Fundamentos de Cinemática: Diferencias Clave entre Distancia, Desplazamiento, Rapidez y Velocidad

Conceptos Fundamentales de Cinemática: Distancia, Desplazamiento y Velocidad

A continuación, se presentan respuestas detalladas a preguntas clave sobre los conceptos básicos de la cinemática, enfocándose en la diferencia entre magnitudes escalares y vectoriales.

1. ¿Qué es mayor: la distancia recorrida o la magnitud del desplazamiento?

En general, la distancia recorrida es más extensa o igual que la magnitud del desplazamiento.

La distancia recorrida es una medición escalar que suma todos los puntos de una trayectoria. En cambio, la magnitud del desplazamiento es un trazo recto (la longitud del vector) entre el punto de partida y el punto de llegada de un trayecto.

Ejemplo práctico: Atleta en una pista

• Si un atleta corre en una pista atlética, al cabo de una vuelta, recorrerá una distancia de aproximadamente 400 metros.
• Sin embargo, si regresa al punto de partida, su desplazamiento será 0 m.

Nota: Para esta respuesta solo se ha considerado la magnitud del desplazamiento, sin abordar completamente su carácter vectorial.

2. Supuestos y precisión de las predicciones físicas

Cuando se realizan cálculos cinemáticos simples, se suele suponer que los objetos se mueven en línea recta y con rapidez uniforme. Esta rapidez constante sería la rapidez media que se obtiene para todo el trayecto que hace un vehículo.

El rol de las predicciones en la Física

Las predicciones (resultados obtenidos al aplicar ecuaciones o fórmulas físicas) son aproximaciones, pero en general son bastante buenas y permiten una excelente aproximación a lo que sucede realmente.

Ejemplo de predicción:

Si un automóvil recorre la distancia entre Santiago y Concepción a una rapidez media de 100 km/h, se puede predecir que tardará poco menos de una hora en llegar a Rancagua (partiendo desde Santiago). Esto se obtiene usando la ecuación fundamental de la cinemática:

$$v = d/t$$

Despejando el tiempo:

$$t = d/v$$

3. Tipos de trayectoria según el lanzamiento

La trayectoria de un objeto lanzado depende de la dirección inicial:

• Trayectoria rectilínea: Si el objeto se lanza en forma estrictamente vertical (hacia arriba o hacia abajo).
• Trayectoria parabólica: En cualquier otro tipo de lanzamiento (lanzamiento de proyectiles).

4. Conservación de la distancia de separación

Si dos objetos mantienen una distancia de separación constante mientras se mueven, deben ir a la misma velocidad (mismo módulo y misma dirección). Si uno fuera más rápido que el otro, no podrían conservar dicha distancia.

5. ¿Puede la velocidad ser cero y la rapidez diferente de cero?

Por supuesto. Esta es la diferencia fundamental entre estas dos magnitudes:

• La rapidez es un escalar que se obtiene del cociente: distancia dividida por tiempo.
• La velocidad es un vector que se obtiene de dividir: desplazamiento por tiempo.

Retomando el ejemplo del atleta (pregunta 1):

El atleta recorrió una distancia de 400 m, pero su desplazamiento fue 0 m. Dado que el tiempo empleado es diferente de cero (t ≠ 0 s), se obtiene:

Rapidez = 400 m / t (Rapidez ≠ 0)

Velocidad = 0 m / t (Velocidad = 0)

Por lo tanto, es posible tener un caso donde la velocidad es cero y la rapidez es diferente de cero.