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CINEMÁTICA
La cinemática es la rama de la física que
estudia las leyes del movimiento de
los cuerpos sin considerar las causas que lo originan (las fuerzas) y se
limita, esencialmente, al estudio de la trayectoria en función del tiempo. La
aceleración es el ritmo con el que cambia la velocidad. La
velocidad y la aceleración son las dos principales magnitudes que describen
cómo cambia la posición en función del tiempo.
Elementos básicos de la cinemática
En
la mecánica clásica se
admite la existencia de un espacio absoluto, es decir, un espacio
anterior a todos los objetos materiales e independientes de la existencia de
estos. Este espacio es el escenario donde ocurren todos los fenómenos físicos, y se supone que todas las leyes de la física se cumplen
rigurosamente en todas las regiones del mismo. El espacio físico se representa en
la mecánica clásica mediante un espacio euclidiano.
Fundamento de la cinemática clásica
La
cinemática trata del estudio del movimiento de
los cuerpos en general y, en particular, el caso simplificado del movimiento de
un punto material, mas
no estudia por qué se mueven los cuerpos. Para sistemas de muchas partículas,
por ejemplo los fluidos, las
leyes de movimiento se estudian en la mecánica de fluidos.
Registro del movimiento
La
tecnología hoy en día nos ofrece muchas formas de registrar el movimiento
efectuado por un cuerpo. Así, para medir la velocidad de los vehículos se dispone
del radar de tráfico cuyo
funcionamiento se basa en el efecto Doppler. El tacómetro es
un indicador de la velocidad de un vehículo basado en la frecuencia de rotación
de las ruedas. Los caminantes disponen de podómetros que
detectan las vibraciones características del paso y, suponiendo una distancia
media característica para cada paso, permiten calcular la distancia recorrida.
El vídeo, unido al análisis informático de las imágenes, permite igualmente
determinar la posición y la velocidad de los vehículos.
Movimiento
rectilíneo uniforme
En este movimiento la
velocidad permanece constante y no hay una variación de la aceleración (a) en el
transcurso del tiempo. Esto corresponde al movimiento de un objeto lanzado en
el espacio fuera de toda interacción, o al movimiento de un objeto que se
desliza sin fricción. Siendo la velocidad v constante, la posición
variará linealmente respecto del tiempo, según la ecuación:
donde es la posición inicial del móvil respecto al centro de
coordenadas, es decir para .
Si la ecuación anterior corresponde a una recta que pasa por el
origen, en una representación gráfica de la función 
Movimiento
rectilíneo uniformemente acelerado
En éste movimiento la aceleración es
constante, por lo que la velocidad de móvil varía linealmente y la posición cuadráticamente con
tiempo. Las ecuaciones que rigen este movimiento son las siguientes:
Donde es la posición inicial del móvil, es la posición final y su velocidad inicial, aquella que
tiene para .
Movimiento
circular uniforme
Se caracteriza por tener una velocidad
variable o estructural constante por lo que la aceleración angular es nula. La velocidad lineal de la partícula no varía en módulo, pero sí en
dirección. La aceleración tangencial es nula; pero existe aceleración centrípeta (la aceleración normal), que es causante del cambio de
dirección.
Matemáticamente, la velocidad angular se expresa como:
donde es la velocidad angular (constante), es la variación del ángulo barrido por la partícula y es la variación del tiempo.
El ángulo recorrido en un intervalo de tiempo es:
Movimiento
circular uniformemente acelerado
En este movimiento, la velocidad angular varía
linealmente respecto del tiempo, por estar sometido el móvil a una aceleración
angular constante. Las ecuaciones de movimiento son análogas a las del rectilíneo uniformemente acelerado, pero usando ángulos en
vez de distancias:
siendo la aceleración angular constante.
Cinemática relativista
En la relatividad,
lo que es absoluto es la velocidad de la luz en
el vacío, no el espacio o el tiempo. Todo observador en un sistema de referencia
inercial, no importa su velocidad relativa, va a medir la misma
velocidad para la luz que otro observador en otro sistema. Esto no es posible
desde el punto de vista clásico.
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