Fundamentos de Cinemática y Dinámica: Velocidad, Aceleración y Fuerzas

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.