Conceptos Clave de Cinemática: Fundamentos y Fórmulas Esenciales de Física
Fundamentos de Cinemática y Movimiento
La comprensión de la cinemática es esencial para estudiar cómo se mueven los cuerpos en la física clásica. A continuación, se presentan los conceptos fundamentales organizados por principios y tipos de movimiento:
Conceptos Básicos del Movimiento
- La variación del vector posición que una partícula experimenta en un intervalo de tiempo se denomina desplazamiento.
- El vector desplazamiento es independiente de la trayectoria que siga la partícula en su movimiento.
- La distancia recorrida por una partícula es mayor o igual al módulo del desplazamiento que experimenta al moverse de una posición a otra.
- La distancia recorrida por una partícula es igual al módulo del desplazamiento, siempre que la trayectoria sea recta y no existan cambios en el sentido del movimiento.
- Si una partícula inicia su movimiento en el punto P, y luego de un intervalo de tiempo $\Delta t$, regresa a la misma posición, el vector velocidad media (vm) es nulo.
- El vector velocidad instantánea tiene la dirección tangencial a la trayectoria en el punto de estudio.
- Cuando un objeto cae libremente desde una posición de reposo, la aceleración al finalizar el sexto segundo es $-9,8\text{ m/s}^2$.
- La rapidez instantánea es igual al módulo del vector velocidad.
- Si una partícula se mueve con velocidad (v) constante, su aceleración es igual a 0.
Aceleración Tangencial y Centrípeta
- Si al moverse una partícula, cambia el valor del módulo de su velocidad, se genera una aceleración tangencial; y si únicamente cambia la dirección, se genera una aceleración centrípeta.
- Un movimiento curvilíneo es siempre acelerado porque al menos existe la aceleración centrípeta, puesto que la velocidad cambia al menos en dirección.
- Cuando se lanza un objeto verticalmente hacia arriba, la rapidez disminuye en $9,8\text{ m/s}^2$ en cada segundo mientras asciende.
Movimiento Rectilíneo
- En el movimiento rectilíneo uniforme la velocidad es constante y la aceleración es nula.
- Si una partícula se desplaza por una trayectoria rectilínea, su aceleración normal es nula puesto que la velocidad no cambia de dirección.
- Para una partícula que se desplaza sobre una trayectoria rectilínea:
- a) En el gráfico componente de la posición en función del tiempo, la tangente en cada punto representa el valor de velocidad instantánea.
- b) En el gráfico componente de la velocidad en función del tiempo, la tangente en cada punto representa el valor de aceleración; y el área bajo la curva representa el módulo del desplazamiento, si se realiza la suma algebraica de las áreas, o la distancia recorrida, si se considera la suma de los valores absolutos de las áreas en un cierto intervalo de tiempo.
- c) En el gráfico componente de la velocidad en función del tiempo, si esta cambia de signo en algún tiempo (t), significa que en ese instante la partícula cambia o varía su sentido de movimiento.
- Si en un movimiento rectilíneo, el módulo de la velocidad cambia valores iguales en intervalos de tiempo iguales, el movimiento es uniformemente variado.
Movimiento Parabólico y de Proyectiles
- El movimiento parabólico es un movimiento curvilíneo con aceleración constante.
- En un movimiento parabólico, el módulo de la velocidad es igual al módulo de la aceleración en X cuando la partícula se encuentra en el punto de altura máxima, en el cual tiene una dirección perpendicular a la aceleración total, que es además en ese instante igual a la aceleración centrípeta.
- Al lanzarse un proyectil, mientras asciende, la velocidad y la gravedad forman un ángulo en el punto de máxima altura que son perpendiculares, y al descender forman un ángulo agudo.
- Al movimiento de proyectiles se lo considera un movimiento compuesto, formado por un movimiento rectilíneo uniforme en el eje horizontal x, y un movimiento rectilíneo uniformemente variado en el eje vertical y, y donde además, la aceleración total es la gravedad.
- En el lanzamiento de un proyectil, cuando este pasa por un mismo nivel al ascender o al descender tiene igual valor modular de la velocidad.
- Cuando el ángulo de lanzamiento (de elevación) de un proyectil es de $45^{\circ}$, el alcance es máximo.
- Para ángulos de lanzamiento (de elevación) cuyos valores son complementarios, los alcances son iguales.
Movimiento Circular
- Si una partícula en un movimiento circular recorre arcos iguales en tiempos iguales, el movimiento es circular uniforme.