Cinemática y los tipos de movimiento

¿Que es la cinemática?

Proviene del griego (kineo) movimiento y es la rama de la física que estudia las leyes del movimiento de los objetos sólidos sin considerar las causas que lo originan (las fuerzas) y se limita, principalmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo. Para ello utiliza la velocidad y la aceleración, que son las dos principales magnitudes que describen cómo cambia la posición en función del tiempo. La velocidad se determina como el cociente entre el desplazamiento y el tiempo utilizado, mientras que la aceleración es el cociente entre el cambio de velocidad y el tiempo utilizado.

Conceptos de movimiento

• Distancia 

La distancia es la magnitud del desplazamiento de un objeto sin indicar la dirección en la que se dirige, esta magnitud es una magnitud escalar porque si recordamos en una magnitud escalar solo se presenta la cantidad y su respectiva unidad, no se contempla un sentido y una dirección.

• Desplazamiento 

Es solo el cambio de posición de un cuerpo, a medida que cambie de posición, el desplazamiento se define por la diferencia entre la posición final y la posición inicial del cuerpo

• Rapidez 

Es una magnitud escalar que relaciona la distancia recorrida con el tiempo.

• Velocidad 

Es una magnitud vectorial que relaciona el cambio de posición (o desplazamiento) con el tiempo.

• Aceleración 

Es el cambio de le velocidad, si aumenta es positiva y si disminuye es negativa.

Movimiento rectilíneo 

Es aquél cuya trayectoria es una línea recta.

En la recta situamos un origen O, donde estará un observador que medirá la posición del móvil x en el instante t. Las posiciones serán positivas si el móvil está a la derecha del origen y negativas si está a la izquierda del origen.

Movimiento rectilíneo uniforme

Movimiento de trayectoria rectilínea con una velocidad constante.

Formula:    v=velocidad         d=distancia        t=tiempo

Ejercicios de MRU

Movimiento rectilíneo uniformente variado

Este movimiento a diferencia del MRU se desplaza sobre una trayectoria estando sometido a una aceleración constante. 

Formulas Vf= velocidad final  Vo=velocidad inicial  d=distancia  a=aceleración  t=tiempo

Ejercicios de MRUV

Caída libre y tiro vertical 

El tiro vertical es el movimiento hacia arriba el cual siempre lleva una velocidad inicial la cual va disminuyendo hasta llegar a cero donde se detiene donde posteriormente empieza bajar hasta ser detenido a este movimiento se llama caída libre.

Formulas g=aceleración de la gravedad  t=tiempo  y=altura  Vi=velocidad inicial  

Ejercicios de caída libre

Movimiento de proyectiles 

Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme.

Puede ser analizado como la composición de dos movimientos rectilíneos: un movimiento rectilíneo uniforme horizontal y un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado vertical.

Formulas

Ejercicios de tiro de proyectiles

Movimiento Circulas
Se define movimiento circular como aquél cuya trayectoria es una circunferencia.

Conceptos

• Eje: punto fijo en el centro de la circunferencia por la que gira el cuerpo. 
• Radio: distancia a la que gira el punto P sobre el eje O (en nuestro caso r). 
• Posición: punto P en el que se encuentra la partícula. 
• Velocidad angular: define la variación angular por unidad de tiempo (ω) 
• Velocidad tangencial: es el módulo de la velocidad en cualquier punto del giro y viene definido como el recorrido, en unidades de longitud, que describe P por unidad de tiempo (vt). 
• Aceleración angular: es el incremento de velocidad angular por unidad de tiempo (α). 
• Aceleración tangencial: se define como el incremento de velocidad lineal por unidad de tiempo (at). 
• Aceleración centrípeta: componente que va dirigida hacia el centro de la circunferencia. Representa el cambio de dirección del vector velocidad (acen). 
• Período: tiempo T que tarda la partícula en dar una vuelta al círculo. 
• Frecuencia: número de vueltas f que recorre la partícula en una unidad de tiempo. Se expresa en ciclos/seg o hertzios.

Formulas

Ejercicios de movimiento circular

Que es la física y su historia, magnitudes y cantidades escalares y vectoriales

Primer parcial

La física (del griego, «naturaleza») actualmente se entiende como la ciencia de la naturaleza o fenómenos materiales. Estudia las propiedades de la materia, la energía, el tiempo, el espacio y sus interacciones (fuerza). La física estudia por lo tanto un amplio rango de campos y fenómenos naturales, desde las partículas subatómicas hasta la formación y evolución del Universo así como multitud de fenómenos naturales cotidianos, caracterizados por cierta geometría o topología y cierta evolución temporal y cuantificados mediante magnitudes físicas como la energía.

Clasificación de la física 

La Física clásica se encarga del estudio de aquellos fenómenos que ocurren a una velocidad relativamente pequeña comparada con la velocidad de la luz en el vacío y cuyas escalas espaciales son muy superiores al tamaño de átomos y moléculas.

La Física moderna se encarga de los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a ella o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o inferiores y fue desarrollada en los inicios del siglo XX.

Historia de la física

Desde la antigüedad las personas han tratado de comprender la naturaleza y los fenómenos que en ella se observan: el paso de las estaciones, el movimiento de los cuerpos y de los astros, etc. Las primeras explicaciones se basaron en consideraciones filosóficas y sin realizar verificaciones experimentales, concepto este inexistente en aquel entonces. Por tal motivo algunas interpretaciones "falsas", como la hecha por Ptolomeo - "La Tierra está en el centro del Universo y alrededor de ella giran los astros" - perduraron cientos de años.

En el Siglo XVI Galileo fue pionero en el uso de experimentos para validar las teorías de la física. Se interesó en el movimiento de los astros y de los cuerpos. Usando el plano inclinado descubrió la ley de la inercia de la dinámica y con el telescopio observó que Júpiter tenía satélites girando a su alrededor.

En el Siglo XVII Newton (1687) formuló las leyes clásicas de la dinámica (Leyes de Newton) y la Ley de la gravitación universal de Newton.

A partir del Siglo XVIII se produce el desarrollo de otras disciplinas tales como la termodinámica, la mecánica estadística y la física de fluidos.

En el Siglo XIX se producen avances fundamentales en electricidad y magnetismo. En 1855 Maxwell unificó ambos fenómenos y las respectivas teorías vigentes hasta entonces en la Teoría del electromagnetismo, descrita a través de las Ecuaciones de Maxwell. Una de las predicciones de esta teoría es que la luz es una onda electromagnética. A finales de este siglo se producen los primeros descubrimientos sobre radiactividad dando comienzo el campo de la física nuclear. En 1897 Thomson descubrió el electrón.

          Durante el Siglo XX la Física se desarrolló plenamente:

En 1904 se propuso el primer modelo del átomo.

En 1905 Einstein formuló la Teoría de la Relatividad especial, la cual coincide con las Leyes de Newton cuando los fenómenos se desarrollan a velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz. 

En 1915 Einstein extendió la Teoría de la Relatividad especial formulando la Teoría de la Relatividad general, la cual sustituye a la Ley de gravitación de Newton y la comprende en los casos de masas pequeñas. Planck, Einstein, Bohr y otros desarrollaron la Teoría cuántica a fin de explicar resultados experimentales anómalos sobre la radiación de los cuerpos. 

 

En 1911 Rutherford dedujo la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente a partir de experiencias de dispersión de partículas. 

En 1925 Heisenberg y en 1926 Schrödinger y Dirac formularon la Mecánica cuántica, la cual comprende las teorías cuánticas precedentes y suministra las herramientas teóricas para la Física de la materia condensada. Posteriormente se formuló la Teoría cuántica de campos para extender la Mecánica cuántica de manera consistente con la Teoría de la Relatividad especial, alcanzando su forma moderna a finales de los 40 gracias al trabajo de Feynman, Schwinger, Tomonaga y Dyson, quienes formularon la Teoría de la Electrodinámica cuántica. Asimismo, esta teoría suministró las bases para el desarrollo de la Física de partículas. 

En 1954 Yang y Mills desarrollaron las bases del Modelo estándar. Este modelo se completó en los años 70 y con él fue posible predecir las propiedades de partículas no observadas previamente pero que fueron descubiertas sucesivamente siendo la última de ellas el quark top. En la actualidad el modelo estándar describe todas las partículas elementales observadas así como la naturaleza de su interacción.

Magnitudes  

En Física, se llaman magnitudes a aquellas propiedades que pueden medirse y expresar su resultado mediante un número y una unidad. Son magnitudes las longitud, la masa, el volumen, distancia, la cantidad de sustancia, el voltaje, etc.

Conversiones

 

Magnitudes escalares y vectoriales

Escalares:cantidades que solo tienen magnitud

Vectoriales:Cantidades que tienen magnitud, dirección y sentido.