Clase digital 7. Fundamentos del movimiento y MRU

Fundamentos del movimiento y MRU

Introducción

Al iniciar en esta lección el estudio de la Cinemática, conoceremos primeramente los conceptos de posición y sistema de referencia. Cuando hablamos de posición, esto implica necesariamente, un sistema de referencia, el cual puede ser un punto o un sistema de ejes coordenados como el plano cartesiano utilizado en las matemáticas. No podemos, pues, hablar de posición sin antes especificar desde dónde y respecto a qué habremos de referirnos. Aclararemos estos conceptos en el desarrollo de la clase.

A continuación utilizaremos los conceptos de cantidades escalares y vectoriales para entender las semejanzas y diferencias entre distancia, desplazamiento, rapidez, velocidad y aceleración. Anticipamos, pues, que la distancia y la rapidez son cantidades escalares, mientras que el desplazamiento, la velocidad y la aceleración son vectoriales.

Al final de la lección estudiaremos el Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU), que se refiere al tipo de movimiento que experimenta un cuerpo cuando recorre una trayectoria recta, en tanto su velocidad permanece constante.

Sigue adelante.

Desarrollo del tema

Concepto de posición y sistema de referencia

Además de conocer los conceptos de posición y sistema de referencia, en este apartado conoceremos los conceptos fundamentales de la Mecánica. Dado que la Física estudia los fenómenos de nuestro entorno, necesitamos especificar dónde se encuentra el objeto de estudio. Para hacer esto podemos utilizar, bien: un sistema unidimensional (si la ubicación se da en una línea recta); o, un sistema bidimensional (si requerimos ubicar un cuerpo en un plano para especificar la posición horizontal, llamada “x” o abscisa y la posición vertical, llamada “y” u ordenada).

Consulta el texto: “Posición y sistema de referencia”.

Concepto de distancia, desplazamiento, rapidez, velocidad y aceleración

Una vez que hemos establecido y descrito la posición de un cuerpo con respecto a un sistema de referencia, podemos conocer dónde se encuentra respecto a un punto de referencia e incluso en qué dirección está. Para saberlo, debemos estudiar antes los conceptos de distancia y desplazamiento. La distancia es una cantidad escalar y se describe como la longitud de la trayectoria recorrida por un objeto que se desplaza entre dos puntos. Debido a que la trayectoria entre dos puntos puede variar, la distancia recorrida no es constante. A diferencia de la distancia, el desplazamiento entre dos puntos sí es constante y es un vector, cuya magnitud es igual a la longitud del segmento de recta que une los puntos inicial y final del recorrido, teniendo en cuenta, además, la dirección y el sentido.

También, es posible especificar si el objeto se está moviendo y cómo está cambiando su posición con respecto al tiempo, y para eso contamos con los conceptos de rapidez, velocidad y aceleración. La rapidez es una magnitud escalar y se define como la distancia recorrida en la unidad de tiempo; la rapidez expresa qué tan rápido un objeto cambia de posición, pero no expresa la dirección en que esto ocurre. Cuando queremos conocer en qué dirección sucede el movimiento, debemos especificar la velocidad, cantidad vectorial que se calcula dividiendo el desplazamiento (D) entre el tiempo transcurrido. Si queremos investigar cómo varía la velocidad con la que se mueve un cuerpo debemos estudiar el concepto de aceleración. La aceleración es una cantidad vectorial y se define como el cambio de velocidad por unidad de tiempo.

Imagen 1. La distancia no es constante porque depende de la trayectoria entre dos puntos, a diferencia del desplazamiento.

Para ampliar tus conocimientos sobre el tema, consulta el texto “Distancia, desplazamiento, rapidez, velocidad y aceleración”, que se encuentra en la carpeta correspondiente a esta UDA.

Para reforzar tu aprendizaje, estudia los siguientes videos:

Movimiento Rectilíneo Uniforme

Como tal vez recuerdes de tus estudios de Secundaria, el movimiento rectilíneo uniforme, abreviado como MRU, es aquel movimiento que tiene lugar cuando un cuerpo se desplaza a través de una trayectoria recta, con velocidad constante, mientras recorre distancias iguales en tiempos iguales.

Imagen 1. Gráfica de MRU creative commons descargada de internet.
Fuente: https://www.universoformulas.com/fisica/cinematica/movimiento-rectilineo-uniforme/

Un ejemplo de MRU sería el caso de Guillermo, estudiante de la ENMS de Salamanca, que recorre diariamente, entre semana, la calle Faja de Oro, en el trayecto desde Av. Álvaro Obregón hasta la Av. Veracruz, para llegar a la Unidad 2. Después de contar diariamente la cantidad de pasos que da en un minuto y midiendo la longitud de sus pasos, ha llegado a la conclusión que se desplaza a una rapidez promedio de 7.2 km/h y que si se mantiene caminando a paso firme y sostenido le toma 10 minutos en recorrer el trayecto mencionado. Por cierto, su velocidad de llegada a la Escuela es de 7.2 km/h, Oeste, ya que al arribar su desplazamiento es hacia el Oeste.

Pues bien, la fórmula matemática que empleó Guillermo y que es la que se utiliza para realizar los cálculos de aquellas variables que intervienen en el movimiento rectilíneo uniforme es la siguiente:

En esta fórmula v representa la velocidad o la rapidez, «x» es el desplazamiento o la distancia y «t» es el tiempo. Las unidades de cada una de las variables en el SI son: v[m/s], x[m] y t[s]; para el sistema británico gravitacional o sistema inglés gravitacional, abreviado sbg, las unidades son: v[ft/s], x[ft] y t[s].

Es importante aclarar que en esta fórmula se ha designado a la letra «x» para representar la distancia recorrida porque el movimiento ocurre en el eje «x» y tomamos ese eje como referencia; aunque en otras fuentes de conocimiento se usa la letra «d«, debes tener presente esta observación.

De la misma manera, es pertinente y apropiado subrayar, que cuando se habla de MRU, si la dirección y el sentido del movimiento no cambia, hablar de rapidez y velocidad es lo mismo.

A continuación, aprende más acerca del MRU estudiando con mucha atención los siguientes videos:

Conclusión

En esta lección aprendimos principalmente los conceptos de posición y sistema de referencia para ubicar cualquier cuerpo u objeto en una o dos dimensiones. También se hizo la distinción entre rapidez como cantidad escalar y velocidad, cantidad vectorial. Identificamos el concepto de aceleración como la tasa de variación de la velocidad y el tiempo; se aclaró además que la aceleración es un vector y se explicó por qué se considera así.

En la segunda parte de esta lección aprendimos la teoría del MRU, la fórmula fundamental que relaciona sus variables y las unidades que se usan en el SI y en el sistema inglés, sbg. Y los videos te ayudaron a poner en práctica lo aprendido y a tener confianza en la posterior solución de problemas de manera individual.

Ahora estás en condiciones de poner en práctica lo aprendido aplicándote a la solución de la actividad de aprendizaje correspondiente y, posteriormente, resuelve y entrega la consigna de estos temas.

Nos vemos en la próxima lección. ¡Sigue adelante!