1.

CINEMÁTICA

La cinética comprende una rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos en el espacio, independientemente de las causas que lo producen. Por lo tanto se encarga del estudio de la trayectoria en función del tiempo. En el estudio de la cinemática los primeros en describir el movimiento fueron los astrónomos y filósofos griegos, los primeros escritos de la cinemática lo encontramos hacia los años 1605 donde se menciona a galileo galilei por su reconocido estudio del movimiento de caída libre y esfera de planos inclinados. Después de varios siglos este concepto fue ampliado por una serie de físicos hasta desarrollarse y adquirir una estructura propia.

Elementos de la cinemática

observador: es también llamado marco de referencia y tiene como objetivo medir el movimiento que traza una partícula.

Posición: corresponde al espacio geométrico que ocupa un cuerpo u objeto en el espacio.

Trayectoria: es una representación de la línea que une todas las posiciones tomadas por el cuerpo. se puede clasificar en curvilíneas y rectilíneas.

Tiempo: es el que indica la duración del movimiento de un cuerpo.

Rapidez y velocidad: es la rapidez en la que cambia de posición un móvil.

Tipos de movimientos en la cinemática

Movimiento rectilíneo uniforme: son aquellos donde la trayectoria se hace en línea recta y la posición del punto móvil queda determinada por una sola coordenada. la velocidad permanece constante y no hay una alteración de la aceleración (a) en el transcurso del tiempo.

Movimiento rectilíneo uniforme acelerado: este movimiento es de aceleración constante y la velocidad varía linealmente y la posición cuadráticamente con tiempo.

Movimiento armónico simple: el cuerpo u objeto oscila de un lado a otro, esto se debe a una posición de equilibrio en una dirección determinada, es importante saber que los movimientos se realizan en intervalos de tiempo iguales.

Movimiento circular: el sistema de referencia se encuentra en el centro de la trayectoria circular

Movimiento parabólico: son dos movimientos rectilíneos distintos uno horizontal y otro vertical.

1.1 
VELOCIDAD:

La velocidad es una magnitud vectorial y, como tal, se representa mediante flechas que indican la dirección y sentido del movimiento que sigue un cuerpo y cuya longitud representa el valor numérico o módulo de la misma. Depende de el desplazamiento, es decir, de los puntos inicial y final del movimiento, y no como la rapidez, que depende directamente de la trayectoria.

Su unidad de medida en el Sistema Internacional (S.I.) es el metro por segundo (m/s), esto quiere decir que cuando por ejemplo afirmamos que la velocidad (módulo) de un cuerpo es de 5 metros por segundo (m/s), estamos indicando que cada segundo ese mismo cuerpo se desplaza 5 metros.

RAPIDEZ:

Muchas veces se suele utilizar las palabras Rapidez y velocidad como sinónimos, pero resulta que en realidad la rapidez es el valor absoluto de la velocidad, por eso es que son términos que comúnmente tienden a confundirse. Su verdadero sinónimo es celeridad, y resulta ser la relación que existe entre la distancia recorrida por un cuerpo y el tiempo que tarda en hacerlo. La rapidez es una magnitud de origen escalar, es decir es solo una medida numérica debido a que únicamente emplea una cantidad.

A pesar de que la rapidez y velocidad tienen la misma dimensión no son iguales porque como lo mencionamos anteriormente la rapidez tiene carácter escalar y la velocidad es una magnitud vectorial, que hace relación entre el cambio de posición de un objeto o cuerpo con el tiempo, es decir a parte de tener un módulo, el cual define el tamaño de la velocidad, también tiene una dirección, que se encarga de indicar hacia donde apunta esa velocidad, allí radica la diferencia entre ambas. Por ejemplo “este auto posee una rapidez de 120 kilómetros por hora”, “ambos corredores llevaban gran rapidez, pero a la final el más rápido fue el que gano la competencia”

DISTANCIA RECORRIDA:

La distancia recorrida es la que el móvil, el cuerpo, la persona, lo que se considere, recorre
 SOBRE LA TRAYECTORIA. 

para dar énfasis a la distancia medida sobre el recorrido, esto es el camino que describió el cuerpo, y NO el DESPLAZAMIENTO, el cual es la diferencia de posiciones, es decir la distancia mínima entre dos posiciones cualesquiera de la trayectoria. 

Un ejemplo clásico y muy extremo: 

En movimiento circular, supongamos que un cuerpo da una vuelta completa a una trayectoria circular, es decir una circunferencia. Parte de un punto O inicial, da una vuelta y se detiene en el mismo punto. 

¿Cuál es la distancia recorrida? 
Aquella que el móvil "recorrió", es decir en este caso la longitud de la circunferencia: 
s = 2π r 
====== 
siendo r el radio de la circunferencia descripta. 

¿Cuál es el desplazamiento? 
Δx = 0 
===== 

La diferencia entre la posición inicial obviamente será nula. 

"La distancia recorrida por un móvil se mide sobre su trayectoria".

TRAYECTORIA:

El vocablo trayectoria deriva del francés “trajectoire” significa “línea descrita en el espacio por un cuerpo que se mueve, y, más comúnmente, la que sigue un proyectil”. El vocablo trayectoria tiene diversos tipos de usos dependiendo del contexto que se vaya a tratar, como en la cinemática la trayectoria es un espacio de la geometría de las posturas siguientes por las que pasa un cuerpo en su desplazamiento que dependerá de cada referencia en la que se explique el desplazamiento.

DESPLAZAMIENTO:

El desplazamiento es el movimiento para trasladarse de un lugar a otro, o sustitución de una persona en el cargo, puesto o lugar que ocupa. El desplazamiento también es considerado como la variación de la posición de un cuerpo. En el ámbito de la física, el desplazamiento es un vector cuyo origen es la posición del cuerpo en un instante de tiempo que se considera inicial, y cuyo extremo es la posición del cuerpo en un instante considerado final. Cabe señalar, que el desplazamiento no depende de la trayectoria seguida por el cuerpo sino sólo de los puntos donde se encuentre en los instantes inicial y final; es decir, la distancia  entre ellos, la cual es expresada
en metros.

ACELERACIÓN:

Aceleración para el campo de la física es una magnitud vectorial que sirve para expresar la manera en la que un cuerpo altera la velocidad que lleva en una determinada trayectoria de manera ascendente. La aceleración está dispuesta según la física como la fuerza entre el peso (masa del cuero) y el sistema internacional de unidades dispone una para esta variable física, m/s^2. Isaac Newton, padre de la física y la mecánica en su obra nos indica que la aceleración está dispuesta por la fuerza que el objeto lleva consigo en el recorrido que describe, la aceleración se aprecia cuando la partícula experimenta un aumento de la velocidad en la misma dirección en la que va pues, si altera su curso, la aceleración no será uniforme y el caso en el que cambie la orientación este objeto desacelerara.

2. 

CAÍDA LIBRE 

n la caída libre un objeto cae verticalmente desde cierta altura H despreciando cualquier tipo de rozamiento con el aire o cualquier otro obstáculo. Se trata de un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (m.r.u.a.) o movimiento rectilíneo uniformemente variado (m.r.u.v.) en el que la aceleración coincide con el valor de la gravedad. En la superficie de la Tierra, la aceleración de la gravedad se puede considerar constante, dirigida hacia abajo, se designa por la letra g y su valor es de 9'8m/s2 (a veces se aproxima por 10 m/s2).

Para estudiar el movimiento de caída libre normalmente utilizaremos un sistema de referencia cuyo origen de coordenadas se encuentra en el pie de la vertical del punto desde el que soltamos el cuerpo y consideraremos el sentido positivo del eje y apuntando hacia arriba, tal y como puede verse en la figura:

3. 

DINÁMICA

La dinámica es la parte de la física que estudia la relación existente entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y los efectos que se producirán sobre el movimiento de ese cuerpo.

a dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con los motivos o causas que provocan los cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación. El estudio de la dinámica es prominente en los sistemas mecánicos (clásicos, relativistas o cuánticos), pero también en la termodinámica y electrodinámica. En este artículo se describen los aspectos principales de la dinámica en sistemas mecánicos, y se reserva para otros artículos el estudio de la dinámica en sistemas no mecánicos.

3.1

LEYES DE NEWTON

PRIMERA LEY O LEY DE LA INERCIA:

La primera ley de Newton, establece que un objeto permanecerá en reposo o con movimiento uniforme rectilíneo al menos que sobre él actúe una fuerza externa. Puede verse como un enunciado de la ley de inercia, en que los objetos permanecerán en su estado de movimiento cuando no actúan fuerzas externas sobre el mismo para cambiar su movimiento. Cualquier cambio del movimiento implica una aceleración y entonces se aplica la SEGUNDA LEY DE NEWTON De hecho, la primera ley de Newton es un caso especial de la segunda ley, en donde la fuerza neta externa es cero.

EJEMPLO DE FUERZA CENTRIPETA:

La cuerda debe proveer la fuerza centrípeta  necesaria para mover la bola en círculo. Si la cuerda se rompe, la bola seguirá moviéndose en línea recta hacia adelante. El movimiento en línea recta en ausencia de fuerzas externas es un ejemplo de la primera ley de newton El ejemplo presupone que no actúan ninguna otra fuerzas neta externa como podría ser la fricción sobre una superficie horizontal.

SEGUNDA LEY O PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE LA DINÁMICA:

La segunda ley de Newton como se establece más abajo, se aplica en un gran número de fenómenos físicos, pero no es un principio fundamental como lo son las leyes de conservación  Aplica solamente si la fuerza es una fuerza neta externa. No aplica directamente en situaciones donde la masa cambia, ya sea perdiendo o ganando material o si el objeto está viajando cerca de la velocidad de la luz, en cuyo caso deben incluirse los efectos relativistas. Tampoco aplica en escalas muy pequeñas a nivel del átomo, donde debe usarse la mecánica cuántica.

Pruebe a entrar datos en las casillas de abajo. Especificando dos cantidades cualesquiera, puede obtenerse la tercera. Después de introducir los dos valores, pulse sobre la casilla vacía para obtener su valor.

Ilustración sobre la Segunda Ley de Newton

La segunda ley de newton nos permite comparar los resultados que una misma fuerza ejerce sobre diferentes masas.

TERCERA LEY O PRINCIPIO DE LA ACCIÓN- REACCIÓN:

Tercera ley de Newton: Todas las fuerzas en el universo, ocurren en pares (dos) con direcciones opuestas. No hay fuerzas aisladas; para cada fuerza externa que actúa sobre un objeto hay otra fuerza de igual magnitud pero de dirección opuesta, que actua sobre el objeto que ejerce esa fuerza externa. En el caso de fuerzas internas, una fuerza ejercida sobre una parte del sistema, será contrarrestada, por la fuerza de reacción de otra parte del sistema, de modo que un sistema aislado, no puede bajo ningún medio, ejercer ninguna fuerza neta sobre la totalidad del sistema.

Ejemplo sobre la Tercera Ley de Newton

La tercera ley de newton puede ilustrarse identificando los pares de fuerza que aparecen en distintos bloques soportados por pesos de muelles.

4. 

TRABAJO Y ENERGÍA

CONCEPTO DE TRABAJO 

QUE ES:

Es el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la dirección de esta fuerza. Mientras se realiza trabajo sobre el cuerpo, se produce una transferencia de energía al mismo, por lo que puede decirse que el trabajo es energía en movimiento.

DEFINICIÓN:

El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el sistema internacional de medidas .

Por lo tanto. El trabajo es igual al producto de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que existe entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el punto o el objeto que se mueve.

EJEMPLO:Calcular el trabajo de una fuerza constante de 12 N, cuyo punto de aplicación se traslada 7 m, si el ángulo entre las direcciones de la fuerza y del desplazamiento son 0º, 60º, 90º, 135º, 180º

• Si la fuerza y el desplazamiento tienen el mismo sentido, el trabajo es positivo
• Si la fuerza y el desplazamiento tienen sentidos contrarios, el trabajo es negativo
• Si la fuerza es perpendicular al desplazamiento, el trabajo es nulo.

CONCEPTO DE ENERGÍA:

El hombre, desde su existencia, ha necesitado la energía para sobrevivir. Pero… ¿qué es? ¿Por qué tiene tanta importancia la energía? ¿Por qué es importante el ahorro energético?

La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, la energía es la capacidad de hacer funcionar las cosas.

La unidad de medida que utilizamos para cuantificar la energía es el Joule (J).

TIPOS DE ENERGÍA: 

La energía se manifiesta de diferentes maneras, recibiendo así diferentes denominaciones según las acciones y los cambios que puede provocar.

Encontramos los siguientes tipos de energía:

Energía mecánica

La energía mecánica relacionada con la posición y el movimiento del cuerpo, y que se divide en estas dos formas:

• Energía cinética, que se manifiesta cuando los cuerpos se mueven. Es decir, es la energía asociada a la velocidad de cada cuerpo. Se calcula con la fórmula:
  • E c= ½ m • v 2
  • Donde m es la masa (Kg), v la velocidad (m/s) y E c la energía cinética (J=Kg·m 2 /s 2 )
• Energía potencial, que hace referencia a la posición que ocupa una masa en el espacio. Su fórmula es:
  • E p= m • g • h
  • Donde m es la masa (Kg), g la gravedad de la Tierra (9,81 m/s 2 ), h= la altura (m) y E p la energía potencial (J=Kg·m 2 /s 2 ).

La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial de un cuerpo. Su fórmula es:

• E m = E p + E c
• Donde E m es la energía mecánica (J), E p la energía potencial (J) y E c la energía cinética (J).

Energía interna

La energía interna se manifiesta a partir de la temperatura. Cuanto más caliente esté un cuerpo, más energía tendrá.