Principios Básicos de la Cinemática y sus Magnitudes Físicas

Cinemática: Fundamentos del Movimiento

La cinemática es la parte de la física que estudia el movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta la causa que lo produce.

Sistema de referencia

Es el conjunto de puntos en el espacio utilizados por un observador para localizar un cuerpo (generalmente mediante ejes cartesianos):

• Absolutos: Si el sistema de referencia no se mueve.
• Relativos: Si el sistema de referencia está en movimiento.

Vectores y Trayectoria

• Vector posición: Es el vector con origen en el observador y extremo en el punto donde se encuentra el cuerpo.
• Vector desplazamiento: Vector que une dos posiciones cualesquiera del cuerpo en su movimiento. Tiene su origen en el punto inicial y su extremo en el punto final.
• Trayectoria: Es el camino recorrido por un cuerpo en su movimiento. Según el tipo de movimiento, puede ser:
  • Movimiento rectilíneo: La trayectoria es una línea recta.
  • Movimiento curvilíneo: La trayectoria es una curva.
• Espacio recorrido: Distancia recorrida por el cuerpo en su movimiento; se mide sobre su trayectoria.

Velocidad y Celeridad

La velocidad es una magnitud vectorial que indica la rapidez con la que un cuerpo cambia de posición en el transcurso del tiempo (unidad: m/s). Se clasifica en:

• Velocidad media: Relación entre el vector desplazamiento y el intervalo de tiempo en el que tiene lugar dicho desplazamiento.
• Velocidad instantánea: La velocidad de un cuerpo a un tiempo determinado. Es la recta tangente a la trayectoria en el instante considerado.

La celeridad (media e instantánea) se define como el módulo de la velocidad.

Aceleración

Es una magnitud vectorial que representa las variaciones de velocidad a lo largo del tiempo (unidad: m/s²):

• Aceleración normal: Aparece cuando varía la dirección y el sentido de la velocidad (movimiento curvilíneo). Su dirección es la del radio de la curva y su sentido apunta hacia el centro de la curvatura.
• Aceleración tangencial: Aparece si varía el módulo de la velocidad. Su dirección es la misma que la de la velocidad y su valor es la derivada del módulo de la velocidad respecto al tiempo.

Cinemática Angular

• Posición angular (Φ): Es el ángulo que forma el vector posición con el eje horizontal (unidad: rad).
• Velocidad angular (ω): Indica qué tan rápido varía la posición angular respecto al tiempo (rad/s).
• Aceleración angular (α): Representa la variación de la velocidad angular con el tiempo (rad/s²).