Cinemática .
La cinemática es la rama de la mecánica que estudia el movimiento de los objetos sin considerar las causas que lo producen o modifican (como fuerzas o momentos). Se ocupa de conceptos como el movimiento de traslación y rotación, el movimiento rectilíneo y uniforme, la velocidad y las leyes fundamentales que describen estos movimientos. Se enfoca en describir trayectorias, velocidades y aceleraciones en función del tiempo. (Ver recursos relacionados)
MOVIMIENTO
Concepto de Movimiento y Observaciones Generales
La mecánica es la ciencia que estudia las formas más simples del movimiento de la materia, el cual consiste en un desplazamiento de los cuerpos o de sus partes respecto a otros cuerpos o partes.
Las bases de la mecánica fueron establecidas por Galileo Galilei (1564–1642) y formuladas definitivamente por Isaac Newton (1642–1727). Más tarde, Leonhard Euler (1707–1783) expresó analíticamente las leyes de la mecánica y contribuyó significativamente a su desarrollo.
La mecánica clásica describe con gran precisión los movimientos de los cuerpos macroscópicos que se desplazan a velocidades bajas en comparación con la velocidad de la luz. Sin embargo, cuando se trata de cuerpos microscópicos (átomos, partículas elementales) o velocidades relativistas, es necesario recurrir a la mecánica cuántica o la teoría de la relatividad de Albert Einstein.
La familiaridad del ser humano con los fenómenos mecánicos llevó al desarrollo inicial de la mecánica newtoniana, que buscaba explicar el mundo exclusivamente con conceptos mecánicos. Sin embargo, avances en la óptica, la electricidad y la termodinámica demostraron la necesidad de considerar otras formas de movimiento de la materia.
Sistemas de Referencia y Relatividad del Movimiento
Para describir el movimiento de un cuerpo, es necesario elegir un sistema de referencia. Este puede estar compuesto por un punto fijo y un conjunto de coordenadas que permitan medir la posición del objeto en estudio.
El movimiento es relativo, es decir, depende del sistema de referencia elegido. Un objeto puede estar en reposo relativo respecto a un sistema de referencia y en movimiento relativo respecto a otro.
Por ejemplo, una persona sentada en un tren en movimiento está en reposo relativo respecto al tren, pero en movimiento relativo respecto a la Tierra.
Ejemplo de Sistemas de Referencia
En la Figura 1, se muestran dos observadores OO y O′O', que estudian el movimiento de una partícula PP. Si ambos están en reposo entre sí, observarán el mismo movimiento de PP. Sin embargo, si OO y O′O' están en movimiento relativo, sus observaciones del movimiento de PP serán diferentes.
Figura 1. Diferentes observadores estudiando el movimiento de una partícula PP. Movimiento de la Luna con Respecto a la Tierra y al Sol
En la Figura 2, se ilustra cómo la trayectoria de la Luna cambia dependiendo del sistema de referencia:
- Desde la Tierra, la Luna parece describir una órbita circular alrededor de la Tierra.
- Desde el Sol, la Luna sigue una trayectoria ondulante debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol.
Figura 2. Trayectoria de la Tierra y la Luna con respecto al Sol.
Definición de Movimiento
De acuerdo con estos conceptos, podemos definir el movimiento como el cambio de posición de un cuerpo respecto a un punto considerado fijo a medida que transcurre el tiempo.
Términos destacados :
Cinemática ( Kinematics )
Mecánica ( Mechanics )
Movimiento ( Motion )
Movimiento de traslación ( Translational motion )
Movimiento de rotación ( Rotational motion )
Movimiento rectilíneo ( Rectilinear motion )
Velocidad ( Velocity )
Aceleración ( Acceleration )
Desplazamiento ( Displacement )
Sistema de referencia ( Reference system )
Relatividad del movimiento ( Motion relativity )
Punto material ( Material point )
Mecánica clásica ( Classical mechanics )
Mecánica cuántica ( Quantum mechanics )
Teoría de la relatividad ( Theory of relativity )
Galileo Galilei ( Galileo Galilei )
Isaac Newton ( Isaac Newton )
Leonhard Euler ( Leonhard Euler )
Albert Einstein ( Albert Einstein )
Órbita ( Orbit )
Trayectoria ( Trajectory )
Observador ( Observer )
Sistema de coordenadas ( Coordinate system )
Movimiento relativo ( Relative motion )
Reposo relativo ( Relative rest )
Punto de referencia ( Reference point )
Movimiento ondulatorio ( Wave motion )
Movimiento planetario ( Planetary motion )
Movimiento rectilíneo uniforme ( Uniform rectilinear motion )
Movimiento circular ( Circular motion )
Supongamos (fig. 3a) que los
ejes OX y OY, perpendiculares, representen dos avenidas fundamentales en el trazado de una ciudad, y que un móvil, situado primitivamente en A, esté, después de cierto tiempo, en B, y posteriormente en C.
| Figura 3a. Idea de movimiento
respecto de dos ejes. |
Figura 3b. Movimiento de un móvil con respecto de un sistema de ejes. |
La posición en A es a 3 cuadras de X y a 2 cuadras de Y; en B, a 4 cuadras de X y a 4 cuadras de Y; en C, a 2 cuadras de X y a 6 cuadras de Y.
Es decir que las posiciones del cuerpo respecto de las avenidas han cambiado con respecto al tiempo transcurrido. Matemáticamente hablando, los ejes OX y OY representan un sistema de ejes cartesianos.
El eje OX se llama eje de las abscisas, y el OY, eje de las ordenadas.
Los valores simultáneos de la posición en A se llaman coordenadas del punto A.
Por ello, diremos que las coordenadas del punto A son (figura 3 b).
X1 = 3 e Y1 = 2;
del punto B,
X2 = 4 e Y2 = 4;
del punto C,
X3 = 2 e Y3 = 6;
o sea que, al cambiar la posición del cuerpo, han variado las coordenadas de esos puntos.
Decimos, entonces, que un punto o un cuerpo está en movimiento, respecto de un sistema de coordemadas considerado fijo, cuando las coordenadas de ese punto varían con respecto al tiempo transcurrido.
Ejemplo. Hallándonos sentados en un medio de transporte, ¿estamos en movimiento o en reposo? Ambas cosas: en movimiento con respecto al paisaje; en reposo con respecto a los puntos del vehículo.
Análogamente, sentados en casa, leyendo, estaremos:
a) En reposo respecto de un punto de la habitación;
b) En movimiento respecto de un punto del cielo (Sol, estrella), ya que giramos con la Tierra.
Con lo cual queda aclarado que el fenómeno dependerá del sistema de coordenadas elegido. |
