Cinemática y dinámica: velocidad, aceleración, fuerzas y leyes de Newton

Resumen

El documento repasa los conceptos básicos de la cinemática y la dinámica: tipos de velocidad, la aceleración, el movimiento rectilíneo uniforme (MRU) y el uniformemente acelerado (MRUA), y la caída libre. Después explica qué es una fuerza, sus propiedades y las tres leyes de Newton, con ejemplos de aplicación.

Puntos clave

La velocidad instantánea es la del móvil en un instante concreto; la velocidad media se calcula en todo un intervalo de tiempo.
Ambas velocidades coinciden en el movimiento rectilíneo uniforme (MRU).
En el MRU la velocidad media es constante y la aceleración es nula; en el MRUA la trayectoria es rectilínea y la aceleración constante.
Para un MRUA se usa Vf = Vi + a · t y X = X₀ + Vᵢ · t + ½ · a · t².
La fuerza es toda causa que cambia el movimiento de un objeto o lo deforma; sus propiedades son módulo, dirección, sentido y punto de aplicación.
Primera ley de Newton (inercia): un cuerpo en reposo o en MRU sigue así mientras no actúe una fuerza.
Segunda ley de Newton: F = m · a. Tercera ley (acción y reacción): las fuerzas tienen igual magnitud y dirección, pero sentidos opuestos.

Ponte a prueba

Velocidad y Movimiento

La velocidad es la rapidez con la que una masa cambia de posición. Se distinguen los siguientes tipos:

Velocidad instantánea: Es la velocidad que lleva el móvil en un instante determinado de tiempo.
Velocidad media: Es aquella que se calcula en todo un intervalo de tiempo.

Ambas coinciden cuando el móvil tiene un Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU).

Cálculos de Velocidad y Aceleración

Para determinar el tiempo en detenerse, se utiliza la fórmula: t = V / a. El espacio que recorre antes de pararse se calcula mediante: X = X₀ + Vᵢ · t + ½ · a · t².

Procedimiento de cálculo: Repetir cálculos, sumar a más segundos del punto C y hacer X = V · t del punto C (en metros) y después calcular con la fórmula larga.

Aceleración y Gravedad

La aceleración es la rapidez con la que un móvil va a pasar de una velocidad inicial a una velocidad final. La aceleración instantánea es la aceleración que tiene un cuerpo en cada instante.

MRU: Se caracteriza por tener una velocidad media constante, con lo cual su aceleración es nula.
MRUA: Es aquel que tiene una trayectoria rectilínea y una aceleración constante.

Cálculos de Gravedad y Caída Libre

Para la aceleración de la gravedad de un planeta o el tiempo que tarda en caer un objeto en la Tierra, se debe utilizar la fórmula larga.

Ejemplo práctico: Una moto en reposo con aceleración. Para hallar la velocidad al cabo de un minuto, usamos Vf = Vi + a · t (MRUA). Para el espacio recorrido, se aplica la fórmula larga. Si la moto continúa durante 5 minutos, se calcula Xf = Xi + V · t.

La Fuerza y sus Efectos

La fuerza es toda causa que cambia el movimiento de un objeto o bien lo deforma; por ejemplo, una patada a un balón o moldear plastilina. En el caso de una fuerza sobre un cinturón, se calcula a = (0 - 25) / t y después F = m · a.

Propiedades de la Fuerza

Módulo: Es la cantidad de fuerza que se aplica.
Dirección: Es la recta donde se aplica la fuerza.
Sentido: Es la orientación que tiene la fuerza en la dirección.
Punto de aplicación: Es el lugar donde se ejerce la fuerza.

El peso es la fuerza con la que un cuerpo atrae a otro.

Leyes de Newton

Primera Ley de Newton (Ley de la Inercia)

Establece que un cuerpo en reposo o en MRU permanecerá siempre así mientras no se le aplique una fuerza. La inercia es la tendencia de un cuerpo a seguir con el movimiento que tiene.

Segunda Ley de Newton (Principio Fundamental de la Dinámica)

Nos indica que toda fuerza aplicada a un cuerpo se va a traducir en una aceleración de dicho cuerpo mediante la expresión matemática correspondiente.

Tercera Ley de Newton (Acción y Reacción)

Establece que un cuerpo A que ejerce una fuerza sobre un cuerpo B recibirá una fuerza del segundo cuerpo sobre el primero de la misma dirección y misma magnitud, pero de sentidos opuestos.

Aplicaciones Prácticas:

Al aire: El funcionamiento de un cohete.
Al agua: El movimiento de un pulpo.
A la tierra: El patinaje sobre hielo.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre velocidad instantánea y velocidad media?

La velocidad instantánea es la que lleva el móvil en un instante determinado, mientras que la velocidad media se calcula en todo un intervalo de tiempo. Ambas coinciden cuando el móvil tiene un movimiento rectilíneo uniforme.

¿Qué dice la primera ley de Newton?

Establece que un cuerpo en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme permanecerá así mientras no se le aplique una fuerza. La inercia es la tendencia de un cuerpo a seguir con el movimiento que tiene.

¿Qué es la aceleración?

La aceleración es la rapidez con la que un móvil pasa de una velocidad inicial a una velocidad final. La aceleración instantánea es la que tiene un cuerpo en cada instante.