La cinemática es el estudio del movimiento de los cuerpos, sin tener en cuenta las causas que lo originan. Para ello necesitamos conocer la posición, velocidad y aceleración del cuerpo en cada instante. Veamos en profundidad como definir estas magnitudes.
MOVIMIENTO Y SISTEMA DE REFERENCIA
Decimos que un cuerpo está en movimiento si cambia su posición con el tiempo. Pero el movimiento es relativo, depende del punto de vista del observador. Por ello, para poder afirmar que existe movimiento tenemos que elegir un punto que suponemos fijo, el origen de nuestro sistema de referencia. Dependiendo del sistema escogido, el cuerpo puede moverse o no. En este breve vídeo queda explicado con un ejemplo:
TRAYECTORIA, VECTOR POSICIÓN, VECTOR DESPLAZAMIENTO Y ESPACIO RECORRIDO
Para indicar la posición de un móvil, en un instante concreto, respecto a un sistema de referencia empleamos el vector posición. Si el móvil se mueve, el extremo de este vector posición describe la trayectoria. La trayectoria no es más que el camino que recorre un cuerpo en su movimiento, y por tanto, su forma dependerá del sistema de referencia que empleemos.
Cuando el móvil pasa de una posición a otra utilizamos el vector desplazamiento para indicar este cambio de posición. Su módulo nos da el desplazamiento, la distancia en línea recta entre la posición inicial y final. No se debe confundir con el espacio recorrido que es la distancia entre la posición inicial y final, medida sobre la trayectoria. El módulo del vector desplazamiento y el espacio recorrido sólo coinciden en trayectorias rectilíneas sin cambio de sentido.
En este vídeo podéis ver un breve ejemplo para diferenciar entre desplazamiento y espacio recorrido:
VELOCIDAD Y CELERIDAD
La velocidad nos permite conocer como cambia la posición del móvil con el tiempo. Teniendo en cuenta que podemos emplear el vector desplazamiento o el espacio recorrido para explicar el cambio de posición de un cuerpo, tendremos dos magnitudes asociadas: velocidad media (variación del vector desplazamiento con el tiempo) y celeridad o rapidez media (variación del espacio recorrido con el tiempo). Por tanto, en un caso se trata de una magnitud vectorial y en otro de una magnitud escalar.
Aquí tenéis un ejemplo resuelto sobre la diferencia entre velocidad y celeridad media:
También podemos hablar de velocidad instantánea como la velocidad del móvil en cada instante de tiempo. Pero ya acudiréis a este concepto en próximos cursos.
ACELERACIÓN. COMPONENTES INTRÍNSECAS DE LA ACELERACIÓN
La aceleración nos permite conocer como cambia la velocidad del móvil con el tiempo. Podemos emplear la aceleración media, que nos proporciona la variación de la velocidad por unidad de tiempo, y por tanto, es una magnitud vectorial. O podemos partir de que la velocidad es una magnitud vectorial, y puede variar tanto su módulo, dirección o ambas. Las componentes intrínsecas de la aceleración nos permiten conocer de forma independiente la variación de módulo o dirección de la velocidad. Son las componentes del vector aceleración.
La aceleración tangencial mide el cambio de módulo del vector velocidad y es tangente a la trayectoria. Es la componente que está presente en movimientos rectilíneos, ya que en estos no cambia la dirección de la velocidad.
La aceleración normal mide el cambio en la dirección de la velocidad y es normal (perpendicular) a la trayectoria. Es la componente que está presente en movimientos circulares uniformes, donde el módulo de la velocidad no cambia, pero sí su dirección.
En general, en cualquier movimiento, están presentes ambas componentes.
En este vídeo podéis encontrar un breve resumen sobre las componentes intrínsecas y un ejemplo resuelto de su cálculo para un movimiento circular uniforme:
Gráficos extraídos de www.fisicalab.com
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