Conceptos Fundamentales de Cinemática: Desplazamiento, Velocidad y Aceleración

Conceptos Fundamentales del Movimiento

Desplazamiento

El desplazamiento se define como el cambio de posición de una partícula en el espacio (A). Es independiente de la trayectoria que se siga para cambiar de posición. Para determinarlo, se debe conocer la posición inicial $r_i$ y final $r_f$ de la partícula en movimiento.

• El desplazamiento es un vector, que puede ser positivo, negativo o cero.
• En el SI (Sistema Internacional), se mide en metros.
• Se dibuja en el esquema de la figura 2.2.
• En una dimensión y en dos dimensiones, el desplazamiento es: [Fórmula o representación pendiente].

Trayectoria y Distancia

Trayectoria

Es la curva geométrica que describe una partícula en movimiento en el espacio, y se representa por una ecuación de la trayectoria.

• En una dimensión: es una recta $y = ext{constante}$, paralela al eje $x$.
• En dos dimensiones: puede ser una parábola $y = a + bx^2$, una circunferencia, u otra curva.

Distancia

Es la longitud que se ha movido una partícula a lo largo de una trayectoria desde una posición inicial a otra final. Su valor numérico en general no coincide con el valor numérico del desplazamiento, excepto en casos muy particulares.

Tiempo

¿Qué es el tiempo? No es fácil definir físicamente el concepto de tiempo. Es más simple hablar de intervalo de tiempo, que lo podemos definir como la duración de un evento. Si consideramos la posición y sus cambios, podemos decir que el tiempo es lo que tarda una partícula en moverse desde una posición inicial a otra final.

Velocidad y Rapidez

Velocidad Instantánea

La velocidad instantánea, que llamaremos simplemente velocidad, puede ser positiva (negativa) si la partícula se mueve en dirección positiva (negativa) del eje $x$, o cero. En este caso, se dice que la partícula está en reposo.

La velocidad tiene la misma interpretación geométrica que la velocidad media. En la figura 2.4b se ilustra en el gráfico $x/t$ una curva de pendiente positiva, que representa una velocidad positiva.

Rapidez Instantánea

Se define como rapidez instantánea a la magnitud o valor numérico del vector velocidad. Por lo tanto, la rapidez es siempre positiva.

Aceleración

Aceleración Media

Lo normal es que la velocidad de una partícula en movimiento varíe en el transcurso del tiempo; entonces, se dice que la partícula tiene aceleración. Se define la aceleración media como el cambio de velocidad en un intervalo de tiempo.

La aceleración media es un vector. Su unidad de medida en el SI es el resultado de dividir la unidad de medida de velocidad y la unidad de tiempo (m/s²).

Aceleración Instantánea

Es la aceleración $a$ de la partícula en un instante determinado.