Movimiento en Física: Vectores, MRU, MRUA y MCU

1. El Movimiento y los Sistemas de Referencia

El estudio del movimiento es una parte fundamental de la física. Para describir el movimiento de un objeto, necesitamos definir algunos conceptos clave:

• Posición: Es el lugar en el que se encuentra un objeto en un instante determinado.
• Sistema de referencia: Está formado por un punto de origen y uno o varios ejes de coordenadas cartesianas. Es el punto desde el cual se observa y se mide la posición de un objeto.

Las magnitudes físicas se clasifican en:

• Magnitudes escalares: Quedan perfectamente determinadas mediante un número y su correspondiente unidad (ejemplos: masa, temperatura, tiempo).
• Magnitudes vectoriales: Requieren, además de su valor numérico (módulo), una dirección y un sentido para quedar completamente definidas (ejemplos: velocidad, fuerza, desplazamiento).

Un vector se caracteriza por:

• Módulo: Valor numérico con su unidad correspondiente (longitud proporcional al valor).
• Dirección: Recta que contiene al vector.
• Sentido: El que indica la flecha del vector.
• Origen: Punto de aplicación del vector.

2. Vectores de Posición y Desplazamiento

• Vector posición (r): Vector que une el origen del sistema de referencia con el punto donde se encuentra el cuerpo en un momento dado.
• Vector desplazamiento (Δr): Vector que une la posición inicial de un móvil con su posición final. Indica el cambio de posición. Se mide en metros (m).
• Espacio recorrido (Δs): Distancia que recorre el móvil a lo largo de la trayectoria.
• Trayectoria: Línea que describe el móvil en su movimiento.

3. La Velocidad

• Velocidad media (v_m): Es el desplazamiento que experimenta un móvil por unidad de tiempo en un intervalo determinado. Es un vector con la misma dirección y sentido que el vector desplazamiento.
• Celeridad media: Es el espacio recorrido por un móvil por unidad de tiempo en un intervalo.
• Velocidad instantánea (v): Es la velocidad que tiene un móvil en un instante determinado. Es un vector tangente a la trayectoria en ese instante y con el sentido del movimiento.

4. Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

Un móvil tiene MRU cuando se mueve con velocidad constante (módulo, dirección y sentido constantes) y sigue una trayectoria rectilínea.

Tiempo de reacción: Tiempo mínimo que necesita una persona para percibir un hecho y tomar una decisión al respecto.

5. Aceleración

La aceleración media (a_m) de un móvil en un intervalo es la variación de velocidad que experimenta por unidad de tiempo. La aceleración es una magnitud vectorial.

5.1 Componentes Intrínsecas de la Aceleración

• Aceleración tangencial (a_t): Mide el cambio del módulo de la velocidad por unidad de tiempo. Su dirección es tangente a la trayectoria. Su sentido es el del movimiento si el módulo de la velocidad aumenta, y contrario al movimiento si disminuye.
• Aceleración normal (a_n): Mide el cambio en la dirección del vector velocidad por unidad de tiempo. Su dirección es perpendicular a la tangente a la trayectoria (normal). Su sentido es hacia el centro de curvatura de la trayectoria. Su módulo es v²/R, donde R es el radio de curvatura.

6. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA)

Un móvil tiene MRUA cuando se mueve con aceleración constante (módulo, dirección y sentido constantes) en una trayectoria rectilínea. Solo varía el módulo de la velocidad, ya que la trayectoria es rectilínea; por eso, solo hay aceleración tangencial.

6.1 El Movimiento Vertical

Es el movimiento de un cuerpo debido a la acción de la fuerza de la gravedad. Es un caso particular de MRUA, donde la trayectoria es vertical y la aceleración es la aceleración de la gravedad (g).

• Caída libre: Movimiento vertical que ocurre cuando un cuerpo se deja caer desde cierta altura (velocidad inicial = 0).
• Lanzamiento vertical: Movimiento vertical con velocidad inicial distinta de cero.

7. Movimiento Circular Uniforme (MCU)

Un móvil describe un movimiento circular cuando su trayectoria es una circunferencia. Un móvil tiene MCU cuando su trayectoria es una circunferencia y su velocidad es constante en módulo (rapidez constante).