Bloque 2 Movimiento

Establece la diferencia entre cada uno de ellos.   Unidad de competencia Identifica las principales características de los diferentes tipos de movimientos en una y dos dimensiones. Establece la diferencia entre cada uno de ellos.

La cinemática es el estudio de las diferentes clases de movimientos sin atender las causas que lo producen. En física se dice que un cuerpo está en movimiento con respecto a otro cuando su posición respecto a ese cuerpo cambia con el transcurrir del tiempo. Por el contrario, si la posición de un cuerpo con respecto a otro no cambia al transcurrir el tiempo decimos que ese cuerpo está en reposo. Ambos conceptos son relativos.

Un sistema de referencia es cualquier cuerpo o punto que se selecciona para describir la posición o el movimiento de otros cuerpos. Figura 2.3 El chofer está en movimiento cuando su posición, al transcurrir el tiempo, cambia con respecto al árbol.

Una partícula es un cuerpo de dimensiones muy pequeñas que tiene masa Una partícula es un cuerpo de dimensiones muy pequeñas que tiene masa. Un cuerpo puede representarse como una partícula cuando: Sus dimensiones son muy pequeñas en comparación con la distancia recorrida. Tiene un movimiento de traslación, es decir, cada segmento del cuerpo se mantiene paralelo a sí mismo durante su movimiento.

Movimiento rectilíneo La trayectoria es la línea descrita por un cuerpo durante su movimiento. Según la trayectoria, los movimientos se clasifican en: Movimiento rectilíneo Movimiento curvilíneo (circular, elíptico, parabólico) Figura 2.7 La trayectoria del objeto es una línea recta para el piloto que la mira desde el avión, pero una curva para la persona que la mira desde el suelo.

La distancia es la longitud del camino recorrido La distancia es la longitud del camino recorrido. El desplazamiento de un cuerpo indica el cambio de posición del mismo durante su movimiento. Figura 2.12 Para determinar la distancia recorrida por un móvil hay que medir la longitud de la trayectoria.

Figura 2.13 El desplazamiento se representa por un vector cuyo origen coincide con la posición inicial del móvil y su extremo con la posición final.

La rapidez indica qué tan lento o rápido se mueve un cuerpo; es la razón de la distancia recorrida entre el tiempo empleado en recorrerla. La rapidez media es la distancia total recorrida por el móvil dividida por el tiempo empleado en recorrerla.

Rapidez media (aprox.)(km/h) Cuerpo Rapidez media (aprox.)(km/h) Hombre al caminar 5 Hombre al correr 36 Hombre más veloz 45 León 60 Liebre 65 Caballo 70 Pez vela 109 Guepardo 120 Halcón peregrino 300 Auto de carreras 320 Sonido en el agua 1500 Luz en el vacío 108 x 107 Tabla 2.1 Rapidez de algunos cuerpos

La velocidad es el desplazamiento que experimenta un cuerpo por unidad de tiempo. Es una magnitud vectorial que tiene la misma dirección y el mismo sentido que el desplazamiento. La velocidad media es el desplazamiento total de un móvil, entre el intervalo de tiempo que tarda su recorrido. Por su parte, la velocidad instantánea es la razón del desplazamiento, conforme el intervalo de tiempo correspondiente tiende a cero.

Desplazamiento (m) Tiempo (s) Velocidad (m/s) 100 10 50 4.17 12 0.81 12.3 2 0.18 12.5 1 0.08 Tabla 2.1 Velocidad media de un corredor de 100 m a diferentes distancias de la meta

El movimiento más simple que puede tener un objeto es el movimiento rectilíneo uniforme, se caracteriza porque: Su velocidad es constante. El cuerpo en movimiento recorre distancias iguales en tiempos iguales. La velocidad y el desplazamiento tienen la misma dirección y el mismo sentido. La magnitud del desplazamiento coincide con la distancia recorrida. La magnitud de la velocidad coincide con la rapidez.

La pendiente es una medida de inclinación de la línea recta de la gráfica con respecto a la horizontal y se define como el cambio vertical o elevación (cambio en las ordenadas) dividido entre el cambio horizontal (cambio en las absisas) o avance entre dos puntos cualesquiera de la gráfica. Figura 2.22 La botella se encuentra en una banda transportadora que se mueve a velocidad constante.

Figura 2.23 Gráfica distancia-tiempo del movimiento de la botella. Figura 2.25 La gráfica rapidez-tiempo para la botella que se mueve con rapidez constante es paralela al eje del tiempo.

Las gráficas distancia-tiempo y rapidez-tiempo son otra alternativa para describir el movimiento rectilíneo uniforme. También es posible describir el movimiento de la botella mediante una ecuación (fórmula).

En la vida cotidiana la mayoría de los movimientos son más complejos que el movimiento rectilíneo uniforme. Basta observar los automóviles en las calles, la razón de cambio de la velocidad con respecto al tiempo recibe el nombre de aceleración. La aceleración se aplica tanto a los cambios en los valores de velocidad (rapidez) como a los cambios en la dirección y el sentido de la velocidad. Figura 2.28 Cuando el autobús recorre una curva, puede mantener el valor de su rapidez constante; sin embargo, la velocidad no es constante debido a que cambia de dirección a cada instante, es decir, el autobús está acelerado.

Figura 2.29 La velocidad del autobús aumenta con el tiempo. En el movimiento rectilíneo con aceleración constante la magnitud de la velocidad aumenta o disminuye en forma constante, como se aprecia en la siguiente figura. Figura 2.29 La velocidad del autobús aumenta con el tiempo.

Tiempo (s) Velocidad (km/h) (m/s) 2.0 4.0 6.0 8.0 Velocidad (km/h) 20.0 40.0 60.0 80.0 (m/s) 5.55 11.11 16.66 22.22 Tabla 2.6 Velocidad del autobús Figura 2.30 Gráfica aceleración-tiempo del autobús Figura 2.31 Gráfica velocidad-tiempo del autobús

En la gráfica de la figura 2 En la gráfica de la figura 2.31 se observa que la velocidad no es constante, sino directamente proporcional al tiempo que transcurre, o sea que los cambios en la magnitud de la velocidad son los mismos para intervalos de tiempo iguales. También se puede concluir que la pendiente de la curva en cada punto es igual a la magnitud de la aceleración del movimiento.

La velocidad media depende de los valores de las velocidades inicial y final del intervalo de tiempo considerado. Por ello, en un movimiento rectilíneo con aceleración constante la velocidad media es diferente para cada intervalo de tiempo (o distancia recorrida). El ejemplo más común de movimiento rectilíneo uniforme con aceleración constante es la caída libre. Un cuerpo en caída libre es aquel que se mueve a partir del reposo bajo la acción de la gravedad en un lugar en donde la resistencia del aire es despreciable.

Figura 2.37 La caída libre de un balín es tomada mediante fotografía estroboscópica. Las posiciones corresponden a los primeros cinco segundos de caída del balín.

Figura 2.38 Gráfica del desplazamiento (o distancia recorrida) contra el tiempo de la caída libre del balín en ausencia de fricción.

Otro movimiento rectilíneo con aceleración constante es el tiro vertical, que se define como el movimiento vertical ascendente, sometido a la aceleración de la gravedad, en el cual el objeto alcanza su altura máxima cuando la magnitud de su velocidad es cero. Figura 2.41 En el tiro vertical la altura máxima se alcanza cuando v = 0.

En este movimiento de ascenso los desplazamientos y velocidades son en sentidos contrarios a la aceleración de la gravedad, por lo que la velocidad disminuye conforme asciende el cuerpo, por esta razón se dice que el tiro vertical es un movimiento rectilíneo uniforme desacelerado. Figura 2.44 En el tiro horizontal la trayectoria descrita por el objeto es una curva llamada parábola.

Un proyectil es todo cuerpo u objeto que arrojado mediante un impulso continúa en movimiento en virtud de su inercia y de la aceleración de la gravedad.

En los movimientos parabólicos la aceleración es constante y perpendicular a la dirección de la velocidad inicial. Para el caso de objetos que se arrojan cerca de la superficie terrestre, la aceleración a la que están sometidos es la aceleración de la gravedad. Figura 2.45 La aceleración y la velocidad del cuerpo en el tiro horizontal no tienen la misma dirección.

Figura 2.49 La distancia vertical de caída es independiente de cualquier distancia de movimiento horizontal asociada. Las dos esferas tocarán el piso al mismo tiempo.

El tiro oblicuo de un objeto es un movimiento parabólico que se caracteriza porque el móvil se arroja con una velocidad cuya dirección forma un ángulo con la horizontal. Como en el tiro horizontal, en el tiro oblicuo la velocidad y la aceleración del objeto en cada instante no tienen la misma dirección. Figura 2.52 En el tiro oblicuo la trayectoria es parabólica. La velocidad y la aceleración del objeto forman un ángulo entre sí.

El movimiento de rotación es aquel en que cada parte del cuerpo describe una trayectoria circular con respecto a un eje de giro. Figura 2.58 Los puntos A y B de una de las aspas de un ventilador describen las trayectorias circulares con respecto al eje de giro.

El movimiento de rotación más simple es el movimiento circular uniforme (MCU), en el que el móvil recorre arcos y ángulos iguales en tiempos iguales. En un MCU la rapidez lineal del móvil es constante, pero su velocidad lineal (o tangencial) no lo es; ésta es una magnitud vectorial que tiene una magnitud igual a la rapidez lineal. En el MCU la aceleración está dirigida siempre hacia el centro, por lo que se le llama centrípeta.

Figura 2.61 a) La velocidad lineal o tangencial tiene una dirección diferente en cada posición de la trayectoria circular al ser perpendicular al radio de curvatura. b) La velocidad lineal o tangencial representa la velocidad que llevaría un móvil que saliera disparado de la trayectoria circular.

El desplazamiento angular La velocidad angular La aceleración angular Para describir el movimiento circular de un móvil se pueden emplear cantidades angulares: El desplazamiento angular La velocidad angular La aceleración angular Figura 2.67 Movimiento circular uniformemente acelerado. La aceleración angular tiene la misma dirección y sentido que el cambio de velocidad angular. Esta aceleración es perpendicular a la aceleración centrípeta.