Cinemática I
La cinemática es la rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos sin preocuparse por las causas que lo originan. En este tema se analizan los aspectos básicos del movimiento, desde su descripción en términos de trayectoria, posición y desplazamiento, hasta conceptos como velocidad y aceleración. Es el estudio de "cómo" se mueven los objetos, lo que nos permite describir y predecir su comportamiento en diferentes contextos.
Sistema de referencia y concepto de movimiento. Relatividad del movimiento
Para describir el movimiento de un cuerpo, es fundamental elegir un sistema de referencia, que es el punto o conjunto de puntos respecto a los cuales se describen las posiciones y movimientos de los objetos. Un sistema de referencia está compuesto por un punto de origen (un lugar fijo) y un conjunto de ejes coordenados que permiten definir la posición del cuerpo en cualquier momento.
Concepto de Movimiento
El movimiento se define como el cambio de posición de un objeto a lo largo del tiempo en relación con un sistema de referencia. Un objeto se dice que está en movimiento si cambia de posición respecto a un observador, es decir, su ubicación varía en el espacio.
Relatividad del movimiento
El movimiento es relativo, lo que significa que depende del sistema de referencia escogido. Un objeto puede estar en movimiento en un sistema de referencia y estar en reposo en otro. Por ejemplo, una persona que está sentada en un tren en movimiento está en reposo con respecto al tren, pero en movimiento respecto a la Tierra.
Elementos que describen el movimiento: trayectoria, posición, desplazamiento y espacio recorrido. Ecuaciones del movimiento.
Trayectoria
La trayectoria es el camino que sigue un objeto en movimiento. Puede ser una línea recta o curva, dependiendo de cómo se desplace el objeto. Se clasifica como rectilínea (si el objeto sigue una línea recta) o curvilínea (si sigue una curva).
Posición
La posición de un objeto es su ubicación en el espacio respecto a un sistema de referencia en un momento dado. Se describe mediante coordenadas en los ejes correspondientes al sistema de referencia.
Desplazamiento
El desplazamiento es la diferencia entre la posición final y la posición inicial de un objeto en movimiento. Se trata de una magnitud vectorial, lo que significa que tiene tanto dirección como magnitud. Es importante no confundir el desplazamiento con el espacio recorrido.
Espacio recorrido
El espacio recorrido es la distancia total que un objeto ha recorrido a lo largo de su trayectoria. A diferencia del desplazamiento, el espacio recorrido es una magnitud escalar, lo que significa que solo tiene magnitud, sin dirección. Puede ser mayor o igual al desplazamiento, pero nunca menor.
Ecuaciones del movimiento
Para describir el movimiento de un objeto a lo largo del tiempo, utilizamos las ecuaciones del movimiento, que son fórmulas matemáticas que relacionan las magnitudes que describen el movimiento, como la posición, el tiempo, la velocidad y la aceleración. En los movimientos más simples, estas ecuaciones permiten predecir dónde estará un objeto y a qué velocidad se moverá en un momento dado.
Velocidad: Velocidad media y velocidad instantánea
Velocidad
La velocidad es una magnitud vectorial que describe el cambio de posición de un objeto por unidad de tiempo. Se expresa mediante un vector que indica tanto la dirección como la rapidez con la que un objeto se mueve.
Velocidad = Desplazamiento / Tiempo
Velocidad media
La velocidad media es la razón entre el desplazamiento total y el tiempo total transcurrido. Es una medida general del ritmo del movimiento de un objeto en un intervalo de tiempo dado, pero no nos dice qué velocidad tuvo en cada momento específico.
Velocidad media = Δ Posición / Δ Tiempo
Velocidad instantánea
La velocidad instantánea es la velocidad de un objeto en un momento exacto del tiempo. Se obtiene al calcular la velocidad en intervalos de tiempo cada vez más pequeños. En términos más avanzados, se describe como la derivada de la posición con respecto al tiempo.
Aceleración: Aceleración media y aceleración instantánea. Componentes intrínsecas de la aceleración
Aceleración
La aceleración es una magnitud vectorial que mide el cambio en la velocidad de un objeto a lo largo del tiempo. Se utiliza para describir cualquier variación en la rapidez o dirección del movimiento de un objeto.
Aceleración = Cambio de velocidad / Tiempo
Aceleración media
La aceleración media es la variación de la velocidad de un objeto dividida por el tiempo total durante el cual ocurre dicho cambio. Indica el ritmo promedio de cambio de la velocidad.
Aceleración = Δ Velocidad / Δ Tiempo
Aceleración instantánea
La aceleración instantánea es la aceleración en un momento específico del tiempo, similar a la velocidad instantánea. Se obtiene tomando la derivada de la velocidad con respecto al tiempo.
Componentes intrínsecas de la aceleración
La aceleración de un objeto puede descomponerse en dos componentes:
Aceleración tangencial: Esta es la componente de la aceleración en la dirección de la velocidad del objeto y se relaciona con el cambio de la magnitud de la velocidad.
Aceleración normal (o centrípeta): Es la componente de la aceleración perpendicular a la velocidad y se asocia con los cambios en la dirección del movimiento.
Clasificación de los movimientos
Los movimientos pueden clasificarse según varios criterios:
Según la trayectoria:
Movimiento rectilíneo: Cuando la trayectoria es una línea recta.
Movimiento curvilíneo: Cuando la trayectoria es una curva.
Según la velocidad:
Movimiento uniforme: La velocidad es constante en magnitud y dirección.
Movimiento uniformemente acelerado: La velocidad cambia de manera constante a lo largo del tiempo.
Según la aceleración:
Movimiento con aceleración constante: El valor de la aceleración no cambia a lo largo del tiempo.
Movimiento con aceleración variable: La aceleración cambia a medida que pasa el tiempo.