Física del Movimiento De Los Objetos
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Un sistema físico real se
caracteriza por, al menos, tres propiedades importantes:
1. Tener
una ubicación en el espacio-tiempo.
2. Tener
un estado físico definido sujeto a evolución temporal.
3. Poderle
asociar una magnitud física llamada energía.
El movimiento se refiere al
cambio de ubicación en el espacio a lo largo del tiempo, tal como es medido por
un observador físico. Un poco más generalmente el cambio de ubicación puede
verse influido por las propiedades internas de un cuerpo o sistema físico, o
incluso el estudio del movimiento en toda su generalidad lleva a considerar el
cambio de dicho estado físico.
Al aprender Física entendemos que
el estudio del movimiento es importante pues nos ayuda a:
·
Interpretar la velocidad como la relación entre
desplazamiento y tiempo, y la diferencia de la rapidez, a partir de datos
obtenidos de situaciones cotidianas.
·
Interpretar tablas de datos y gráficas de
posición-tiempo, en las que describe y predice diferentes movimientos a partir
de datos que obtiene en experimentos y/o de situaciones del entorno.
·
Describir características del movimiento
ondulatorio con base en el modelo de ondas: cresta, valle, nodo, amplitud,
longitud, frecuencia y periodo, y diferencia el movimiento ondulatorio
transversal del longitudinal, en términos de la dirección de propagación.
·
Describir el comportamiento ondulatorio del
sonido; tono, timbre, intensidad y rapidez, a partir del modelo de ondas.
Marco de referencia y
trayectoria; diferencia entre desplazamiento y distancia recorrida
Hacia donde miremos,
encontraremos movimiento: personas caminando, vehículos circulando por las
calles, el viento que agita las hojas de los árboles, etcétera. Existen
movimientos que transcurren rápidamente, tanto, que incluso, son imperceptibles
para el ojo del ser humano, como el movimiento de la luz. En cambio, existen
otros que tardan mucho en transcurrir, como el movimiento de los continentes.
¿Cómo sabemos que algo se mueve? ¿Cómo estudiamos al movimiento?
La rama de la física que estudia
al movimiento se llama mecánica y se divide en:
1. Clásica.
Se encarga del estudio de los movimientos de los cuerpos bajo la acción de las
fuerzas y también puede prever las condiciones de reposo de éstos. A su vez, la
mecánica clásica se subdivide en dos ramas:
a) Cinemática.
Estudia los tipos de movimientos que experimentan los cuerpos sin considerar
las causas que los producen.
b) Dinámica.
Estudia los movimientos de los cuerpos atendiendo a las causas que los
producen. Esta rama incluye a la estática, la cual considera las condiciones
que permiten el equilibrio de los cuerpos.
2. Cuántica.
Analiza los fenómenos que ocurren a escala atómica como la radioactividad.
3. Ondulatoria.
Describe matemáticamente el comportamiento de electrones y átomos.
4. De
fluidos. Estudia el comportamiento de la materia en estado líquido y en estado
gaseoso.
En física, el movimiento se
entiende como un cambio de posición que tiene un cuerpo cuando parte de un
punto inicial y llega a un destino previsto. Por ejemplo, cuando vas de tu comunidad
a otra a disfrutar tus vacaciones. Tu punto de partida indica donde se inició
el movimiento y permite determinar el cambio de posición con respecto a ese
punto.
Marco de Referencia
Llamaremos marco de referencia al
punto que te sirve para determinar el cambio de posición de un objeto como
consecuencia de su movimiento. Imagina que tu marco de referencia es la ciudad
de México y partes hacia Cancún; al llegar a tu destino te encontrarás a 2000
km del punto inicial, que correspondería al marco de referencia con respecto al
cual te moviste. Para poder describir cualquier movimiento, siempre tenemos que
compararlo con un marco de referencia. Por ejemplo, si te encuentras jugando
basquetbol en la cancha de tu escuela, siempre te moverás desde el lugar donde
te encuentres hacia la canasta del equipo contrario, ya que ésta es el punto de
referencia que se considera para el movimiento de los otros jugadores.
Por tanto, el marco de referencia
es un objeto o un punto con respecto a otro que describe un movimiento. El
movimiento depende del sistema de referencia que se utilice para describirlo,
Además del marco de referencia,
necesitamos otro elemento para describir al movimiento.
Imagina, que vas camino a tu escuela.
Para llegar, debes recorrer una
distancia de 150 m, y tardas 10 minutos cuando vas caminando. ¿Observas alguna
relación entre la distancia recorrida y el tiempo transcurrido?
Frecuentemente utilizamos puntos
de referencia para ir a algún lado o dar una dirección, por ejemplo, indicamos
a alguien si hay algún centro comercial, parque u hospital cercano para que la
otra persona pueda ubicarse a partir de él. As cuando te preguntan cómo llegar
a algún lado y les contestas: ‘como a dos cuadras de aquí’, entonces tú te
conviertes en el marco de referencia para esa indicación.
Si quisiéramos establecer en
dónde está situado el cuerpo sólo con el dato de la distancia que recorrió, no
podríamos determinarlo (más adelante en este mismo bloque podrás saber cómo
puedes ubicar la posición de un cuerpo).
Cada objeto al efectuar un
movimiento, sigue un “camino” para llegar a su meta. A este recorrido se le
llama trayectoria y ésta depende de la forma en que se mueva; ya sea en línea
recta, curva, o circular.
Cuando vamos por una carretera
observamos que tiene tramos rectos, curvos, en subida, en bajadas, en fin, en
esos momentos podemos describir la trayectoria que recorrimos. Si mides esa
trayectoria obtendrás la medida de la distancia recorrida.
Cuando un objeto realizó algún
movimiento, es posible conocer cuál fue su recorrido desde el punto inicial
hasta el punto donde termina, es decir, su trayectoria. Si mides el espacio
recorrido por el objeto obtendrás el valor de la distancia.
Distancia y desplazamiento
En física se manejan las
magnitudes, éstas nos indican qué características de los objetos pueden variar
y ser medidas. Existen dos tipos de magnitudes: escalares y vectoriales.
1. Magnitudes escalares. Están
determinadas por su valor numérico y la unidad en que se midieron, entre otras
están: la longitud, la masa o el tiempo, expresadas en metros, kilogramos u
horas, horas respectivamente.
2. Magnitudes vectoriales. Se
utilizan para representar una fuerza o una velocidad y poseen un punto de
origen, una magnitud, una dirección y un sentido. Se representan con segmentos
de recta dirigida (flechas) llamados vectores. Es importante mencionar que con
ayuda de las magnitudes vectoriales sí puedes ubicar la posición de un cuerpo.
Cuando veas una letra que lleva
una flecha en la parte superior, quiere decir que se trata de una cantidad
vectorial.
Ejemplo, =
La mecánica clásica es una
formulación de la mecánica para describir mediante leyes el comportamiento de
cuerpos físicos macroscópicos en reposo y a velocidades pequeñas comparadas con
la velocidad de la luz.
Existen varias formulaciones
diferentes, de la mecánica clásica para describir un mismo fenómeno natural,
que independientemente de los aspectos formales y metodológicos que utilizan
llegan a la misma conclusión.
La mecánica vectorial, deviene directamente
de las leyes de Newton, por eso también se le conoce con el gentilicio de
newtoniana. Es aplicable a cuerpos que se mueven en relación a un observador a
velocidades pequeñas comparadas con la de la luz. Fue construida en un
principio para una sola partícula moviéndose en un campo gravitatorio. Se basa
en el tratamiento de dos magnitudes vectoriales bajo una relación causal: la
fuerza y la acción de la fuerza, medida por la variación del momentum (cantidad
de movimiento). El análisis y síntesis de fuerzas y momentos constituye el
método básico de la mecánica vectorial. Requiere del uso privilegiado de
sistemas de referencia inercial.
La mecánica analítica (analítica en el
sentido matemático de la palabra y no filosófico). Sus métodos son poderosos y
trascienden de la Mecánica a otros campos de la física. Se puede encontrar el
germen de la mecánica analítica en la obra de Leibniz que propone para
solucionar los problemas mecánicos otras magnitudes básicas (menos oscuras
según Leibniz que la fuerza y el momento de Newton), pero ahora escalares, que
son: la energía cinética y el trabajo. Estas magnitudes están relacionadas de
forma diferencial. La característica esencial es que, en la formulación, se
toman como fundamentos primeros principios generales (diferenciales e
integrales), y que a partir de estos principios se obtengan analíticamente las
ecuaciones de movimiento.
El sentido que lleva un vector
está determinado por los puntos cardinales señalados en la rosa de los vientos.
Asimismo, la dirección se determina de acuerdo al ángulo que forman
De forma cotidiana se habla de
desplazamiento y de distancia como si fuesen sinónimos, pero es un error. Y
ahora te explicaremos por qué y qué diferencia hay entre estos dos conceptos
Distancia: Es el espacio
recorrido por un objeto en movimiento, desde su punto de partida hasta el
final. Es una cantidad escalar.
Desplazamiento: Es la línea recta
que une al punto donde inicia el movimiento con el punto final y es una
magnitud vectorial.
En algunos casos se realizan
movimientos con trayectoria circular, entonces el recorrido termina donde
inició; en este caso, se dice que el desplazamiento es cero, ya que el lugar
donde inicia y donde termina es el mismo.
En el caso de la rueda de la
fortuna, el desplazamiento es igual a cero, porque aunque hay una trayectoria y
una distancia recorrida, se llega al mismo punto.
No debes confundirte y decir que
no hubo movimiento. Se recorrió una distancia, hay una trayectoria; pero lo que
no se puede medir es el desplazamiento.
Un ejemplo de lo anterior es una
pista ovalada o circular donde se practica ciclismo o carreras de automóviles.
En ambos casos dan vueltas y al final llegan al mismo punto de donde salieron.
El desplazamiento se refiere a la
diferencia entre la posición inicial y final del objeto que se mueve:
Desplazamiento = Posición final
(x,) — Posición inicial(X,)
Velocidad: desplazamiento,
dirección y tiempo
Ahora hablaremos de dos términos
que son fáciles de confundir, ya que en la vida cotidiana suele pensarse que la
velocidad y la rapidez son lo mismo. La rapidez indica la distancia recorrida
en un tiempo determinado y es una cantidad escalar.
La velocidad es la relación
matemática entre el desplazamiento recorrido y el tiempo empleado, es una cantidad
vectorial, ya que además de tener un valor numérico tiene punto de origen,
sentido y dirección. Su representación matemática es la siguiente:
Donde:
v = velocidad
d = distancia
t = tiempo
Para determinar la velocidad es
necesario conocer el desplazamiento del objeto y el tiempo que tardó en
realizarse el movimiento.
En física puede medirse la
velocidad en diferentes momentos, y así obtenemos la velocidad promedio, que es
el promedio de las distintas velocidades con que se ha realizado un movimiento,
y también obtenemos la velocidad instantánea, que permite conocer en ciertos
puntos que interesan, cómo son las medidas de la velocidad en un instante
determinado.
La diferencia entre velocidad y
rapidez es que la primera es una magnitud vectorial, mientras que la rapidez es
una magnitud escalar.
En el movimiento rectilíneo
uniforme, que es aquel que sigue un cuerpo en línea recta, la velocidad y la
rapidez coinciden, ya que se recorren áreas iguales en tiempos iguales.
En épocas pasadas no existían
unidades de medida comunes.
Cada región tenía las propias y
los problemas se presentaban cuando alguien quería comerciar con personas de
otros pueblos pues, como era de esperarse, no se podían poner de acuerdo. Hasta
ahora has aprendido algunos conceptos de mecánica clásica como: longitud, masa,
volumen y la forma de medirlos.
En física se utilizan las unidades de medición
del Sistema Internacional de Unidades (s,) el cual indica en qué unidades se
medirán algunas características de los cuerpos.
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Bibliografia:
www.wikipedia.org
Enciclopedia Microsoft® Encarta® 2003.
Nueva Enciclopedia Tematica Grolier 2012
https://www.ecured.cu
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