miércoles, 21 de noviembre de 2018

Concepto

   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. 

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.

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.
  • ·        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.

Velocidad: Es una magnitud de tipo vectorial, que se mide en unidades de longitud dividida en unidades de tiempo, son ejemplos de unidades de medidas km/hr, m/s, cm/s..etc

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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https://youtu.be/RtBwfJW8og0

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martes, 20 de noviembre de 2018

Clasificación

La clasificación de la Cinemática es:
Mecánica: Rama de la física que estudia los movimientos y estados en que se encuentran los cuerpos.

Dinámica: Estudia las causas que originan el movimiento de los cuerpos.