Fisica Movimiento

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METAS DE
APRENDIZAJE
Al estudiar este capítulo,
usted aprenderá:

• Cómo describir el movimiento
en línea recta en términos de
velocidad media, velocidad
instantánea, aceleración media
y aceleración instantánea.
• Cómo interpretar gráficas de
posición contra tiempo, velocidad
contra tiempo y aceleración contra
tiempo para el movimiento en
línea recta.
• Cómo resolver problemasque
impliquen movimiento en línea
recta con aceleración constante,
incluyendo problemas de caída
libre.
• Cómo analizar el movimiento en
línea recta cuando la aceleración
no es constante.

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MOVIMIENTO
EN LÍNEA RECTA

?

Un velocista común
acelera durante el
primer tercio de la
carrera y desacelera
gradualmente en el
resto de la competencia.
¿Es correcto decir
que uncorredor está
acelerando conforme
desacelera durante
los dos tercios finales
de la carrera?

¿Q

ué distancia debe recorrer un avión comercial antes de alcanzar la rapidez de despeje? Cuando lanzamos una pelota de béisbol verticalmente,
¿qué tanto sube? Cuando se nos resbala un vaso de la mano, ¿cuánto
tiempo tenemos para atraparlo antes de que choque contra el piso? Éste es el tipo depreguntas que usted aprenderá a contestar en este capítulo. Iniciamos nuestro estudio
de física con la mecánica, que es el estudio de las relaciones entre fuerza, materia
y movimiento. En este capítulo y el siguiente estudiaremos la cinemática, es decir,
la parte de la mecánica que describe el movimiento. Después veremos la dinámica: la
relación entre el movimiento y sus causas.
En este capítulo nosconcentramos en el tipo de movimiento más simple: un cuerpo
que viaja en línea recta. Para describir este movimiento, introducimos las cantidades físicas velocidad y aceleración, las cuales en física tienen definiciones sencillas;
aunque son más precisas y algo distintas de las empleadas en el lenguaje cotidiano.
Un aspecto importante de las definiciones de velocidad y aceleración en física esque
tales cantidades son vectores. Como vimos en el capítulo 1, esto significa que tienen
tanto magnitud como dirección. Aquí nos interesa sólo el movimiento rectilíneo, por
lo que no necesitaremos aún toda el álgebra vectorial; no obstante, el uso de vectores
será esencial en el capítulo 3, al considerar el movimiento en dos o tres dimensiones.
Desarrollaremos ecuaciones sencillas paradescribir el movimiento rectilíneo en el
importante caso en que la aceleración es constante. Un ejemplo es el movimiento de
un objeto en caída libre. También consideraremos situaciones en las que la aceleración varía durante el movimiento. En estos casos habrá que integrar para describir el
movimiento. (Si no ha estudiado integración aún, la sección 2.6 es opcional.)

2.1 Desplazamiento, tiempo yvelocidad media

2.1 Desplazamiento, tiempo
y velocidad media

Suponga que una piloto de autos de arrancones conduce su vehículo por una pista
recta (figura 2.1). Para estudiar su movimiento, necesitamos un sistema de coordenadas. Elegimos que el eje x vaya a lo largo de la trayectoria recta del auto, con el origen O en la línea de salida. También elegimos un punto en el auto, digamos suextremo delantero, y representamos todo el vehículo con ese punto y lo tratamos como una partícula.
Una forma útil de describir el movimiento de la partícula —es decir, el punto que
representa el automóvil— es en términos del cambio en su coordenada x durante un
intervalo de tiempo. Suponga que 1.0 s después del arranque el frente del vehículo está en el punto P1, a 19 m del origen, y que 4.0 sdespués del arranque está en el punto
P2, a 277 m del origen. El desplazamiento de la partícula es un vector que apunta de
Pl a P2 (véase la sección 1.7). La figura 2.1 muestra que este vector apunta a lo largo del eje x. La componente x del desplazamiento es simplemente el cambio en el
valor de x, (277 m 2 19 m) 5 258 m, que hubo en un lapso de (4.0 s 2 1.0 s) 5 3.0 s.
Definimos la velocidad...