Fundamentos de Física: Conceptos Clave y Cinemática del Movimiento
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Definiciones Fundamentales
Ciencia: Estudio de las relaciones existentes en el mundo físico, sin considerar necesariamente cómo pueden afectar a la civilización.
Física: Ciencia que estudia los cuerpos, sus leyes y propiedades, siempre que su composición química no cambie durante el fenómeno estudiado.
Cuerpo rígido: Un cuerpo se considera rígido si la distancia entre dos puntos cualesquiera de él permanece constante.
Lenguaje descriptivo: Al describir una observación, si se indica una característica, la descripción es cualitativa. Si se indica una medida, es cuantitativa.
Sistema de Referencia
Siempre es necesario indicar la posición del observador con relación a otros cuerpos, que denominamos sistema de referencia. En física, se utilizan comúnmente como sistemas de referencia los ejes coordenados (bidimensionales o tridimensionales).
Estructura Conceptual de la Física
Objetivo de las Ciencias
Metodizar los conocimientos y llegar a comprender las causas de los fenómenos y hechos que observamos en la naturaleza o que provocamos en el laboratorio.
Tipos de Ciencias
Ciencias de Observación
Son aquellas que estudian fenómenos naturales en los que el ser humano casi no puede intervenir para alterar su desarrollo. Se limitan principalmente a observar lo que sucede.
Ciencias Experimentales
Son aquellas en las que, para su estudio, se pueden modificar las condiciones en las que ocurren los fenómenos, generalmente mediante experimentos controlados en un laboratorio (como en la física y la química).
Pasos del Método Científico
- Observación: Consiste en examinar atentamente cómo ocurren los fenómenos.
- Experimentación: Consiste en variar las circunstancias que intervienen en un fenómeno para establecer la relación entre causa y efecto.
- Hipótesis: Es la suposición o explicación provisional que se propone para un fenómeno observado.
- Ley: Enunciado que describe de manera concisa y general cómo se comportan ciertos agentes o fenómenos de la naturaleza bajo condiciones específicas.
- Teoría: Explicación amplia y bien fundamentada de algún aspecto del mundo natural, basada en un conjunto de hipótesis comprobadas repetidamente a través de la experimentación y la observación.
Cinemática
Parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las causas (fuerzas) que lo originan o modifican.
Conceptos Fundamentales de Cinemática
- Movimiento: Cambio de posición de un cuerpo a lo largo del tiempo con respecto a un sistema de referencia considerado fijo.
- Móvil: Todo cuerpo que se encuentra en movimiento.
- Trayectoria: Es la línea geométrica que describe un cuerpo durante su movimiento.
- Desplazamiento: Magnitud vectorial que se define como el cambio de posición de un móvil entre un punto inicial y un punto final. Es un vector que une la posición inicial con la final.
- Distancia recorrida: Magnitud escalar que se define como la longitud total de la trayectoria seguida por el móvil.
- Velocidad: Magnitud vectorial que se define como el desplazamiento realizado por un cuerpo por unidad de tiempo. Indica qué tan rápido cambia la posición y en qué dirección. Fórmula básica:
v = Δx / Δt(donde Δx es el desplazamiento y Δt es el intervalo de tiempo). - Rapidez: Magnitud escalar que se define como el cociente entre la distancia total recorrida por un móvil y el tiempo empleado en recorrerla. Fórmula básica:
rapidez = distancia / tiempo. - Velocidad instantánea: Velocidad que posee un móvil en un instante específico de tiempo o en un punto determinado de su trayectoria. Matemáticamente, es el límite de la velocidad media cuando el intervalo de tiempo tiende a cero:
v_inst = lim (Δt→0) Δx / Δt. - Velocidad media: Cociente entre el desplazamiento total realizado por el móvil y el intervalo de tiempo total empleado. Fórmula:
v_media = Desplazamiento total / Tiempo total = Δx_total / Δt_total.
Clasificación del Movimiento según su Trayectoria
Movimiento Rectilíneo
Es aquel movimiento cuya trayectoria es una línea recta.
Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)
Es un tipo de movimiento rectilíneo en el cual el móvil recorre distancias iguales en intervalos de tiempo iguales. Esto significa que su velocidad es constante (tanto en magnitud como en dirección) y, por lo tanto, su aceleración es nula.
Definición de Aceleración: Es la magnitud vectorial que indica el cambio de velocidad que experimenta un móvil por cada unidad de tiempo.