Conceptos clave de física: MRU, MRUA, movimiento parabólico y leyes de Newton
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Resumen
Este documento repasa los conceptos básicos de cinemática y dinámica: el movimiento rectilíneo uniforme y uniformemente acelerado, el movimiento parabólico y la caída libre. Incluye las fórmulas principales con ejemplos resueltos, así como las tres leyes de Newton, las leyes de Kepler y las ideas de energía cinética y potencial. Sirve para revisar rápidamente las fórmulas y su uso.
Puntos clave
- En el MRU la velocidad es constante y se calcula con v = d / t.
- En el MRUA la aceleración es constante; las fórmulas principales son vf = vi + a·t, d = vi·t + (1/2)·a·t² y vf² = vi² + 2·a·d.
- El movimiento parabólico combina un MRU en el eje X con un MRUA en el eje Y; el alcance es R = (vi²·sen(2θ))/g.
- Las leyes de Newton son: inercia, F = m·a y acción-reacción.
- Las leyes de Kepler establecen órbitas elípticas, velocidad areolar constante y la relación entre el período orbital y el semieje mayor.
- La caída libre es un MRUA con aceleración g, con vf = g·t y h = (1/2)·g·t².
Conceptos Fundamentales de Física
Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)
El MRU es un movimiento en línea recta con velocidad constante, es decir, sin aceleración. La fórmula básica es:
v = d / t
Donde:
- v: velocidad
- d: distancia
- t: tiempo
Ejemplo:
Un coche recorre 120 km en 2 horas a velocidad constante. ¿Cuál es su velocidad?
v = d / t = 120 km / 2 h = 60 km/h
Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA)
El MRUA es un movimiento en línea recta con aceleración constante. Sus fórmulas principales son:
- vf = vi + a * t
- d = vi * t + (1/2) * a * t2
- vf2 = vi2 + 2 * a * d
Donde:
- vf: Velocidad final
- vi: Velocidad inicial
- a: Aceleración
- d: Distancia
- t: Tiempo
Ejemplo:
Un auto parte del reposo y acelera a 2 m/s2 durante 5 segundos. ¿Qué distancia recorre?
d = vi * t + (1/2) * a * t2
d = 0 * 5 + (1/2) * 2 * 52 = 25 m
Movimiento Parabólico
El movimiento parabólico es la combinación de MRU en el eje X y MRUA en el eje Y. Se aplica al movimiento de proyectiles. Las fórmulas importantes son:
- Alcance (R): R = (vi2 * sin(2θ)) / g
- Altura máxima (h): h = (vi2 * sin2(θ)) / (2 * g)
- Tiempo de vuelo (t): t = (2 * vi * sin(θ)) / g
Donde:
- vi: Velocidad inicial
- θ: Ángulo de lanzamiento
- g: Aceleración de la gravedad (aproximadamente 9.8 m/s2)
Ejemplo:
Un balón se lanza con una velocidad de 20 m/s a un ángulo de 30°. ¿Cuál es su alcance?
R = (202 * sin(60°)) / 9.8 ≈ 35.3 m
Leyes de Newton
- Primera Ley (Inercia): Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento uniforme a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él.
- Segunda Ley (F = ma): La fuerza neta aplicada a un objeto es igual al producto de su masa por su aceleración.
- Tercera Ley (Acción-Reacción): A toda acción corresponde una reacción de igual magnitud y dirección, pero en sentido opuesto.
Leyes de Kepler
- Las órbitas de los planetas son elípticas, con el Sol en uno de sus focos.
- Una línea que une un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales (la velocidad areolar es constante).
- El cuadrado del período orbital de un planeta es proporcional al cubo del semieje mayor de su órbita.
Caída Libre
La caída libre es un caso especial de MRUA donde la aceleración es la gravedad (g).
Fórmulas:
- vf = g * t
- h = (1/2) * g * t2
Donde
- vf: Velocidad final
- h: Altura
- g: Aceleración de la gravedad (aproximadamente 9.8 m/s2)
- t: Tiempo
Ejemplo:
¿Cuánto tarda una piedra en caer desde una altura de 20 m?
h = (1/2) * g * t2
20 = (1/2) * 9.8 * t2
t2 = 20 / 4.9
t = √(20 / 4.9) ≈ 2.02 s
Energía Cinética y Potencial
La energía puede presentarse de diferentes formas, entre ellas la energía cinética y la energía potencial.
- Energía cinética: Es la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento.
- Energía potencial: Es la energía que posee un cuerpo debido a su posición o configuración.
Diagramas de Equilibrio
Los diagramas de equilibrio (o diagramas de cuerpo libre) son representaciones gráficas de las fuerzas que actúan sobre un objeto. Son fundamentales para analizar el equilibrio de fuerzas.
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PDF Word HTMLPreguntas frecuentes
¿Cuál es la fórmula de la velocidad en el MRU?
En el MRU la velocidad se calcula dividiendo la distancia entre el tiempo: v = d / t. Por ejemplo, 120 km recorridos en 2 horas dan una velocidad de 60 km/h.
¿Qué es el movimiento parabólico?
Es la combinación de un MRU en el eje X y un MRUA en el eje Y, y se aplica al movimiento de proyectiles. Su alcance se calcula con R = (vi²·sen(2θ))/g.
¿Qué dice la primera ley de Newton?
Un cuerpo permanece en reposo o en movimiento uniforme a menos que una fuerza externa neta actúe sobre él. Es la ley de la inercia.
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