La cinemática es la rama de la mecánica clásica que se ocupa del estudio de las
leyes del movimiento de los cuerpos, independientemente y sin tener en cuenta
aquellas causas que lo producen, es decir, la cinemática, se centra y limita a
estudiar la trayectoria de un cuerpo en función del tiempo. Para ello se
toma en consideración la velocidad y aceleración del objeto que se mueve.
miércoles, 21 de noviembre de 2018
Terminología
Los
orígenes de la cinemática se
remontan a la astronomía antigua, cuando astrónomos y filósofos como Galileo
Galilei observaban el movimiento de esferas en planos inclinados y en caída
libre para entender el movimiento de los astros celestes.
Estos estudios, junto a los de Nicolás Copérnico, Tycho Brahe y Johannes Kepler sirvieron de referencia a Isaac Newton para formular sus tres Leyes del movimiento, y todo ello conjuntamente fundó, ya a principios del siglo XVIII, la cinemática moderna.
Estos estudios, junto a los de Nicolás Copérnico, Tycho Brahe y Johannes Kepler sirvieron de referencia a Isaac Newton para formular sus tres Leyes del movimiento, y todo ello conjuntamente fundó, ya a principios del siglo XVIII, la cinemática moderna.
Las contribuciones de los franceses Jean Le Rond d’Alembert,
Leonhard Euler y André-Marie Ampère fueron clave en el establecimiento de esta
disciplina, bautizada por Ampère mismo como cinemática (del
griego kinéin, desplazar, mover).
La muy posterior postulación de la relatividad por
Albert Einstein le daría un vuelco a la disciplina y fundaría la cinemática relativista, en la que el
tiempo y el espacio no son dimensiones absolutas, como sí lo es la velocidad de
la luz.
Para
llevar a cabo su estudio y su propósito, la cinemática utiliza un sistema de
coordenadas que le es muy funcional a la hora de describir las trayectorias de
los cuerpos. El mencionado sistema se denomina Sistema de Referencia y se
manifiesta de la siguiente manera: la velocidad es el ritmo con el cual se
marca el cambio de posición, la aceleración por su lado, es el ritmo con el que
cambia la velocidad, entonces, velocidad y aceleración son las dos principales
cantidades que describirán como cambia la posición de un cuerpo en función del
tiempo.
Elementos básicos
Los elementos básicos de la cinemática son tres:
espacio, tiempo y un móvil.
Debemos tener en consideración que en la mecánica clásica los primeros dos, tiempo y espacio, son dimensiones absolutas, independientes del móvil y previos a su existencia, así como de todos los fenómenos físicos observables.
Debemos tener en consideración que en la mecánica clásica los primeros dos, tiempo y espacio, son dimensiones absolutas, independientes del móvil y previos a su existencia, así como de todos los fenómenos físicos observables.
- · El espacio, así, se representa mediante un espacio euclidiano.
- · El tiempo se considera único en cualquier región del universo.
- Un móvil puede ser un cuerpo cualquiera en movimiento. De hecho, los móviles más simples son las partículas (y su estudio abre el campo de la cinemática de partículas), pero más frecuentemente se le considera un sólido rígido (análogo a un sistema de partículas).
Otros elementos
Sistemas de referencia: Cuando un cuerpo se está
moviendo decimos que su posición está cambiando con respecto a un punto
considerado como fijo. Este sistema de referencia se conoce como absoluto.
Posición: Es
una magnitud vectorial que se mide en unidades de longitud y corresponde al
lugar geométrico- espacial que tiene el cuerpo en un instante dado.
Movimiento: Un
cuerpo se mueve cuando, la posición de la partícula cambia con respecto a un
observador o sistema de referencia.
Trayectoria: Es la línea que une todas
las posiciones barrida por el cuerpo. Se puede clasificar en curvilíneas y
rectilíneas.
Distancia: Corresponde a la longitud de la trayectoria.
También es conocida como camino recorrido. Está dado por la longitud
de la curva que une los puntos A y B. Es una magnitud escalar y se mide en
unidades de longitud.
Desplazamiento: Es una magnitud
vectorial y se mide en unidades de longitud. Corresponde a la resta vectorial
de la posición final de un cuerpo menos la posición inicial. Se obtiene que
mientras más juntos estén el vector posición inicial y final, más exacto será.
Caída libre
El movimiento de caída libre tiene lugar cuando un
cuerpo se mueve libremente bajo la acción de la gravedad de la Tierra.
A finales del
siglo XVI, Galileo comprobó que los cuerpos caen al suelo con un movimiento
rectilíneo uniformemente acelerado y que la aceleración es independiente de su
masa. Por eso, los cuerpos situados a la misma altura caen al suelo con la
misma velocidad y al mismo tiempo, sea cual sea su masa. Si no observamos esto
en algunos casos, como la caída de una hoja de papel, es por la resistencia del
aire. Si estos objetos cayesen en el vacío, todos lo harían con la misma
aceleración.
Posteriormente Isaac Newton
descubrió que la fuerza responsable de la caída libre de los cuerpos es la
fuerza de la gravedad terrestre. Para demostrar la suposición de Galileo,
Newton introdujo en un tubo de vidrio varios objetos de materiales de distinta
densidad.
Después hizo el vacío y lo colocó rápidamente en posición vertical
para que los objetos cayesen en el interior del tubo. Cuando en el interior del
tubo había aire y se realizaba el experimento, al tocar los objetos en el fondo
del tubo se oían tantos golpes como objetos distintos. Debida a esta fuerza
caen con una aceleración de módulo 9,8 m/s2. Esta recibe el nombre
de aceleración de la gravedad (g).
g= 9,8
m/s2
Registros de movimiento
Dentro
de los instrumentos para la medición que se ocupan en la Cinemática son:
El Metro: Normalmente
fabricado de fleje metálico o fibra textil, tiene una escala grabada sobre su
superficie, graduada y numerada, en el sistema métrico las divisiones suelen
ser centímetros o milímetros. Los metros de fleje metálico, enrollables, suelen
tener una longitud entre 2 a 10 metros, normalmente, los de material textil,
suelen ser de mayor longitud de 10 a 50 m.
El
Acelerómetro: Es un sensor que sirve para medir la
fuerza de aceleración, ya sea estática o dinámica, estos sensores son útiles
para medir vibraciones y movimientos en un sistema. Están
compuestos por capas capacitivas internas, ya sea que estén fijas o contengan
unos pequeños resortes, al aplicar una fuerza de aceleración sobre el sensor,
las placas se mueven una a otra, esto ocasiona que la capacitancia entre ellas
cambie .
El Velocímetro: Es un medidor que indica la
velocidad de un vehículo de motor u otro medio de transporte. En los Estados
Unidos se mide en millas por horas y, en la mayor parte de Europa, se usa
kilómetros por hora. De vital importancia para el conductor, el panel de
instrumentos del vehículo donde se encuentra la información más útil del
vehículo, como el medidor de temperatura, el indicador de combustible y el
velocímetro. Este último tiene la importante función de orientar al conductor
sobre la velocidad con la cual él estará conduciendo su vehículo.
Tipos de movimiento
Los
movimientos quedan determinados por la trayectoria y por el módulo de la
velocidad; por tanto, se pueden clasificar de acuerdo a dos criterios:
- Según sea la trayectoria, el movimiento puede ser rectilíneo o curvilíneo. En el movimiento rectilíneo, el vector velocidad tendrá siempre la misma dirección, de la recta. En el curvilíneo el vector velocidad cambia de dirección para ser tangente a la trayectoria en cada instante.
- Según el módulo de la velocidad, el movimiento puede ser uniforme o variado. Si el módulo de la velocidad permanece cnstante, será uniforme; si varía el módulo de la velocidad, el movimiento será variado o acelerado.
MOVIMIENTO
RECTILÍNEO UNIFORME.
Un cuerpo se desplaza a una
velocidad estable V, con aceleración 0 todo el tiempo, en línea recta. Si se
comprueba que, en toda la trayectoria, a tiempos iguales corresponde espacios
iguales, el movimiento es uniforme.
MOVIMIENTO
RECTILÍNEO UNIFORMEMENTE ACELERADO.
Un cuerpo se desplaza a una
velocidad que varía linealmente, dado que su aceleración es constante, conforme
avanza el tiempo. Si
varía el módulo de la velocidad se dice que hay aceleración. La aceleración es
la magnitud que describe cómo de rápido varía la velocidad. Por tanto, es la
variación de la velocidad por la unidad de tiempo. Su unidad en el SI es el m/s2
MOVIMIENTO
CIRCULAR UNIFORME.
Como
su nombre lo indica, es el movimiento que traza círculos perfectos en su
recorrido, manteniendo su velocidad en el tiempo invariable. En este movimiento
el vector velocidad varia constantemente de dirección, y su magnitud o módulo
puede estar variando o permanecer constante (Fig. 5.7). Por tanto, es un
movimiento circular en donde una partícula se pueda mover con rapidez constante
o no, pero su aceleración formará siempre un ángulo recto (90°).
w = a / t
MOVIMIENTO
CIRCULAR UNIFORMEMENTE ACELERADO.
Es el mismo que el rectilíneo uniformemente acelerado,
sólo que en círculos. Se presenta cuando un
móvil con trayectoria circular aumenta o disminuye en cada unidad de su tiempo
de su velocidad angular en forma constante, por lo que la magnitud de su
aceleración angular permanece constante.
MOVIMIENTO
ARMÓNICO SIMPLE.
Se trata de la resultante
combinatoria de diversos movimientos armónicos simples, en direcciones
distintas. Si se proyecta sobre un eje el movimiento de un punto animado de
movimiento circular uniforme, se obtiene sobre el mismo movimiento oscilatorio
armónico de un punto. Proyectando, sobre la recta determinada por las
posiciones extremas de un péndulo el movimiento de este, se obtiene un
movimiento oscilatorio armónico.
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Contenido Multimedia
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martes, 20 de noviembre de 2018
Clasificación
La clasificación de la
Cinemática es:
Dinámica: Estudia
las causas que originan el movimiento de los cuerpos.
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