Cinemática – Los conceptos de velocidad y aceleración escalar media

Observamos a nuestro alrededor un mundo en movimiento. Podemos notar los autos moviéndose, las personas andando, un objeto que cae y otra cantidad de ejemplos que podrían ser citados. Lo interesante es saber que una buena parte de estas situaciones puede ser descrita y que, si el movimiento del objeto mantuviese cierta regularidad, podremos saber lo que ocurrió antes y lo que va a suceder después.

Cuando hacemos la descripción del movimiento sin preocuparnos con sus causas, estamos entrando en un área de la física conocida como cinemática.

Referencial

En un viaje por carretera que mirar el velocímetro y el que se indica 100 Km/h. Al mismo tiempo, su vehículo está adelantando un camión cuyo velocímetro indica 80 Km/h. ¿El camionero también observará su coche a 100 Km/h?

La respuesta a esta Pregunta, surge el concepto de referencia, que puede considerarse como un hito o punto de referencia utilizado para definir la posición de otros objetos. El velocímetro se fabrican para registrar la velocidad en relación a un punto de referencia fijo en la Tierra, es decir, el coche corre a 100 Km/h en relación a la Tierra.

Para el camionera que está en movimiento, el no verá su coche a 100 km / h, pero si a 20 Km/h, es decir, la velocidad de su vehículo, menos la velocidad del camión. Ahora bien, si usted y el camión fueran en direcciones opuestas, cual sería la velocidad en relación al camión?

Una referencia adoptada no sólo cambia la noción de velocidad, pero se puede cambiar la noción de reposo y movimiento. Consideremos el siguiente ejemplo: Estás sentado en un autobús. Si tomamos como referencia el autobús, estarás en reposo, pero si el referencial fuese un observador en un punto fijo en la Tierra, estarás en movimiento se está moviendo.

Trayectoria

Otra magnitud que puede ser alterada mediante la adopción de criterios de referencia es la trayectoria. La trayectoria puede ser considerada como el conjunto de los puntos recorridos por un móvil, por ejemplo, al realizar un garabato con una tiza en una pizarra, los puntos recorridos estarán marcados por la tiza y definirán su trayectoria.

Como hemos dicho, la trayectoria puede cambiar con el cambio de referencia. Considere que usted está de nuevo sentado en un autobús. En ese momento, el bus está en una trayectoria lineal a velocidad constante. De repente, un foco de luz del techo cae. Para ti, que estás en el autobús, la trayectoria descrita por la lámpara será rectilínea. Pero a un extraño y en reposo respecto a la Tierra, la trayectoria se verá como el arco de una parábola.

Espacio

En el estudio del movimiento, más allá de la trayectoria, es importante ubicar la posición del móvil. Cuando usted está viajando por una carretera, de kilómetro en kilómetro, se encuentra una placa que indica el kilometraje. El valor de esta placa que muestra a que distancia nos encontramos del punto cero de esa ruta, o sea, la posición en relación al origen de la trayectoria.

El Concepto de Velocidad y Velocidad Media

Para entender el concepto de velocidad, imagina nuevamente que te encuentras a 100 km/h en un automóvil. ¿Que es lo que esto significa? Significa que si su automóvil mantuviese esa velocidad, el recorrerá 100 km a cada intervalo de tiempo de una hora, o sea, la velocidad es una magnitud que muestra cuanto un móvil recorre en un determinado intervalo de tiempo.

Ahora, es muy poco probable que en un largo intervalo de tiempo, se consiga mantener siempre constante esta velocidad. Y de aquí puede surgir el concepto de velocidad media.

Para efectuar el cálculo de velocidad media, consideremos un móvil que se traslada en una trayectoria como la ilustrada en la siguiente figura;

En el espacio inicial S₀, se activa si el reloj y registra la hora de inicio t₀. Más adelante, cuando el mismo móvil pase a través del espacio final S, volvemos a ver el reloj y anotar el tiempo final t. Con estos datos es posible calcular la escala de desplazamiento escalado del móvil, que será el espacio final menos el espacio inicial y el intervalo de tiempo recorrido, será el tiempo final menos el tiempo inicial.

La velocidad escalar media es definida como el desplazamiento escalar dividido por el intervalo de tiempo gastado por el móvil

Las unidades más usadas para la velocidad son el m/s, que es la unidad del Sistema Internacional y el Km/h que es la unidad usada en nuestro día a día.

Ellas pueden ser convertidas si utilizamos la siguiente relación:

Aceleración escalar y aceleración escalar media

Aprendemos de nuestro cotidiano que la velocidad no es una magnitud que obligatoriamente tiene valor constante, ella puede variar su intensidad en un gran número de casos. Por ejemplo, cuando un ciclista inicia el movimiento de una bicicleta, el necesita sacarla del reposo y pedalea hasta alcanzar la velocidad deseada y así decimos que el imprimió una aceleración a la bicicleta.

Notemos que la aceleración es una magnitud que está íntimamente ligada a la variación de velocidad.

De este modo, la aceleración escalar media puede ser definida como la variación de velocidad del móvil dividido por el intervalo de tiempo necesario para esa variación, o sea:

La unidad de aceleración surge de la división entre la unidad de velocidad por la unidad de tiempo. Utilizando las unidades del Sistema Internacional, tendremos la siguiente unidad para la aceleración:

Clasificación de los Movimiento

Para que sea posible clasificar el movimiento, primeramente es importante entender el concepto de trayectoria orientada. Es muy común encontrar trayectorias orientadas diariamente, basta observar la calle. Las casas poseen una numeración y el sentido de la calle es el sentido creciente de la numeración de las casas. Entonces, una trayectoria orientada es una trayectoria con un origen y un sentido que es indicado por el orden creciente de las indicaciones de las posiciones.

Un primer criterio a ser adoptado es en cuanto al sentido del movimiento, al final, un móvil puede estar moviéndose a favor del sentido de la trayectoria o contra este sentido. Cuando un móvil se está desplazando a favor de la trayectoria, decimos que el ejecuta un movimiento progresivo, que está caracterizado por el desplazamiento escalar Δs positivo o por una velocidad positiva.

Por otra parte, cuando un móvil se desplaza contra el sentido de la trayectoria, se define este movimiento como movimiento retrógrado o regresivo, que está caracterizado por el desplazamiento escalar Δs negativo o por una velocidad negativa.

El otro criterio adoptado para la clasificación de los movimientos, es en cuanto ala intensidad de la velocidad. Cuando la intensidad de la velocidad del móvil aumenta, ese móvil está ejecutando un movimiento acelerado y sus características están presentadas en la siguiente figura:

Si la intensidad de la velocidad del móvil disminuye, el mismo estará ejecutando un movimiento conocido como movimiento retardado y sus características se demuestran en la figura a continuación.