Cinemática

Muchos de los fenómenos que captan nuestra atención, ya desde el inicio de nuestra vida, corresponden a la variación de ciertas magnitudes físicas del entorno: sonido, movimiento, etc. Y precisamente, comenzaremos el desarrollo de la física por la mecánica, que estudia una de estas variaciones: el movimiento.

Las leyes que describen los movimientos y las causas que provocan o modifican se suelen tratar separadamente. De las primeras se ocupa la cinemática. Las segundas y su relación con los movimientos son objeto de la dinámica.

Movimiento

¿Qué es un movimiento? Cuando un objeto que estaba situado en un determinado lugar en un momento dado, pasado un tiempo se encuentra en otro punto, decimos que se ha movido. Hablamos también de movimiento si una parte de un cuerpo se desplaza con respecto al resto. En muchos casos, y para simplificar, se considera al objeto —el móvil— como un punto material de tamaño nulo y sin partes móviles entre sí.

Para saber si un móvil ha cambiado de lugar hemos de poder reconocer su posición, referirla a algo que consideremos fijo.  Pero ¿quién nos asegura que un determinado sistema de referencia está fijo? Todo el mundo sabe que el suelo, una montaña, etc., están fijos. Sin embargo, también sabemos que la Tierra se mueve y, con ella, todo lo que contiene.

Así pues, elegiremos un sistema de referencia cualquiera y determinaremos los métodos que permitan relacionar entre sí los resultados obtenidos por distintos observadores situados en diferentes sistemas referenciales.

Tipos de Movimientos

Según como sea el camino que recorre el móvil su trayectoria, un movimiento será rectilíneo, circular, parabólico, etc. Según el ritmo del cambio de posición y la modificación de dicho ritmo con el tiempo —la ley horaria o ecuación del movimiento—, habrá movimientos uniformes, uniformemente acelerados, armónicos, etc.

Magnitudes Cinemáticas

Hay dos magnitudes fundamentales en cinemática:

• La posición de un móvil
• Instante en que éste se encuentra en una determinada posición.

La ecuación del movimiento es la expresión matemática que permite saber dónde está el móvil en cada instante.

No debemos confundir la trayectoria con el vector desplazamiento. Si pretendemos estudiar el movimiento entre dos puntos determinados prescindiendo de los demás, consideraremos sólo el desplazamiento.

En la descripción de un movimiento hay otras magnitudes importantes. Cuando se ha realizado un desplazamiento, nos interesará saber si el móvil ha ido deprisa o despacio. Para saberlo deberemos conocer la velocidad, que medimos a través del cociente entre el desplazamiento y el tiempo empleado, lo cual equivale a decir que la velocidad es el desplazamiento realizado en la unidad de tiempo.

La velocidad así calculada no es más que un promedio y se llama velocidad media. Puede variar según cuál sea el intervalo considerado en un mismo movimiento. Para hallar la velocidad que un móvil lleva en un instante dado —velocidad instantánea— hay que tomar un intervalo de tiempo muy corto alrededor del instante o punto considerado, medir el desplazamiento y calcular la velocidad. Cuanto más corto sea el intervalo que tomemos, más se acercará el valor hallado a la velocidad del móvil en el instante preciso.

Las unidades de la velocidad se deducen de las utilizadas para el espacio y el tiempo, m/s, cm/s, km/h, si bien aún se usan otras, prácticas o tradicionales, como nudo, que corresponde a la velocidad de un barco que recorra una milla náutica en una hora.

Siendo la posición y el desplazamiento magnitudes vectoriales, también lo será la velocidad. Para fijarla se necesita conocer, además de su valor numérico —la rapidez—, la dirección en la que se mueve y el sentido hacia donde se dirige el móvil. El vector velocidad instantánea —o simplemente vector velocidad— es siempre tangente a la trayectoria en el punto considerado.

La rapidez o lentitud con que varía la velocidad también da información sobre el movimiento. La magnitud correspondiente es la aceleración y se mide con el cociente entre la variación de velocidad y el tiempo que tarda en experimentarla. En este caso deberemos distinguir también entre la aceleración media entre dos instantes dados y la aceleración instantánea para un determinado momento. Su unidad en el SI corresponde a una variación de velocidad de 1 m/s en un segundo y se simboliza m/s² (m/s/s, m.s-²). Otras unidades son el cm/s², km/h/s, etc.

Gráficas

Para tener información rápida sobre un movimiento se usan las representaciones gráficas, no solo el dibujo de la trayectoria, sino especialmente las que representan una magnitud en función de otra. Son interesantes las gráficas de la posición y de la velocidad en función del tiempo.

Una representación gráfica proporciona mucha información, cualitativa, de un vistazo.

Fuente:

• Enciclopedia Básica del Estudiante. Tomo 1. Bogotá Colombia 2005.