Fundamentos de Cinemática: Conceptos Clave del Movimiento de Partículas

Movimiento de una Partícula

El **movimiento** es un fenómeno físico que se define como todo **cambio de posición** que experimentan los cuerpos en el espacio, con respecto al tiempo y a un punto de referencia. Este cambio implica la variación de la distancia de dicho cuerpo con respecto a ese punto de referencia y la descripción de una **trayectoria**. Se dice que una partícula se mueve cuando ocupa posiciones diferentes en el tiempo con respecto a un **sistema de referencia** o punto fijo.

Sistema de Referencia y su Clasificación

El **sistema de referencia** es el punto considerado fijo, cuya ubicación se conoce con exactitud, a partir del cual el móvil o la partícula cambia de posición.

Clasificación del Movimiento según el Sistema de Referencia

• **Movimiento Absoluto:** Es el que posee un móvil con respecto a un sistema de referencia fijo.
• **Movimiento Relativo:** Es el que realiza un móvil con respecto a un sistema de referencia que, a su vez, se mueve. (Nota: Todos los movimientos son inherentemente relativos, ya que todo en nuestro cosmos se mueve).

Trayectoria y su Clasificación

La **trayectoria** es la línea o el conjunto de posiciones sucesivas que ocupa la partícula o el punto en su movimiento.

Tipos de Trayectoria

• **Rectilíneo:** Si la línea descrita es recta.
• **Curvilíneo:** Si la trayectoria es una curva (ejemplos: circulares, parabólicas, elípticas, helicoidales).

Aceleración y Clasificación del Movimiento

La **aceleración** ocurre cuando varía la magnitud o la dirección de la **velocidad** de una partícula con el tiempo.

Clasificación según la Aceleración

• **Movimiento Uniforme:** Si la velocidad no varía, es decir, la aceleración es nula (a = 0).
• **Movimiento Acelerado:** Si varía la magnitud o la dirección de la velocidad. Si la aceleración es constante, se denomina **Movimiento Uniformemente Acelerado (MUA)**.

Elementos Fundamentales del Movimiento

1. **Partícula** (o móvil)
2. **Trayectoria**
3. **Sistema de Referencia**
4. **Desplazamiento:** Vector que va dirigido desde el punto donde inicia el movimiento hasta el punto donde finaliza.
5. **Distancia Recorrida:** Magnitud escalar representada por la longitud medida sobre la trayectoria.

Vectores y Magnitudes Asociadas

• **Vector Posición:** Vector que une el origen del sistema de coordenadas con el punto donde está ubicado el objeto a estudiar.
• **Vector Desplazamiento:** Vector que va dirigido desde la posición inicial hasta la posición final.
• **Distancia:** Longitud que se mide sobre la trayectoria. Es una magnitud escalar.

¿Cuándo coinciden el Vector Desplazamiento y la Trayectoria?

Coinciden cuando la trayectoria es una **línea recta**.

Velocidad Media y Rapidez Media

• **Velocidad Media (VM):** Se define como la razón entre el **vector desplazamiento** y el intervalo de tiempo correspondiente. Es una magnitud vectorial.
• **Rapidez Media (RM):** Es la relación que existe entre la **distancia recorrida** (magnitud escalar) y el tiempo transcurrido, considerando la distancia total recorrida en lugar del desplazamiento.

Velocidad Instantánea y Rapidez Instantánea

• **Velocidad Instantánea (VI):** Es la razón entre el desplazamiento y el intervalo de tiempo correspondiente, cuando este intervalo **tiende a cero** (concepto de límite o derivada).
• **Rapidez Instantánea (RI):** Es la **magnitud** (módulo) del vector velocidad instantánea.

Interpretación Gráfica del Movimiento

Gráfica Posición-Tiempo (X, T)

La **pendiente** de la recta en una gráfica de Posición-Tiempo (X, T) para un Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) representa el valor de la **rapidez** (o velocidad constante).

Significado físico de una recta paralela al eje del tiempo en (X, T)

Una recta paralela al eje del tiempo en una gráfica (X, T) significa que el móvil tiene una **rapidez nula**; es decir, el móvil está **detenido**.

Gráfica Velocidad-Tiempo (V, T)

Significado físico de una recta paralela al eje del tiempo en (V, T)

En una gráfica (V, T), una recta paralela al eje del tiempo indica que la **velocidad permanece constante** a través del recorrido (MRU).

Cálculo de la Distancia Recorrida en (V, T)

La distancia recorrida se calcula determinando el **valor numérico del área** bajo la curva (o figura) formada en la gráfica Velocidad-Tiempo (V, T).