Fundamentos de Cinemática: Magnitudes, Movimiento y Ecuaciones Clave
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Fundamentos de Cinemática: Magnitudes Físicas
Magnitudes Escalares y Vectoriales
Las magnitudes físicas se clasifican según la información necesaria para definirlas:
- Magnitudes Escalares: Quedan perfectamente definidas con un valor numérico y la unidad de referencia que le corresponde (ejemplos: longitud, volumen, tiempo).
- Magnitudes Vectoriales: Para definirlas correctamente, además de su valor (módulo), hay que conocer su dirección y sentido (ejemplos: posición, desplazamiento, velocidad).
El Vector
Un vector es un segmento orientado. Sus elementos esenciales son:
- Punto de aplicación: El origen del vector.
- Módulo: Valor numérico de la magnitud representada.
- Dirección: La de la recta en que está situado el segmento y todas sus paralelas.
- Sentido: El que señala la flecha; cada dirección tiene dos sentidos.
Descripción del Movimiento
Conceptos Fundamentales
- Sistema de Referencia (SR): Punto o conjunto de puntos del espacio respecto al cual se describe el movimiento de un cuerpo (generalmente, un punto origen y uno, dos o tres ejes cartesianos).
- Relatividad del Movimiento: Un cuerpo está en movimiento cuando cambia su posición respecto a otro que se toma como referencia. En caso contrario, está en reposo.
- Trayectoria: Es la línea que resulta de unir todas las posiciones que ha ocupado el móvil en su movimiento.
Tipos de Movimiento según la Trayectoria
- Movimiento Rectilíneo (MR): La trayectoria es una línea recta.
- Movimiento Curvilíneo: La trayectoria es una curva (ejemplos: Elíptico, Circular, Parabólico).
Variables Cinemáticas
Posición, Desplazamiento y Distancia
- Posición (S): Lugar donde está el móvil (unidad: metros, m). El vector de posición une el origen con la posición del móvil.
- Desplazamiento (ΔS): Vector que va desde la posición inicial (S0) a la final (S). Se calcula como: ΔS = S - S0 (Unidad: metros, m).
- Distancia Recorrida (d): Longitud medida sobre la trayectoria que ha recorrido el móvil.
Velocidad y Aceleración
- Velocidad (v): Indica la rapidez con que cambia la posición (unidad: m/s).
- Velocidad Media (Vm): Cociente entre el desplazamiento efectuado por un móvil y el tiempo empleado.
- Velocidad Instantánea: Velocidad que tiene un móvil en un instante determinado.
- Aceleración (a): Representa la rapidez con que varía la velocidad (unidad: m/s²). Se calcula como: a = (v - v0) / (t - t0).
Modelos de Movimiento
Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)
Trayectoria rectilínea. La dirección y el valor de la velocidad (v) permanecen constantes.
- Velocidad: V = constante
- Posición: S = S0 + V · t
- Desplazamiento: ΔS = S - S0 = V · t
Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA)
La velocidad cambia de forma constante debido a una aceleración constante.
Caída Libre
Es un caso particular de MRUA donde la aceleración es la de la gravedad ($g$).
Considerando la aceleración de la gravedad:
- Aceleración: a = -9.8 m/s²
- Velocidad: v = v0 - g · t
- Posición: s = S0 + V0 · t - g · t²/2