Calculadora de aceleración

Nuestra calculadora de aceleración es una herramienta que te ayuda a averiguar a qué velocidad está cambiando la velocidad de un objeto. Funciona de tres formas distintas, basadas en:

1. Diferencia entre velocidades en dos momentos distintos.
2. Distancia recorrida durante la aceleración.
3. La masa de un objeto acelerado y la fuerza que actúa sobre él.

Si te preguntas qué es la aceleración, cuál es la fórmula para calcular la aceleración o cuáles son las unidades de aceleración, sigue leyendo y aprenderás a hallar la aceleración. La aceleración está estrictamente relacionada con el movimiento de un objeto, y todo objeto en movimiento posee una energía específica.

Para que todo quede claro, también hemos preparado algunos ejemplos de aceleración habituales en física. Puedes encontrar en ellos menciones a:

1. la aceleración centrípeta y aceleración tangencial;
2. la aceleración angular;
3. la aceleración debida a la gravedad; y
4. un acelerador de partículas.

La aceleración se produce siempre que exista una fuerza neta distinta de cero actuando sobre un objeto. Puedes sentirla mientras sube un ascensor, volviéndote un poco más pesado (aceleras) o más ligero (desaceleras) o cuando bajas una pendiente pronunciada en un trineo por la nieve. Es más, a partir de la teoría general de la relatividad, sabemos que todo el universo no solo se está expandiendo, ¡sino que incluso es una expansión acelerada! Eso significa que la distancia entre dos puntos es cada vez mayor, pero no podemos sentirlo a diario porque todas las escalas del mundo también se expanden.

La aceleración es la razón de cambio de la velocidad de un objeto; en otras palabras, indica qué tan rápido que cambia la velocidad. Según la segunda ley de Newton 🇺🇸, la aceleración es directamente proporcional a la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto e inversamente proporcional a su masa. Tiene sentido: si varias fuerzas diferentes empujan un objeto, tienes que calcular la suma de todas ellas (pueden actuar en direcciones distintas) y dividir la fuerza neta resultante por la masa del objeto.

Esta definición de aceleración dice que la aceleración y la fuerza son, de hecho, la misma cosa. Cuando cambia la fuerza, también cambia la aceleración, pero la magnitud de su cambio depende de la masa de un objeto (para más detalles, consulta nuestra calculadora de la magnitud de la aceleración 🇺🇸). Esto no es cierto en una situación en la que la masa también cambia, por ejemplo, en el empuje de un cohete, cuando los gases de propelentes salen por la tobera del cohete. Consulta nuestra calculadora de empuje de cohetes 🇺🇸 para obtener más información.

Podemos medir la aceleración que experimenta un objeto directamente con un acelerómetro. Si cuelgas un objeto en el acelerómetro, mostrará un valor distinto de cero. ¿A qué se debe? Bueno, se debe a las fuerzas gravitatorias que actúan sobre toda partícula que tenga masa. Y donde hay una fuerza neta, hay una aceleración. Por tanto, un acelerómetro en reposo mide la aceleración de la gravedad, que en la superficie de la Tierra es de unos 9.80665 m/s². En otras palabras, es la aceleración debida a la gravedad que sufre cualquier objeto en caída libre cuando está en el vacío.

Hablando de vacío, ¿has visto alguna vez "La guerra de las galaxias" u otra película que transcurra en el espacio? Las batallas épicas de las naves espaciales, los sonidos de los blásters, los motores y las explosiones. Pues es mentira. El espacio es un vacío, y allí no se oye ningún sonido (las ondas sonoras necesitan materia para propagarse). ¡Esas batallas deberían ser silenciosas! En el espacio, nadie puede oírte gritar.

La calculadora de aceleración de este sitio considera solo la situación en la que un objeto tiene una aceleración uniforme (constante). En ese caso, la ecuación de aceleración es, por definición, la relación del cambio de velocidad en un tiempo determinado.

Aquí puedes aprender a hallar la aceleración de otras dos formas. Veamos cómo utilizar nuestra calculadora (puedes encontrar fórmulas de aceleración en la sección siguiente):

• Dependiendo de los datos que tengas, puedes calcular la aceleración de tres formas distintas. En primer lugar, selecciona la opción adecuada en la parte superior ("Diferencia de velocidad", "Distancia recorrida" o "Masa y fuerza").

• Para la diferencia de velocidad: introduce las velocidades inicial v_i y final v_f del objeto y el tiempo Δt que tardó en cambiar la velocidad (consulta nuestra calculadora de rapidez de ser necesario).

• Para la distancia recorrida: introduce la velocidad inicial v_i, la distancia recorrida Δd y el tiempo Δt transcurrido durante la aceleración. Aquí no necesitas conocer la velocidad final.

• Para masa y fuerza: introduce la masa m del objeto y la fuerza neta F que actúa sobre este objeto. Se trata de un conjunto de variables totalmente distinto que surge de la segunda ley del movimiento de Newton (otra definición de aceleración).

• Lee la aceleración resultante en el último campo. También puedes realizar cálculos en sentido contrario si sabes cuál es la aceleración, por ejemplo, para estimar la distancia Δd. Solo tienes que proporcionar el resto de los parámetros en esta ventana.

En el siglo XVII, Sir Isaac Newton, uno de los científicos más influyentes de todos los tiempos, publicó su famoso libro Principia. En él formuló la ley de la gravitación universal, que afirma que dos objetos cualesquiera con masa se atraerán con una fuerza que depende exponencialmente de la distancia entre dichos objetos (concretamente, es inversamente proporcional a la distancia al cuadrado). Cuanto más pesados sean los objetos, mayor será la fuerza gravitatoria. Esto explica, por ejemplo, por qué los planetas orbitan alrededor del Sol, que es muy denso.

En Principia, Newton también incluye tres leyes del movimiento que son fundamentales para comprender la física de nuestro mundo. La calculadora de la aceleración se basa en tres ecuaciones de aceleración distintas, donde la tercera se deriva de la obra de Newton:

1. a = (v_f - v_i) / Δt;
2. a = 2 × (Δd - v_i × Δt) / Δt²; y
3. a = F / m.

donde:

• a, aceleración;
• v_i y v_f son, respectivamente, las velocidades inicial y final;
• Δt, tiempo de aceleración;
• Δd, distancia recorrida durante la aceleración;
• F, fuerza neta que actúa sobre un objeto que acelera; y
• m, masa de este objeto.

¡Ahora ya sabes cómo calcular la aceleración! En el siguiente apartado hablaremos de las unidades de aceleración (SI y anglosajón).

Si ya sabes calcular la aceleración, vamos a centrarnos en las unidades de aceleración. Puedes deducirlas de las ecuaciones que hemos enumerado antes. Todo lo que necesitas saber es que la velocidad se expresa en metros por segundo (sistema SI) o pies por segundo (sistema anglosajón) y el tiempo en segundos. Por tanto, si divides la velocidad por el tiempo (como hacemos en la primera fórmula de aceleración), obtendrás la unidad de aceleración m/s² o ft/s², según el sistema que utilices.

Como alternativa, puedes utilizar la tercera ecuación. En este caso, tienes que dividir la fuerza (newtons en SI o poundals en anglosajón) por la masa (kilogramos en SI o libra en anglosajón), obteniendo N/kg o pdl/lb. Ambos representan lo mismo, ya que N = kg·m/s² y pdl = lb·ft/s². Cuando lo sustituyas y reduzcas las unidades, obtendrás (kg·m/s²) / kg = m/s² o (lb·ft/s²) / lb = ft/s².

También hay una tercera opción que, de hecho, se emplea mucho. Puedes expresar la aceleración mediante la aceleración estándar debida a la gravedad cerca de la superficie de la Tierra, que se define como g = 9.80665 m/s² = 31.17405 ft/s². Por ejemplo, si decimos que un ascensor se mueve hacia arriba con una aceleración de 0.2 g, significa que acelera con unos 2 m/s² o 6.2 ft/s² (es decir, 0.2 × g). Redondeamos las expresiones anteriores a dos cifras significativas.

Aceleración centrípeta y aceleración tangencial

La aceleración es un vector, por lo que siempre puedes descomponerla en componentes. Normalmente, tomamos dos partes perpendiculares entre sí: la centrípeta y la tangencial. La aceleración centrípeta cambia la dirección de la velocidad, y, por tanto, la forma de la trayectoria, pero no afecta al valor de la velocidad. En cambio, la aceleración tangencial es siempre paralela a la trayectoria del movimiento. Solo cambia el valor de la velocidad, y no su dirección.

En un movimiento circular (la imagen inferior izquierda), en el que un objeto se mueve alrededor de la circunferencia de un círculo, solo existe la componente centrípeta. Un objeto mantendrá su velocidad en un valor constante; piensa en la Tierra, que tiene una aceleración centrípeta debida a la gravedad del Sol (de hecho, su velocidad sí cambia un poco durante un año).

Cuando están presentes ambas componentes, la trayectoria del objeto se parece a la imagen de la derecha. ¿Qué ocurre si solo hay aceleración tangencial? Entonces se produce un movimiento lineal. Es similar a cuando pisas el acelerador de un automóvil en la parte recta de una autopista.

Aceleración angular

La aceleración angular desempeña un papel fundamental en la descripción del movimiento rotacional. Sin embargo, no debes confundirla con las aceleraciones centrípeta o tangencial mencionadas anteriormente. Esta magnitud física corresponde a la variación de la velocidad angular en el tiempo. En otras palabras, te indica a qué velocidad se aceleran las rotaciones de un objeto: el objeto gira cada vez más deprisa (o cada vez más despacio si la aceleración angular es menor que cero). Consulta nuestra calculadora de aceleración angular 🇺🇸 para obtener más información.

¿Sabías que podemos encontrar una analogía entre esto y la ley de la dinámica de Newton en el movimiento rotacional? En su segunda ley, si sustituyes aceleración por aceleración angular, fuerza por torque y masa por momento de inercia, obtendrás la ecuación de la aceleración angular. Te darás cuenta de que algunas leyes físicas, como esta, son universales, lo que las hace realmente importantes en física.

Aceleración gravitatoria

Antes hemos mencionado varias veces la aceleración debida a la gravedad. Surge de la fuerza gravitatoria que existe entre dos objetos que tienen masa (ten en cuenta que la ecuación de la gravedad no depende del volumen de un objeto, aquí solo importa la masa). Puede sonar raro al principio, pero según la tercera ley del movimiento de Newton, realizas la misma fuerza sobre la Tierra que la Tierra sobre ti. Sin embargo, la masa de la Tierra es mucho mayor que la masa humana (~10²² veces mayor), por lo que nuestro impacto sobre la Tierra es prácticamente nulo. Es análogo a todas las bacterias (~10¹⁸ veces más ligeras que un humano) que viven en tu mano; ¡ni siquiera las notas! En cambio, sí podemos sentir la influencia de nuestro planeta, y es la aceleración debida a la gravedad.

La gravedad estándar es de 9.80665 m/s², de modo que si un humano pesa 100 kg, está sometido a una fuerza gravitatoria de unos 1000 N. Introduzcamos este valor luego de seleccionar la tercera opción de nuestra calculadora junto con la masa de la Tierra (5.972 × 10²⁴ kg en notación científica). ¿Cuál es la aceleración resultante? Es tan pequeña que nuestra calculadora la considera cero. ¡No somos nada comparados con el planeta!

Acelerador de partículas

Después de hablar de objetos enormes en el espacio, pasemos al mundo microscópico de las partículas. Aunque no podemos verlas con nuestros ojos, hemos aprovechado partículas de alta energía, como electrones y protones, y las utilizamos regularmente en aceleradores de partículas, habituales en física, química y medicina. Las usamos para matar células cancerosas sin dañar el tejido sano circundante o para investigar la estructura de un material a escala atómica.

Probablemente conozcas el Gran Colisionador de Hadrones (CERN), el acelerador de partículas más potente del mundo. Nos permite dar un paso más para comprender cómo funciona el universo y desarrollar tecnologías que pueden tener muchas aplicaciones esenciales en el futuro. Sin embargo, para alcanzar energías tan elevadas, tenemos que acelerar las partículas a velocidades próximas a la de la luz. En pocas palabras, podemos hacerlo empleando campos magnéticos o eléctricos.