Cinemática de la partícula: movimiento, velocidad y aceleración en traslación

Cinemática de la partícula: movimiento, velocidad y aceleración

La cinemática de la partícula estudia el movimiento de traslación de un cuerpo sin especificar las causas que producen dicho movimiento. El estudio del movimiento de traslación de un cuerpo se puede reducir al del movimiento de una partícula cuando las dimensiones del cuerpo son despreciables respecto a las dimensiones de las magnitudes que intervienen en el experimento.

Conceptos involucrados

Los conceptos involucrados en este experimento son:

• Sistema de referencia: sistema respecto al cual se especifica la posición de los puntos.
• Movimiento: cambio de la posición de la partícula a medida que transcurre el tiempo.
• Trayectoria: curva que sigue la partícula en el espacio al moverse.
• Itinerario: especificación de las coordenadas en función del tiempo.
• Velocidad media: desplazamiento en un intervalo de tiempo dividido por el intervalo de tiempo.
• Velocidad instantánea: desplazamiento en un intervalo de tiempo infinitesimal dividido por el intervalo de tiempo (derivada de la posición respecto del tiempo).
• Gráficos: posición, rapidez y aceleración como funciones del tiempo.

Clasificación del movimiento

Dos características importantes del movimiento permiten clasificarlo:

• Rectilíneo o curvilíneo: según la trayectoria sea una línea recta o no.
• Velocidad constante o variable: según la velocidad permanezca constante o no.

Como podrá comprender, existen cuatro posibilidades. Así hay movimientos rectilíneos con rapidez constante o variable, e igualmente ocurre con los movimientos curvilíneos.

Relación entre aceleración y trayectoria

Si la velocidad es constante, es decir cuando la aceleración es nula, entonces necesariamente el movimiento es rectilíneo. Si la aceleración es distinta de cero, lo que indica variación de velocidad, la trayectoria puede ser curvilínea o rectilínea.

Movimiento rectilíneo con velocidad constante

Movimiento rectilíneo con velocidad constante. Su ecuación del itinerario queda expresada por [ecuación], donde x(0) es la posición inicial y v_x(0) es la velocidad.

Movimiento rectilíneo con aceleración constante

Movimiento rectilíneo con aceleración constante. Su itinerario queda expresado por [ecuación], donde a_x es la aceleración. Además, la velocidad varía según [ecuación].

Movimiento curvilíneo en un plano con aceleración constante

Movimiento curvilíneo en un plano con aceleración constante. Aquí, su itinerario está expresado por [ecuación], que constituyen las ecuaciones paramétricas de la trayectoria en el plano. Se trata de un movimiento uniformemente acelerado y las componentes de la velocidad en este movimiento son:

(a continuación se suelen presentar las componentes de la velocidad en función del tiempo)