CINEMTÁICA Bueno Quichimbo Manuel Alberto UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE ESPE
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RESUMEN Se entiende que la cinemática es un sub-campo de la mecánica que estudia en si el movimiento y no las causas que lo producen, también este sub-campo es conocido como la geometría del movimiento ya que utilizamos sistemas de referencia para graficar en si el movimiento en determinado tiempo, ya que a través de ello podemos analizar que aceleración, distancia velocidad, que tuvo una partícula en un determinado intervalo de tiempo. Palabras clave: física, magnitudes, cinemática, trayectoria, desplazamiento, posición.
INTRODUCCIÒN Desde inicios de la historia de la humanidad, el hombre ha intentado explicar fenómenos dividiendo esas investigaciones investigaciones en campos o también denominados ciencias, y uno de ellas es la física, la cual intenta explicar los fenómenos f enómenos no cambiantes de la naturaleza. La física es un campo muy importante ya que se utiliza en diferentes campos como Astrofísica - Dinámica de fluidos - Física atómica - Física computacional - Física Electrónica, etc.
DESARROLLO La física es la ciencia que trata de explicar los fenómenos no cambiantes de la naturaleza, fenómenos que se resuelven a partir de la observación, deduciendo hipótesis y por consiguiente la experimentación la misma que comprueba la hipótesis; para el análisis de estos fenómenos. Para el análisis de estos fenómenos f enómenos se utilizan lo que conocemos como magnitudes físicas, de todas las magnitudes que podemos utilizar para analizar fenómenos físicos, resulta que no a todas a esas magnitudes las podemos calificar como magnitudes físicas, para ello se debe de analizar que esa magnitud sea observable y que se la pueda cuantificar, si no se puede medir o cuantificar no tendrá el rango de magnitud física. Analizando las magnitudes se puede clasificar: -
Magnitudes escalares. - son aquellas que para que queden bien determinadas solo basta de un número.
-
Magnitudes vectoriales. – Se define como la magnitud que además de necesitar un número real para su determinación, se necesita de un módulo que tenga dirección y sentido. Ejemplo de estas magnitudes: velocidad, aceleración, fuerza, etc.
A la hora de estudiar los fenómenos físicos y registrarlos es necesario hacerlo por medio de lo que se conoce como unidades, es necesario saber que en un sistema de unidades vamos a tener en cuenta tres partes de magnitudes: -
Magnitudes Fundamentales. – Hace referencia al sistema de unidades que no dependen de ninguna otra magnitud. Magnitudes fundamentales. – se forman de la combinación de las magnitudes fundamentales. Magnitudes suplementarias. – son aquellas que no han sido declaradas ni como suplementarias ni derivadas.
Una parte de la física hace el estudio del movimiento de una partícula que se conoce como la mecánica, la que por consiguiente se divide en dos campos: -
Cinemática. – estudia el movimiento sin tener en cuenta las causas que lo originan. Geometría del movimiento. - Dinámica. – estudia el movimiento teniendo en cuenta las causas que lo originan. 1. CINEMÁTICA Antes de llegar a estudiar el movimiento de una partícula se debe de conocer algunos conceptos como:
Vector posición y trayectoria o Sistemas de referencia. – nos permite conocer la posición que ocupa el objeto en cualquier instante de tiempo. Este sistema de referencia se toma en cuenta el origen la cual es donde se ubica el observador; y el sistema de coordenadas que permite definir unívocamente la posición de cualquier punto en el espacio. o Vector posición. – se define como el vector que une el punto de origen del punto donde se encuentra el objeto. o Vector desplazamiento. – es el vector posición que une dos posiciones. o Camino recorrido sobre la trayectoria. – es la distancia recorrida de una partícula, por lo general el camino recorrido no es igual al vector desplazamiento a menos de que sea un movimiento rectilíneo uniforme y sin retorno. Figura 1.
Vector velocidad.
La velocidad es la relación entre espacio recorrido y tiempo empleado o
o
o
o
Rapidez media. – se conoce como la relación espacio recorrido sobre la trayectoria dividido entre el tiempo empleado, es magnitud escalar y se mide m/s. Velocidad media. – es un vector que tiene la misma dirección y sentido que el vector desplazamiento, hace relación al vector desplazamiento entre el tiempo. Velocidad instantánea. – es un vector que hace relación al vector. desplazamiento entre un intervalo de tiempo infinitamente pequeño. Rapidez instantánea. – se le denomina al módulo de la velocidad instantánea. Figura 2.
Vector aceleración
La aceleración es un vector que relaciona al vector velocidad por unidad de tiempo. o
o
o o
Aceleración media. – se cono ce como la relación entre el incremento de la velocidad y el incremento de tiempo. Aceleración instantánea. - hace relación al incremento del vector velocidad entre el incremento del tiempo infinitamente pequeño. Aceleración tangencial. – informa del cambio en el módulo de la velocidad. Aceleración normal. – informa del cambio en la dirección de la velocidad. Figura 3.
Tipos de movimiento
Dentro de la cinemática se estudia los distintos tipos de movimiento que atienden a la trayectoria y a la relación entre el camino recorrido y el tiempo. -
Según la trayectoria o Rectilíneo. – la trayectoria es en línea recta, en un movimiento rectilíneo la aceleración normal es cero. Figura 4.
Curvilíneo. – la trayectoria es una línea curva, y existe aceleración normal. Movimiento circular. – en este movimiento se cumple que el radio de curvatura va a permanecer constante. Según la relación entre el camino recorrido y el tiempo o Uniforme. – es un movimiento que lleva la aceleración constante y donde no existe aceleración tangencial y el camino recorrido viene dado por la ecuación: o Variado. – es un movimiento donde la velocidad no es constante y por tanto la aceleración tangencial es distinta de cero. Movimiento uniformemente variado. – es un movimiento que lleva una aceleración constante donde la aceleración es constante, si la aceleración es positiva se lo conoce como movimiento acelerado es decir va aumentando su velocidad mientras si es negativa es un movimiento retardado es decir va disminuyendo su velocidad. o
-
A continuación, se presenta las ecuaciones que relacionan a los tipos de movimientos según la trayectoria y espacio – tiempo: Figura 5.
Donde: = =
2 = 0 = = = =
Composición de movimientos
El principio de independencia de galileo dice que cuando un cuerpo está sometido a dos movimientos simultáneos, su cambio de posición es independiente de que los movimientos actúen simultáneamente o sucesivamente. -
Composición de dos Movimientos Rectilíneos Uniformes con una misma dirección y sentido. En esta composición no existe aceleración, tiene una velocidad constante y la siguiente ecuación nos define la composición de los dos movimientos: (1)
-
Composición de dos Movimientos Rectilíneos Uniformes perpendiculares. La aceleración es nula, la velocidad es la suma vectorial de las velocidades de cada uno de los movimientos y por tanto el vector posición será la suma vectorial de los vectores posición inicial de cada uno de ellos más los vectores de velocidad por el tiempo de cada uno.
(2) -
Tiro Parabólico. - El tiro parabólico es la composición de los movimientos rectilíneo uniforme y movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, como se expresa a continuación.
Figura 6.
Figura 7.
Figura 8.
CONCLUSIÓN -
Se concluye que la cinemática es el estudio en si geométrico del movimiento, sin distinguir las causas que lo realizan.
-
Todas las ecuaciones explican en si lo que es teoría respectiva al tema que pertenece.
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