por el
punto . Se toma .
a)(2,5p) Calcule los ángulos de lanzamiento para ,
y .
b)(2,5p) Calcule la velocidad crítica por debajo de la cual no se puede alcanzar P.
c)(4p) Determine y represente gráficamente la función de los puntos críticos que
pueden alcanzarse con velocidad (parábola de seguridad), y represéntela para
.
Solución
a) Ángulos de lanzamiento
Eliminando el tiempo de las ecuaciones del tiro parabólico y usando
:
Imponiendo que pase por y llamando y , queda
una ecuación de segundo grado en la tangente:
Con los datos, :
Dos soluciones, la «tensa» y la «curva»: es el resultado clásico de que a un mismo punto se llega
por dos trayectorias distintas con la misma rapidez inicial.
b) Velocidad crítica
El punto deja de ser alcanzable cuando la ecuación anterior no tiene solución real, es decir cuando
el discriminante se anula:
Por debajo de el punto P es inalcanzable con cualquier
ángulo. Como el enunciado usa , existen las dos soluciones del apartado a; si la
velocidad fuese exactamente la crítica, las dos raíces coincidirían en un único ángulo.
c) Parábola de seguridad
Repitiendo el razonamiento para un punto genérico , la condición de alcanzabilidad es
con . La frontera (discriminante nulo) da, tras
simplificar :
Es una parábola invertida que envuelve a todas las trayectorias posibles: separa la región
accesible (por debajo) de la inaccesible (por encima). Sus dos parámetros tienen significado físico
inmediato: el vértice es la altura máxima del lanzamiento vertical y el corte con el
suelo, , es el alcance máximo (lanzamiento a 45º). Para :
Ejercicio A.4c
Parábola de seguridad para v₀ = 7,0 m/s y las dos trayectorias que pasan por P
La envolvente y = 2,50 − 0,10x² delimita la región alcanzable. Las trayectorias de 45,0° y 56,3° pasan ambas por P(4,00; 0,80), que queda justo por debajo de la envolvente (0,90 m).