Es la parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos, independientemente de las causas que lo producen.
Sistemas de referencia
El movimiento de los cuerpos es relativo, ya que un cuerpo puede estar moviéndose con respecto a unos cuerpos y estar en reposo respecto a otros. Para describir el movimiento de los cuerpos es necesario utilizar ciertos sistemas de referencia para facilitar la descripción de dicho movimiento. Estos sistemas consisten en tres ejes cartesianos mutuamente perpendiculares y un cronómetro.
Este video nos ilustra la relatividad del movimiento:
Cuando se describe el movimiento de un cuerpo debemos establecer el sistema de referencia con respecto al cual lo estamos considerando. Definimos el movimiento como el cambio de posición que experimentan unos cuerpos con respecto a otros. Para describir el movimiento de un cuerpo podemos elegir cualquier sistema de referencia, el sistema de referencia más indicado son aquellos que se encuentran en reposo. En general, cuando se describe el movimiento de un cuerpo, estos se consideran cuerpos puntuales, es decir, sin dimensiones.
POSICIÓN:
Es el segmento de recta dirigido que va desde el origen del sistema de
referencia hasta el punto donde se encuentra la partícula, es una magnitud
vectorial. En una dimensión, nuestro sistema de referencia será una línea recta
graduada y el origen del sistema de referencia es el número cero, para indicar
la dirección se ha convenido utilizar el vector unitario i, ya que tiene magnitud uno (1), y
si la dirección es hacia la derecha es i y si es hacia la izquierda – i. Lo anterior se muestra en el
siguiente gráfico, donde se señalan dos posiciones del auto, una a 1 metro
hacia la derecha (1mi), y otra a 4 metros hacia la derecha (4mi ):
TRAYECTORIA: Es la línea que une todas las
posiciones ocupadas por el cuerpo
durante su movimiento. De lo anterior, los movimientos se clasifican en rectilíneos si la trayectoria es una línea
recta y curvilíneos si la trayectoria es una línea curva. La trayectoria en la figura
siguiente es la curva que va desde el punto A hasta el B y se muestran dos
posiciones ocupadas por el móvil.
DISTANCIA:
Es la medida de la trayectoria, es una cantidad escalar y su unidad de medida en el S. I. es el metro
(m). En la figura, las distancias son: 1m y 4m.
DESPLAZAMIENTO:
Corresponde al cambio de posición de un cuerpo. Geométricamente es el segmento dirigido que va desde la posición inicial hasta la posición
final ocupada por un cuerpo. Es una magnitud vectorial y se mide en unidades de
longitud. La figura muestra dos trayectorias diferentes y el desplazamiento
para un cuerpo:
Para un
movimiento en una dimensión, donde el cuerpo inicialmente se encuentra en la
posición Xo y más tarde en la posición Xf, el
desplazamiento se define matemáticamente:
ΔX =
Xf – Xo
La
siguiente gráfica indica las posiciones iniciales y finales de un auto:
Su
desplazamiento es: ΔX = Xf
– Xo
ΔX =
4mi – 1mi = 3mi Como se puede
apreciar gráficamente.
Este video ilustra muy bien los conceptos de
distancia, desplazamiento:
Simulación sobre distancia y desplazamiento:
Mueve el punto y traza la trayectoria que prefieras, comprueba los conceptos de distancia y desplazamiento. Si haces coincidir la posición inicial y la final, el desplazamiento es cero, pero la distancia no. haz click para ver el movimiento de la partícula.
Este
video muestra un ejemplo de distancia y desplazamiento:
Cuando se describe el movimiento de un cuerpo debemos establecer el sistema de referencia con respecto al cual lo estamos considerando. Definimos el movimiento como el cambio de posición que experimentan unos cuerpos con respecto a otros. Para describir el movimiento de un cuerpo podemos elegir cualquier sistema de referencia, el sistema de referencia más indicado son aquellos que se encuentran en reposo. En general, cuando se describe el movimiento de un cuerpo, estos se consideran cuerpos puntuales, es decir, sin dimensiones.
POSICIÓN:
Es el segmento de recta dirigido que va desde el origen del sistema de
referencia hasta el punto donde se encuentra la partícula, es una magnitud
vectorial. En una dimensión, nuestro sistema de referencia será una línea recta
graduada y el origen del sistema de referencia es el número cero, para indicar
la dirección se ha convenido utilizar el vector unitario i, ya que tiene magnitud uno (1), y
si la dirección es hacia la derecha es i y si es hacia la izquierda – i. Lo anterior se muestra en el
siguiente gráfico, donde se señalan dos posiciones del auto, una a 1 metro
hacia la derecha (1mi), y otra a 4 metros hacia la derecha (4mi ):
TRAYECTORIA: Es la línea que une todas las
posiciones ocupadas por el cuerpo
durante su movimiento. De lo anterior, los movimientos se clasifican en rectilíneos si la trayectoria es una línea
recta y curvilíneos si la trayectoria es una línea curva. La trayectoria en la figura
siguiente es la curva que va desde el punto A hasta el B y se muestran dos
posiciones ocupadas por el móvil.
DISTANCIA:
Es la medida de la trayectoria, es una cantidad escalar y su unidad de medida en el S. I. es el metro
(m). En la figura, las distancias son: 1m y 4m.
DESPLAZAMIENTO:
Corresponde al cambio de posición de un cuerpo. Geométricamente es el segmento dirigido que va desde la posición inicial hasta la posición
final ocupada por un cuerpo. Es una magnitud vectorial y se mide en unidades de
longitud. La figura muestra dos trayectorias diferentes y el desplazamiento
para un cuerpo:
Para un
movimiento en una dimensión, donde el cuerpo inicialmente se encuentra en la
posición Xo y más tarde en la posición Xf, el
desplazamiento se define matemáticamente:
ΔX =
Xf – Xo
La
siguiente gráfica indica las posiciones iniciales y finales de un auto:
Su
desplazamiento es: ΔX = Xf
– Xo
ΔX =
4mi – 1mi = 3mi Como se puede
apreciar gráficamente.
Simulación sobre distancia y desplazamiento:
Mueve el punto y traza la trayectoria que prefieras, comprueba los conceptos de distancia y desplazamiento. Si haces coincidir la posición inicial y la final, el desplazamiento es cero, pero la distancia no. haz click para ver el movimiento de la partícula.
RAPIDEZ MEDIA
Nuestro
sistema de referencia está compuesto por un metro y un cronómetro, cuando un
cuerpo se mueve lo hace en determinado tiempo, es decir, gasta determinado
tiempo en ocupar cada posición, se define la rapidez como la distancia
recorrida en la unidad de tiempo.
En el
S. I. la rapidez media se mide en m/s. Es un escalar.
Rapidez
media = Distancia recorrida / tiempo transcurrido
RAPIDEZ INSTANTÁNEA
Corresponde
a la rapidez que tiene un cuerpo en determinado instante, en este caso, el
intervalo de tiempo es sumamente pequeño.
La
rapidez media e instantánea son escalares.
VELOCIDAD MEDIA
La
velocidad media o promedio, se define como el cociente entre el desplazamiento
y el tiempo transcurrido. Como el desplazamiento es un vector, la velocidad
también es un vector.
Velocidad
media = Desplazamiento/ tiempo transcurrido
Como el
desplazamiento es el cambio de posición, si estamos en una dimensión, x, el
desplazamiento sería : ΔX = Xf – Xo y como
esto transcurre en un determinado intervalo de tiempo :
Δt = tf – to , la
velocidad media se puede escribir como:
Velocidad
media = ΔX / Δt = ΔX = Xf – Xo / tf – to
Si
tenemos una gráfica de posición – tiempo, podemos apreciar de la definición de
velocidad media, que ésta corresponde a la pendiente calculada en dos
posiciones cualesquiera.
La
velocidad media como la rapidez en el S. I. se miden en m/s. Aunque comúnmente
se mide también en km/h.
VELOCIDAD INSTANTÁNEA
Se
define la velocidad instantánea, v,
como la velocidad que tiene un móvil en
un instante, es decir, en un intervalo de tiempo muy pequeño, infinitesimal.
En una
gráfica de posición tiempo, la velocidad media, es la pendiente entre dos
puntos cualesquiera, mientras que la velocidad instantánea corresponde a la
pendiente de la curva en cada instante, que corresponde a la tangente en ese
punto.
SIMULACIONES:
Mediante esta simulación verifica que la velocidad media, es constante en ese trayecto, mientras la velocidad instantánea cambia tanto de magnitud como de dirección, porque es tangente a la trayectoria.SIMULACIÓN
Comprueba con esta simulación que la velocidad instantánea es siempre tangente a la trayectioria
ACELERACIÓN MEDIA
En la
mayoría de los movimientos la velocidad no permanece constante, los objetos en
movimiento aumentan la velocidad o frenan o cambian de dirección. Estos cambios
se describen mediante una magnitud vectorial denominada aceleración.
La
aceleración media es la variación de la velocidad que experimenta un cuerpo en
la unidad de tiempo.
Aceleración
media = Δv /Δt = vf – vo / tf – to
En el sistema
internacional, la aceleración se mide en m/s2.
ACELERACIÓN INSTANTÁNEA
La
aceleración instantánea a simplemente aceleración corresponde a la variación de
la velocidad en un instante de tiempo sumamente pequeño.
El
siguiente enlace describe los elementos básicos de la cinemática:
https://www.fisic.ch/contenidos/cinemática-unidimensional/elementos-básicos-de-la-cinemática/
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