Velocidad relativa (Marcos/sistemas de referencia) · Simulacro ICFES Ciencias Naturales

Texto base

Un bus se mueve con una velocidad constante en la dirección que se indica en la figura. Mientras tanto, llueve y las gotas de lluvia caen a velocidad constante.

La pregunta

Si los observadores en reposo, para el sistema de referencia fuera del bus, ven que la lluvia cae de manera vertical, ¿cuál de los siguientes diagramas de vectores representa mejor la velocidad de las gotas de lluvia para las personas que viajan en el bus?

A.
B.
(correcta)
C.
D.

Respuesta y explicación

Respuesta correcta: B

La respuesta es la B. 🚌 El bus va hacia la izquierda y, para los que están afuera, la lluvia cae completamente vertical. Ahora, ¿cómo la ve alguien que está DENTRO del bus? Ahí está la clave: hay que restar la velocidad del bus a la de la lluvia, no sumarlas.

\text{velocidad de la lluvia (tierra):} \quad v_L = v \text{ m/s, hacia abajo} \tag{1}

\text{velocidad del bus (tierra):} \quad v_B = u \text{ m/s, hacia la izquierda} \tag{2}

v_{LB} = v_L - v_B \tag{3}

v_{LB} = (0,-v) - (-u,0) = (u,-v) \text{ m/s} \tag{4}

Ese vector queda apuntando abajo y a la derecha 👉, justo al lado contrario de para donde va el bus. Es la misma sensación de cuando corres bajo la lluvia: entre más rápido vas, más se te viene el agua de frente. B es la única opción que dibuja el bus a la izquierda con la diagonal saliendo de su punta hasta la punta de la lluvia, apuntando abajo-derecha.

Ojo con C, que también pone el bus a la izquierda, pero ahí la diagonal apunta para el mismo lado que el bus, no al contrario. 🙃

¿Cómo les fue a otros estudiantes?

Esta pregunta ha sido respondida 39.845 veces por estudiantes en RedSaber. El 52,0% eligió la respuesta correcta. La opción más elegida fue la B.

Opción	Veces elegida	Porcentaje
A	5,819	14,6%
B	20,704	52,0%
C	7,856	19,7%
D	4,362	10,9%

Datos anónimos y agregados del banco de práctica de RedSaber.

Explicación paso a paso

1. "¿De qué trata este problema de física?"

Esta es una pregunta clásica de cinemática vectorial, de las que le encantan a Ciencias Naturales. 🚌 No te piden calcular ningún número: lo que buscan es que entiendas un concepto, cómo cambia lo que ves cuando cambias el sistema de referencia. El reto acá es comparar dos miradas distintas de la misma lluvia: la de alguien parado afuera, quieto respecto al suelo, contra la de alguien sentado adentro del bus, que se está moviendo.

2. "¿Qué datos te da el enunciado?"

El enunciado te da dos datos, ni uno más. Primero, el bus se mueve a velocidad constante hacia la izquierda, tal como marca la flecha "Movimiento del bus" en la figura. 🚍 Segundo, para los que están quietos afuera (el sistema de referencia de la Tierra) la lluvia cae completamente vertical. Con esos dos datos, te toca averiguar cómo ve esa misma lluvia la gente de adentro.

3. "¿Cómo se plantea la solución de este ejercicio?"

El procedimiento se llama velocidad relativa: lo que mide un observador en movimiento es la velocidad del objeto medida desde tierra, menos la velocidad del propio observador. 📐 Para pasar del sistema de referencia de afuera al de adentro del bus, restas el vector velocidad del bus al vector velocidad de la lluvia. Nada de sumar. Nada de invertir el orden.

4. "¿Por qué la respuesta correcta es la B?"

B es la que aplica, tal cual, la resta vectorial que pide el cambio de sistema de referencia. 🧠 Empiezas definiendo las velocidades en tierra:

\text{velocidad de la lluvia (tierra):} \quad v_L = v \text{ m/s, hacia abajo} \tag{1}

\text{velocidad del bus (tierra):} \quad v_B = u \text{ m/s, hacia la izquierda} \tag{2}

Luego planteas la fórmula general:

v_{LB} = v_L - v_B \tag{3}

Y sustituyes:

v_{LB} = (0,-v) - (-u,0) = (u,-v) \text{ m/s} \tag{4}

Ese resultado apunta abajo y a la derecha, justo al lado contrario de hacia donde va el bus. 🌧️ Por eso en B la flecha del bus va hacia la izquierda, tal como pide el texto base, y la diagonal nace en la punta del bus y llega hasta la punta de la flecha de la lluvia. Es la misma sensación de correr bajo la lluvia: entre más rápido corres, más se te inclina el agua hacia la cara, en dirección contraria a tu movimiento.

5. "¿Por qué la opción C es el error más común?"

C fue la segunda opción más marcada, con 19,7% de los estudiantes (7.856), y tiene su lógica: acierta en media pregunta. Dibuja el bus hacia la izquierda, igual que el texto base. 👍 El problema es que, en vez de restar, suma los vectores:

v_{suma} = v_B + v_L \tag{5}

Y al sustituir:

v_{suma} = (-u,0) + (0,-v) = (-u,-v) \text{ m/s} \tag{6}

ese vector abajo-izquierda es justo la diagonal de C, solo que corresponde a la suma y no a la resta v_L - v_B que pide la pregunta. ☔ Por eso engaña tanto: acierta la dirección del bus pero cambia la operación final, que es justo el error que se les cuela a quienes ya habían identificado bien esa dirección.

6. "¿Por qué no son correctas las opciones A y D?"

A fue elegida por el 14,6% (5.819) y falla desde el arranque: dibuja el bus hacia la derecha,

v_B(A) = u \text{ m/s, hacia la derecha (dibujo)} \tag{7}

cuando el texto base dice que va hacia la izquierda. Y por si fuera poco, su diagonal nace donde se cruzan los dos ejes, o sea que está sumando en vez de restar:

v_{suma}(A) = v_B + v_L \tag{8}

Doble error: dirección y operación. 🙅‍♂️ D, marcada por el 10,9% (4.362), repite la misma dirección equivocada del bus:

v_B(D) = u \text{ m/s, hacia la derecha (dibujo)} \tag{9}

y encima invierte la resta, calculando la velocidad del bus relativa a la lluvia, no al revés:

v_{inverso} = v_B - v_L = (u,0) - (0,-v) = (u,v) \text{ m/s} \tag{10}

Ese vector apunta arriba-derecha, hacia donde iría el bus, no hacia donde un pasajero vería caer el agua adentro. ❌ D también se gana el doble error.

Simulacro ICFES Saber 11° · Ciencias Naturales: Velocidad relativa (Marcos/sistemas de referencia)