Fundamentos de Cinemática y Elasticidad: Conceptos Clave de la Física
Cinemática: El Estudio del Movimiento
El movimiento es el cambio de posición que experimenta un cuerpo a lo largo del tiempo.
El movimiento es relativo, ya que su descripción depende del observador y del sistema de referencia elegido.
Clasificación de los movimientos por el sistema de referencia
- Absoluto: El origen del sistema de referencia está en reposo.
- Relativo: El origen del sistema de referencia está en movimiento.
Conceptos Fundamentales del Movimiento
- Trayectoria: Es el camino que recorre el cuerpo.
- Desplazamiento: Es la línea recta (vector) que une la posición inicial con la posición final.
Rapidez Media
La rapidez media es una medida escalar que indica qué tan rápido se mueve un cuerpo. Es el cociente entre la distancia recorrida y el intervalo de tiempo empleado en recorrer dicha distancia.
Rapidez = ----------------------- V = ---
Donde d es la distancia recorrida y t es el tiempo empleado.
Velocidad Media
La velocidad media es una medida vectorial que indica qué tan aprisa, en qué dirección y sentido se mueve un objeto. La velocidad es el cociente entre el desplazamiento (vector) y el intervalo de tiempo correspondiente. Es una magnitud vectorial.
Velocidad = --------------------
Propiedades Elásticas de la Materia y Colisiones
Definiciones de Cuerpos
- Cuerpo Elástico: Material que regresa a su forma original después de ser deformado.
- Cuerpo Inelástico: Material que no regresa a su forma original (sufre deformación permanente).
Colisiones
- En una colisión elástica, la energía cinética total se conserva. La deformación en la colisión se restaura por completo.
- En una colisión inelástica, se pierde energía cinética (se transforma en otras formas de energía, como calor o sonido) y la deformación puede ser permanente.
Un resorte es un ejemplo clásico de un cuerpo elástico que se puede deformar al estirarse o comprimirse.
Ley de Hooke
Cuando un resorte se estira o comprime, actúa una fuerza restauradora ($F$) que es directamente proporcional al desplazamiento ($x$) y se opone a este.
La expresión matemática de la Ley de Hooke es:
F = -KX
Donde $K$ es la constante de resorte, una propiedad intrínseca del material.
La constante de resorte $K$ se define como:
F
K = ----
XLa deformación y la fuerza necesaria para producirla son directamente proporcionales mientras la deformación no sea excesiva (es decir, mientras no se exceda el límite elástico).
Tipos de Esfuerzo
El esfuerzo es la fuerza interna por unidad de área que resiste la deformación.
- Esfuerzo de Tensión: Ocurre cuando fuerzas iguales y opuestas se dirigen alejándose mutuamente (estiramiento).
- Esfuerzo de Compresión: Ocurre cuando fuerzas iguales y opuestas se dirigen una hacia la otra (aplastamiento).