Movimiento y Fuerzas en Física

Sistema de Referencia y Trayectoria

El movimiento es uno de los temas fundamentales de la física. Todo en el universo se mueve. No hay que olvidar que, aunque parezca que no, la Tierra se mueve alrededor del Sol, y el Sol se mueve alrededor del centro de nuestra galaxia. El movimiento nunca se detiene. El movimiento es una parte de lo que los físicos llaman la mecánica.

Sistema de Referencia

Los movimientos son relativos, dependen del sistema de referencia que se emplee, es decir, desde dónde observes y analices el movimiento.

Trayectoria

Una trayectoria es el camino de un objeto que se mueve a través del espacio sigue. Hay distintos tipos de trayectorias:

• Bidimensional. Se necesitan dos coordenadas para especificar un punto en el mismo (por ejemplo, para localizar un punto en superficie de una esfera (GPS) que necesita tanto su latitud y su longitud)
• Unidimensional. Sólo una coordenada se necesita para especificar un punto en que se encuentra el móvil.
• Tridimensional. Se necesitan tres coordenadas para especificar un punto en el espacio

Posición

Es necesario localizar el cuerpo y averiguar dónde se va a describir su movimiento. Con el fin de localizar el cuerpo usamos posición, distancia y desplazamiento.

Posición (x)

Es el punto en el interior de la trayectoria que indica dónde está el cuerpo. Es una magnitud vectorial, y su unidad en el SI es el metro (m).

Distancia y Desplazamiento

Distancia recorrida (Δs) (Espacio recorrido). Es la longitud real realizada por el objeto en la trayectoria. Es una magnitud escalar, medida en el SI en metros.

Desplazamiento (Δx). Es la distancia más corta desde el inicial a la posición final de un punto. Es la línea que une la posición inicial y la posición final. Por lo tanto, Se calcula la variación de la posición (Δx = x F - xi).

Velocidad

Cuando antes decíamos que el móvil recorre 5 m en un segundo, ahora podemos ya decir que tiene una velocidad de 5 m/s. La velocidad indica si el cuerpo está en movimiento lento o rápido. Se expresa como desplazamiento recorrido Δx por unidad de tiempo (t). Su unidad en el SI son los metros por segundo (m /s).

Aceleración

Aceleración muestra el cambio en la velocidad en una unidad de tiempo (m/s2). Es una magnitud vectorial también. 𝑎 = 𝛥𝑣 𝛥𝑡 = 𝑣 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙−𝑣 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙/ 𝑡 v=v0 + a·t

Gráficas

Todo lo que hemos visto en el apartado anterior se puede estudiar de forma gráfica mediante las denominadas gráficas espacio-tiempo y velocidad tiempo. Las primeras son gráficas en las que en el eje Y (el vertical) colocamos la posición, medida en metros, y en el eje X (el horizontal) colocamos el tiempo medido en segundos.

Fuerzas

Para que exista una fuerza, es necesario que haya dos cuerpos que entren en contacto. Acabamos de decir que para exista una fuerza debe haber interacción entre los cuerpos. Según el tipo de interacción, las fuerzas pueden ser:

• De contacto: cuando no existe separación entre los cuerpos que interaccionan
• A distancia: cuando se ejercen sin necesidad de contacto; existe separación entre los cuerpos que interaccionan

Efectos de las Fuerzas

Los resultados de la acción de una fuerza pueden ser:

• Cambio de forma: cuando el objeto sobre el que actúa una fuerza adopta forma diferente a la inicial
• Cambio de velocidad: cuando al actuar una fuerza sobre un cuerpo aparece una aceleración que ocasiona un cambio de velocidad

En el SI de unidades la unidad de la fuerza es el Newton (N). Un Newton (1 N) es la fuerza que aplicada a un objeto de 1 kilogramo de masa se acelera con 1 m/s2.

Una misma fuerza aplicada sobre un objeto puede producir efectos diferentes por ejemplo si aplicamos hacia arriba una fuerza sobre una pelota sube, si la dirección en la que se aplica es horizontal la pelota se desplaza hacia la derecha o la izquierda.

Energía

La energía cinética es la que tiene todo cuerpo por el hecho de poder moverse. La energía potencial gravitatoria es la que tiene todo cuerpo situado a cierta altura sobre el suelo. La energía mecánica es la que tiene todo cuerpo por el hecho de poder moverse o encontrarse desplazado de su posición de equilibrio.