Fundamentos de Cinemática y Dinámica en Física Clásica

Cinemática: El Estudio del Movimiento

La cinemática es la rama de la Física que estudia los movimientos de los cuerpos sin hacer referencia a sus causas.

Conceptos Fundamentales

• Un sistema de referencia es el conjunto de coordenadas y el punto en el que se cortan, respecto al cual se describe el movimiento.
• La trayectoria es la línea descrita en el espacio por un punto material en movimiento.
• La posición de un punto es una magnitud vectorial definida por una distancia al sistema de referencia en una dirección y sentido.
• El segmento orientado que une dos posiciones de un móvil es el vector desplazamiento.
• El espacio recorrido es la longitud de la trayectoria recorrida por el móvil.

Magnitudes Cinemáticas

• La velocidad media es el cociente entre el espacio recorrido y el tiempo empleado.
• La velocidad instantánea es la velocidad que lleva un cuerpo en un determinado instante o en un punto concreto de su trayectoria.
• La aceleración media es la magnitud que mide el cambio de velocidad por unidad de tiempo.

Tipos de Movimiento

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

Se define por la ecuación: S(t) = S₀ + V · t

Movimiento Rectilíneo Uniforme Acelerado (MRUA)

Se define por las ecuaciones: Vf = V₀ + a · t y S = S₀ + V₀ · t + ½ · a · t²

Movimiento Circular y Magnitudes Angulares

El radián es el valor del ángulo central que comprende un arco cuya longitud es igual que el radio con el que se traza el ángulo. Relación: S = ф · r.

• Velocidad angular: V = ω · r
• Frecuencia (F): F = 1/T
• Periodo (T): T = 1/F

Dinámica: Las Fuerzas y sus Efectos

La fuerza es toda causa capaz de deformar un cuerpo o de modificar su estado de reposo o movimiento. Su unidad en el Sistema Internacional es el Newton (N).

La fuerza se aplica directamente al cuerpo sobre el que actúa. Las fuerzas se ejercen a distancia; estas se pueden clasificar en fuerzas de contacto y fuerzas a distancia.

Medida de Fuerzas

Para medir fuerzas hay que valorar sus efectos, es decir, medir las deformaciones o los cambios de posición que producen las fuerzas sobre los cuerpos.

• Son deformaciones plásticas aquellas deformaciones producidas en los cuerpos, como la plastilina, que no pueden recuperar su forma original cuando se deja de actuar la fuerza.
• En caso contrario, si el cuerpo recupera completamente su forma y volumen iniciales cuando cesa de actuar la fuerza que lo deformaba, la deformación es elástica.
• Los sólidos rígidos son todos aquellos cuerpos que no se deforman cuando actúa una fuerza sobre ellos. Sobre este tipo de cuerpos, los efectos que producen las fuerzas son siempre variaciones en el estado de reposo o de movimiento del cuerpo.