Cinemática: Estudio del Movimiento y sus Elementos Clave

Introducción a la Cinemática

La cinemática es una rama de la física dedicada al estudio del movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo originan. El término cinemática proviene del griego kineo, que significa 'movimiento'. Junto con la dinámica y la estática, la cinemática conforma una rama del conocimiento conocida como mecánica.

Sistemas de Referencia

Los sistemas de referencia se emplean tanto para determinar la posición de los objetos como para describir su movimiento. Un sistema de referencia está formado por:

• Un punto tomado como origen de referencia de coordenadas.
• Unos ejes de coordenadas, que se cortan en el origen de referencia.

Conceptos Fundamentales del Movimiento

Posición y Vector de Posición

La posición es el lugar que ocupa un cuerpo en un determinado instante. Siempre estará referida a un sistema de referencia. Si un móvil se mueve rectilíneamente, bastará con utilizar un único eje para describir su posición.

El vector que va desde el origen de coordenadas hasta el lugar donde se encuentra el objeto en un momento dado se denomina vector de posición.

Trayectoria

La trayectoria es la línea que resulta al unir todas las posiciones que ha ocupado el móvil en su movimiento. Según la trayectoria, los movimientos se pueden clasificar en:

• Rectilíneos: La trayectoria es una línea recta.
• Curvilíneos: La trayectoria es una línea curva, que a su vez pueden ser:
  • Circulares: Su trayectoria es un círculo.
  • Parabólicos: Su trayectoria es una parábola.
  • Elípticos: Su trayectoria es una elipse.

Distancia Recorrida y Desplazamiento

• Distancia recorrida (Δs): Es la longitud de la trayectoria descrita por el móvil.
• Desplazamiento (Δr o Δx): Es la distancia medida en línea recta entre la posición inicial y la posición final del móvil. Es una magnitud vectorial.

Rapidez y Velocidad

Rapidez (Speed)

Llamamos rapidez a la distancia recorrida por un móvil en la unidad de tiempo. Las unidades más usuales son el m/s (metros por segundo).

• Rapidez media: Es el cociente entre la distancia recorrida por un móvil (Δs) y el intervalo de tiempo (Δt) empleado en recorrer esa distancia, independientemente del tipo de movimiento (curvo o rectilíneo).
• Rapidez instantánea: Es la rapidez en un instante concreto.

Velocidad (Velocity)

La velocidad es una magnitud vectorial que nos ofrece más información que la rapidez. Al tratarse de una magnitud vectorial, posee un módulo, una dirección y un sentido.

• Velocidad media (v_m): En un intervalo de tiempo dado, se define como el cociente del vector desplazamiento (Δr) y el intervalo de tiempo (Δt) invertido en dicho desplazamiento.
• Velocidad instantánea (v): Es la velocidad del móvil en un instante y lugar determinado.

Clasificación de los Movimientos

Los movimientos se pueden clasificar según su trayectoria y según su velocidad.

Según su Trayectoria

1. Rectilíneos: Si la trayectoria es una línea recta.
2. Curvilíneos: Si su trayectoria es una línea curva. Dentro de estos, por sus características peculiares, se distinguen:
   • Circulares: Su trayectoria es un círculo.
   • Parabólicos: Su trayectoria es una parábola.
   • Elípticos: Su trayectoria es una elipse.

Según su Velocidad

1. Uniformes: La velocidad del móvil es constante.
2. Variados: La velocidad del móvil cambia.
   • Acelerado: Si el módulo de la velocidad aumenta.
   • Retardado (o desacelerado): Si el módulo de la velocidad disminuye. Esto ocurre cuando el sentido de la velocidad y la aceleración son opuestos.

Tipos Específicos de Movimiento

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

• La trayectoria del movimiento es una línea recta.
• La velocidad permanece constante en todo momento.

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA)

• La trayectoria del movimiento es una línea recta.
• La velocidad cambia (aumenta o disminuye) de forma constante.
• El módulo de la velocidad coincide con la rapidez (en este contexto, si el movimiento es en una sola dirección).