Movimiento Circular Uniforme y otros Conceptos de Física

Movimiento Circular Uniforme (MCU)

En el movimiento circular uniforme, la magnitud de la velocidad (cuando se mueve) es constante por ser uniforme, pero la dirección de la velocidad varía continuamente a lo largo de una trayectoria. A esta velocidad se le denomina velocidad tangencial y se le considera tangente a la trayectoria y, por lo tanto, perpendicular al radio.

Para describir un movimiento circular uniforme, debe considerarse tanto la velocidad angular como la velocidad con la que se desplaza en su trayectoria (velocidad tangencial) y el eje de rotación, que es el punto fijo sobre el cual gira un cuerpo.

En el movimiento circular uniforme, utilizamos dos conceptos de velocidad: una que indica la distancia recorrida en la unidad de tiempo y otra referida al ángulo descrito en dicha unidad de tiempo, llamada velocidad angular (ω).

Velocidad Angular

ω = 2π rad / T

Donde:

• T = período (tiempo que tarda en dar una vuelta completa)

Equivalencias entre grados y radianes

Como los ángulos se miden en grados y en radianes, es importante conocer sus equivalencias:

2π rad = 360°

π rad = 180°

1 rad = (180/π)° ≈ 57.3°

Período y Frecuencia

El período (T) es el tiempo que tarda en recorrer el perímetro de la circunferencia, lo que se denomina una revolución.

Al número de revoluciones que el cuerpo realiza en un segundo se le llama frecuencia (f).

f = 1 / T

Ejemplo

Una rueda de un motor gira con una rapidez angular de 500 rad/seg.

a) ¿Cuál es su período?

b) ¿Cuál es su frecuencia?

Datos:

ω = 500 rad/seg

Fórmula:

T = 2π / ω

f = 1 / T

Operación:

T = 2π / 500 = 0.0125 seg

f = 1 / 0.0125 = 80 Hz

Resultado:

T = 0.0125 seg

f = 80 Hz

Sonido

El sonido consiste en la propagación de una perturbación en un medio ambiente. En física, el sonido es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.

Para que la onda sonora se propague en un medio, este debe ser elástico y tener masa.

La propagación del sonido es lineal, lo que permite que diferentes ondas se propaguen por el mismo espacio al mismo tiempo sin afectarse entre sí.

Velocidad del Sonido

La velocidad del sonido varía de acuerdo con el medio en que se transmite. A 20°C y a 50% de humedad, se considera que la velocidad del sonido en el aire es de 343 m/s.

Ejemplo

Un avión vuela a una velocidad media de 343 m/s y recorre una distancia de 900 km. Determina el tiempo de desplazamiento.

Solución:

Distancia = 900 km = 900,000 m

Velocidad = 343 m/s

Tiempo = Distancia / Velocidad = 900,000 m / 343 m/s = 2623.9 s

Tiempo en horas = 2623.9 s / 3600 s/h = 0.728 h ≈ 7.28 horas

Luz

La luz es una forma de energía que emiten los cuerpos luminosos y que percibimos mediante el sentido de la vista. La luz es una radiación electromagnética que se propaga en forma de ondas, aunque también se puede describir como un flujo de partículas llamadas fotones.

La velocidad de la luz en el vacío es la máxima velocidad posible en el universo, alcanzando aproximadamente 300,000 km/s.

Propiedades de la Luz

Algunas propiedades importantes de la luz son:

• Se propaga en línea recta.
• Se refleja cuando llega a una superficie.
• Cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro (refracción).

Ejemplo

Si un avión volara a la velocidad de la luz durante 5 días, ¿qué distancia recorrería?

Solución:

Velocidad de la luz = 300,000 km/s

Tiempo = 5 días = 5 días * 24 h/día * 3600 s/h = 432,000 s

Distancia = Velocidad * Tiempo = 300,000 km/s * 432,000 s = 1.296 x 10¹¹ km

Sistema Tridimensional y Equilibrio

Las condiciones de equilibrio son las leyes que rigen la estática. Un sistema está en equilibrio cuando los cuerpos que lo forman están en reposo, es decir, sin movimiento.

Fuerzas

Existen diferentes tipos de fuerzas, entre ellas:

• Angulares: Cuando actúan sobre un mismo punto formando un ángulo.
• Colineales: Cuando sus rectas de acción son la misma. Las fuerzas colineales pueden estar en la misma dirección o en direcciones opuestas.
• Longitudinales: Actúan en la misma dirección que la propagación de la onda.
• Transversales: Actúan perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

Ondas

Las ondas son una forma de propagación de energía que se caracteriza por un movimiento ondulatorio y un desplazamiento periódico.

Existen dos tipos principales de ondas:

• Ondas mecánicas: Necesitan un medio material para propagarse (como el sonido).
• Ondas electromagnéticas: No necesitan un medio material para propagarse (como la luz).

El movimiento ondulatorio, al igual que otros movimientos, se presentan en la naturaleza o pueden ser producto de un dispositivo desarrollado por el hombre.