Cinemática, conceptos y principios básicos
Introducción
¡Hola!
Me complace enormemente saber de ti, espero que compartas mi emoción y te sumes con una gran actitud y ánimo a esta clase 12 de Física 1.
En el capítulo anterior, estudiamos cómo era el comportamiento de los cuerpos en reposo. Ahora en este capítulo, nos concentramos en estudiar a los cuerpos que están en movimiento, describiremos cómo se mueven los objetos a lo largo de diferentes trayectorias. A través de varios conceptos seremos capaces de realizar una descripción detallada y exacta del movimiento de los objetos.
Por lo anteriormente comentado te invito a descubrir más del tema. ¡Comencemos!
Desarrollo del tema
Movimiento en una dimensión
Como hemos podido observar en nuestro alrededor, los objetos se mueven de muchas maneras, así que, entre más rara sea la trayectoria que sigue, es más complicado el poder describir su movimiento a través de una ecuación, es por ello que empezaremos por analizar la trayectoria más simple que puede seguir un objeto que es una línea recta.
Antes de poder hablar y describir los distintos tipos de movimiento debemos de familiarizarnos con los conceptos fundamentales de la cinemática, estos son desplazamiento, velocidad y aceleración. Estos tres conceptos son magnitudes vectoriales, ya que, nos interesa conocer tanto su magnitud, como su dirección y sentido. Hay otros dos conceptos importantes, distancia y rapidez, pero estos, a diferencia de los tres anteriores, son de carácter escalar. Debemos de tener cuidado en no confundirlos.
Distancia: Matemáticamente es la longitud del segmento de recta que une dos puntos, desde el punto de vista físico, nos referimos a la longitud del trayecto que sigue un cuerpo. Lo representaremos por la variable l.
Desplazamiento: Es el vector distancia que va desde una posición inicial hasta una posición final. Lo representaremos por el vector:
Es muy común confundir estos dos conceptos, sin embargo veamos un ejemplo que nos ayude a diferenciarlos.
En la imagen anterior, podemos observar el movimiento de un insecto. La línea punteada es el camino que siguió, sin embargo, el vector desplazamiento, solamente va desde el punto de partida hasta el punto final del movimiento, sin importarle cuál fue la trayectoria en el intermedio.
Nota: La distancia que recorre un cuerpo siempre es mayor que su desplazamiento, excepto en el movimiento rectilíneo donde son iguales.
Rapidez (Rapidez promedio): Es una medida de qué tan rápido se mueve un objeto en el espacio, es una cantidad escalar. Por su definición podemos plantear la siguiente ecuación para calcular la rapidez de un objeto.
Donde:
∆t es el tiempo que le toma al objeto moverse en la distancia ∆l.
El símbolo ∆, se refiere al cambio de la variable, esto hace hincapié en que se trata de tasas de cambio. Esto servirá de ayuda para poder hablar de rapidez instantánea.
Las unidades de la rapidez son m/s en el sistema internacional, pero también es común usar km/h.
Si graficamos el movimiento de un objeto, en una gráfica de distancia vs tiempo, por nuestros conocimientos de geometría analítica, sabemos que entonces la vprom es la pendiente que existe entre la ubicación inicial y final.
Rapidez instantánea: Cuando definimos la rapidez promedio, observamos que necesitamos dos puntos del trayecto para poder calcular, es decir estamos calculando la rapidez de un intervalo, pero que pasa si necesitamos la rapidez en un momento específico. Para lograr esto, haremos uso, del concepto visto en la materia de cálculo, del límite y la rapidez promedio, llevaremos al límite cuando se aproxima a 0 al lapso de tiempo que transcurre entre el punto inicial y final del objeto, matemáticamente expresado es:
Velocidad (velocidad promedio): Es una cantidad vectorial, es la razón a la que un objeto se desplaza en un intervalo de tiempo. A diferencia de la rapidez, nos interesa saber la dirección en la que se mueve el objeto.
La dirección del vector de velocidad es la misma que la del vector desplazamiento. Sus unidades de medición son las mismas que las de rapidez.
Velocidad instantánea: Es la velocidad promedio para un intervalo de tiempo que tiende a 0.
Aceleración: Mide la razón de cambio de la velocidad con respecto al tiempo. Por consiguiente su ecuación es:
Donde:
Las unidades de la aceleración son unidades de velocidad entre tiempo, usualmente usaremos m/s2. Hay que notar que la dirección de la aceleración es la dirección de la diferencia de los vectores de velocidad final e inicial. Sin embargo, es común utilizar la palabra aceleración, para referirnos simplemente a la magnitud del vector aceleración, así que la ecuación anterior la podemos escribir de forma escalar como:
Conclusión
En resumen, dentro del lenguaje que usamos en nuestro día a día hay muchas palabras que podemos utilizar como sinónimos, sin embargo en la física, las magnitudes al ser de diferentes naturalezas deben ser más específicas con los términos que estamos expresando como en el movimiento de un objeto. El comprender cómo los objetos se mueven, por qué lo hacen y cómo lo hacen fue junto con lo explicado en Estática una tarea ardua para el hombre que nos llevó a grandes descubrimientos. Acompáñame a descubrir la otra parte de este relato que hemos comenzado algunas clases atrás y que no falta mucho para terminar en esta materia.
¡Te felicito por tu logro! Te invito a continuar con tu proceso formativo realizando y mandando la actividad asignada a esta clase. “Perseverar es sinónimo de tenacidad, no decaigas sigue perseverando en tu educación” Te encuentro en la siguiente clase. Hasta luego.