EL MOVIMIENTO CIENCIAS: FÍSICA PLAN GENERAL SISTEMA DE REFERENCIA DESPLAZAMIENTO PREUNIVERSITARIO POPULAR FRAGMENTOS COMUNES

Transcripción

1 EL MOVIMIENTO El movimiento siempre nos ha interesado. Por ejemplo, en el mundo de hoy consideramos el movimiento cuando describimos la rapidez de un auto nuevo o el poder de aceleración que tiene. La rama de la física que trata el estudio del movimiento de un objeto y la relación que hay entre este y los conceptos como fuerza y masa se llama dinámica. La parte de la dinámica que describe un movimiento sin considerar las fuerzas ni los motivos por el cual este se produce es la cinemática. SISTEMA DE REFERENCIA Un marco de referencia es un conjunto de ejes coordenados que define el punto de inicio para medir cualquier cantidad. Es de suma importancia que al iniciar el análisis de una situación este se escoja de manera que este sea lo mas cómodo para el trabajo y además este sistema coordenado se debe mantener fijo durante toda el análisis de la situación, puesto que si este se modifica arbitrariamente llevara a errores de posición u otros. DESPLAZAMIENTO El desplazamiento se define como el cambio de la posición de un cuerpo, que generalmente se nota con la letrea griega (delta). Esta magnitud física es un vector que es la diferencia entre el vector de posición inicial y el vector de posición final. 1

2 TRAYECTORIA Es la grafica de la posiciones que ocupo un móvil al desplazarse por el espacio, la trayectoria depende del sistema de referencia (la posición del observador). CAMINO RECORRIDO O DISTANCIA RECORRIDA Esta definición en física no es más que la distancia que recorrió un móvil al describir una trayectoria desde su punto inicial a su punto final. POSICIÓN INICIAL Y POSICIÓN FINAL Las posiciones inicial y final de un móvil están todas referidas todas a un sistema de referencia elegido arbitrariamente, el cual se selecciona por conveniencia. Las posiciones son vectores en el espacio que indican la posición de un móvil en un instante específico (en este caso en instante 0 y al final de la acción) RAPIDEZ Es el coeficiente entre la longitud recorrida y el tiempo empleado en recorrerlo. Su magnitud esta medida en las mismas magnitudes que la velocidad, pero esta no tiene el carácter vectorial de la velocidad. La rapidez es exactamente el modulo de la velocidad. EJEMPLO: Si un móvil recorre 20 metros a rapidez constante en 5 segundos, su rapidez habrá sido: r = 20 5 = 4 m/s 2

3 VELOCIDAD MEDIA La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Se la representa por V o V. Sus dimensiones son [L]/[T]. Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s. La velocidad media o velocidad promedio es la velocidad en un intervalo de tiempo dado. Se calcula dividiendo el desplazamiento (Δr) por el tiempo (Δt) empleado en efectuarlo: V = r t Siendo r el vector de desplazamiento en el dibujo este ser divido por el tiempo empleado en lograr ese de desplazamiento y así obtendremos la velocidad media. VELOCIDAD INSTANTÁNEA La velocidad instantánea permite conocer la velocidad de un móvil que se desplaza sobre una trayectoria cuando el intervalo de tiempo es infinitamente pequeño, siendo entonces el espacio recorrido también muy pequeño, representando un punto de la trayectoria. La velocidad instantánea es siempre tangente a la trayectoria. V = lim ti t F r t lim ti t F r t F t i 3

4 TIPOS DE MOVIMIENTO MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME Para este caso la aceleración es cero por lo que la velocidad permanece constante a lo largo del tiempo. Esto corresponde al movimiento de un objeto lanzado en el espacio fuera de toda interacción, o al movimiento de un objeto que se desliza sin fricción. Siendo la velocidad v constante, la posición variará linealmente respecto del tiempo, según la ecuación: v = v inicial = constante x = v inicial t + x inicial Donde x inicial es la posición inicial del móvil respecto al centro de coordenadas, es decir para t = 0. Si x inicial = 0 la ecuación anterior corresponde a una recta que pasa por el origen, en una representación gráfica de la función x (t). 4

5 MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO En éste movimiento la aceleración es constante, por lo que la velocidad de móvil varía linealmente y la posición cuadráticamente con tiempo. Las ecuaciones que rigen este movimiento son las siguientes: a = a inicial = constante v = v inicial + a t x = x inicial + v inicial t + 1 a t2 2 Donde x inicial es la posición inicial del móvil y v inicial su velocidad inicial, aquella que tiene para t = 0. Obsérvese que si la aceleración fuese nula, las ecuaciones anteriores corresponderían a las de un movimiento rectilíneo uniforme, es decir, con velocidad v = v inicial constante. Dos casos específicos de MRUA son la caída libre y el tiro vertical. La caída libre es el movimiento de un objeto que cae en dirección al centro de la Tierra con una aceleración equivalente a la aceleración de la gravedad (que en el caso del planeta Tierra al nivel del mar es de aproximadamente 9,8 m/s 2 ). El tiro vertical, en cambio, corresponde al de un objeto arrojado en la dirección opuesta al centro de la tierra, ganando altura. En este caso la aceleración de la gravedad, provoca que el objeto vaya perdiendo velocidad, en lugar de ganarla, hasta llegar al estado de reposo; seguidamente, y a partir de allí, comienza un movimiento de caída libre con velocidad inicial nula. En su defecto el movimiento rectilíneo uniformemente retardado es equivalente al M.U.A. con la diferencia que la aceleración es contraria al sentido de la velocidad por lo cual es negativa, a lo cual se le denomina desaceleración. 5

6 MOVIMIENTO CIRCULAR El movimiento circular en la práctica es un tipo muy común de movimiento: Lo experimentan, por ejemplo, las partículas de un disco que gira sobre su eje, las de una noria, las de las agujas de un reloj, las de las paletas de un ventilador, etc. Para el caso de un disco en rotación alrededor de un eje fijo, cualquiera de sus puntos describe trayectorias circulares, realizando un cierto número de vueltas durante determinado intervalo de tiempo. Para la descripción de este movimiento resulta conveniente referirse ángulos recorridos; ya que estos últimos son idénticos para todos los puntos del disco (referido a un mismo centro). La longitud del arco recorrido por un punto del disco depende de su posición y es igual al producto del ángulo recorrido por su distancia al eje o centro de giro. La velocidad angular (ω) se define como el desplazamiento angular respecto del tiempo, y se representa mediante un vector perpendicular al plano de rotación; su sentido se determina aplicando la "regla de la mano derecha" o del sacacorchos. La aceleración angular (α) resulta ser variación de velocidad angular respecto del tiempo, y se representa por un vector análogo al de la velocidad angular, pero puede o no tener el mismo sentido (según acelere o retarde). La velocidad (v) de una partícula es una magnitud vectorial cuyo módulo expresa la longitud del arco recorrido (espacio) por unidad de tiempo; dicho módulo también se denomina rapidez o celeridad. Se representa mediante un vector cuya dirección es tangente a la trayectoria circular y su sentido coincide con el del movimiento. La aceleración (a) de una partícula es una magnitud vectorial que indica la rapidez con que cambia la velocidad respecto del tiempo; esto es, el cambio del vector velocidad por unidad de tiempo. La aceleración tiene generalmente dos componentes: la aceleración tangencial a la trayectoria y la aceleración normal a ésta. La aceleración tangencial es la que causa la variación del módulo de la velocidad (celeridad) respecto del tiempo, mientras que la aceleración normal es la responsable del cambio de dirección de la velocidad. Los módulos de ambas componentes de la aceleración dependen de la distancia a la que se encuentre la partícula respecto del eje de giro. 6

7 MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME Se caracteriza por tener una velocidad angular constante por lo que la aceleración angular es nula. La velocidad lineal de la partícula no varía en módulo, pero sí en dirección. La aceleración tangencial es nula; pero existe aceleración centrípeta (la aceleración normal), que es causante del cambio de dirección. Matemáticamente, la velocidad angular se expresa como: ω = ω inicial = constante ω = φ t Donde ω es la velocidad angular (constante), φ es la variación del ángulo barrido por la partícula y t es la variación del tiempo. El ángulo recorrido en un intervalo de tiempo es: φ = φ 0 + ω t 7