Explicar la eficacia del cinturón de seguridad mediante el teorema del impulso lineal
El teorema del impulso lineal establece que:
I = Δp = F · Δt
Cuando un coche se detiene bruscamente, el cuerpo del pasajero tiende a seguir en movimiento debido a la inercia. El cinturón de seguridad aumenta el tiempo de frenado del cuerpo (Δt). Dado que el cambio de momento lineal (Δp) es el mismo, al aumentar Δt, la fuerza (F) que sufre el cuerpo es menor.
Conclusión: El cinturón reduce significativamente la fuerza sobre el cuerpo, lo que ayuda a prevenir lesiones graves.
¿Por qué una copa de cristal se rompe en un suelo duro y no en uno mullido?
Al caer, la copa adquiere un momento lineal.
Cuando choca contra un suelo duro, el tiempo de frenado es muy corto, lo que implica una fuerza muy grande (según el impulso: F = Δp / Δt).
En cambio, un suelo mullido aumenta el tiempo de frenado, por lo que la fuerza que recibe la copa es menor y, por lo tanto, es probable que no se rompa.
¿Por qué es recomendable caer flexionando las piernas después de un salto?
Al flexionar las piernas al caer:
- Se aumenta el tiempo de frenado del cuerpo.
- Como el impulso (I = F · Δt) es constante, al aumentar Δt, la fuerza disminuye.
Esta acción protege las articulaciones y los músculos, ayudando a evitar lesiones.
¿Qué debe hacer un estudiante sobre un lago helado para poder salir si está atrapado en el centro?
Dado que el lago está congelado y sin rozamiento, el estudiante no puede impulsarse caminando.
Debe aprovechar la conservación del momento lineal: por ejemplo, lanzando una mochila u objeto pesado en dirección contraria a la que desea moverse.
Así, por acción-reacción, él se desplazará en sentido opuesto. (Este es un ejemplo de la tercera ley de Newton: toda acción tiene una reacción de igual magnitud y sentido opuesto).
¿Es posible colocar en órbita geoestacionaria un satélite sobre Madrid?
No.
Una órbita geoestacionaria solo es posible sobre el ecuador terrestre, porque es la única órbita donde el satélite puede:
- Girar con la misma velocidad angular que la Tierra.
- Estar siempre sobre el mismo punto del suelo.
Madrid está a unos 40° de latitud norte, por lo tanto, no es posible una órbita geoestacionaria sobre ella.
¿Por qué un karateka puede romper con la palma de su mano un ladrillo?
Porque aplica una gran fuerza en un tiempo muy pequeño.
El impulso (I = F · Δt) implica que, si el tiempo es muy corto, la fuerza es grande.
Además, la mano del karateka se mueve con mucha velocidad (gran momento), y el contacto es rápido y preciso, concentrando la energía en una zona pequeña del ladrillo.
Un coche toma una curva a velocidad constante. ¿Se conserva su momento lineal? ¿Por qué?
No, el momento lineal no se conserva.
Aunque la rapidez (módulo de la velocidad) sea constante, la dirección cambia constantemente.
Esto implica que el vector momento lineal cambia y, por lo tanto, no se conserva.
Sí se conservaría si se tratara del módulo del momento lineal, pero no como vector.
¿Qué ocurriría si la Tierra dejase de rotar repentinamente sobre su propio eje?
Todos los objetos que están en la superficie (personas, edificios, océanos, etc.) tienen velocidad tangencial debido a la rotación.
Si la Tierra se detuviera bruscamente:
- Todo seguiría moviéndose por inercia a gran velocidad.
- Habría catástrofes: vientos extremos, olas gigantes, destrucción masiva, etc.
Es una situación hipotética extremadamente peligrosa.
¿Qué indica que los satélites artificiales no tengan formas aerodinámicas?
Indica que no están en una zona con atmósfera densa y, por lo tanto, no necesitan reducir el rozamiento.
En el espacio, donde no hay aire, la aerodinámica no es relevante. Los satélites pueden tener formas cuadradas, con paneles, antenas, etc., sin que esto afecte su funcionamiento.
¿Por qué no se cae el agua de un cubo al voltearlo rápidamente?
Porque al girar el cubo rápidamente, el agua está sometida a una fuerza centrípeta hacia el centro del círculo (la cuerda), lo que impide que caiga.
Desde el punto de vista del agua, hay una fuerza que la «empuja» hacia el fondo del cubo.
Mientras la velocidad de giro sea suficiente, el peso del agua no es suficiente para vencer la fuerza centrípeta.
¿Por qué no se caen los platos al retirar rápidamente el mantel de una mesa?
Por la inercia (primera ley de Newton):
Los platos tienden a permanecer en reposo.
Si el mantel se retira muy rápido y en línea recta, no da tiempo a que la fuerza de rozamiento actúe el tiempo suficiente para mover los platos, y estos se quedan prácticamente en el mismo sitio.