Movimiento en una dimensión

Descripción del movimiento en una dimensión: experimentando con una burbuja al interior de un tubo de aceite

Juan David Saab Vanegas
Johan David Rodriguez Portela
Sneider Hernández Contreras
Oscar Alberto Bustos Briñez
Departamento de Ingeniería de Sistemas e Industrial, Universidad Nacional

ResumenEl movimiento en una dimensión es probablemente uno de los fenómenos más clásicos de loscursos de mecánica clásica. Si bien en teoría puede parecer demasiado simple, la experimentación sobre este tipo de fenómenos permite ampliar un poco el espectro, y saber de antemano cuan imprecisos pueden ser los planteamientos de la mecánica clásica al ser aplicados en entornos reales y poco controlados.
El presente experimento busca representar de forma práctica lo que podría considerarse unmovimiento en una dimensión, con velocidad constante, usando como mecanismo una burbuja que se encuentra al interior de un tubo de aceite.
IntroducciónEl movimiento se puede entender de forma intuitiva como el desplazamiento de un objeto. Un fenómeno como éste, aunque sencillo a simple vista, involucra algunos de los conceptos más fundamentales de la cinemática. Teniendo en cuenta que elmovimiento en una dimensión se refiere específicamente a movimientos sobre una linea recta, y también considerando que el presente análisis se realizará sin considerar los factores que causan dicho movimiento, a continuación se mencionan algunos conceptos básicos.
Posición, velocidad y rapidezPosición y la diferencia entre distancia y desplazamientoPara entender por completo el movimiento de unapartícula se hace necesario conocer en todo instante su posición (Serway, 2005). La posición no es otra cosa sino el lugar en el cual se encuentra una partícula con respecto a una posición de referencia. Cuando se trata la posición surgen dos conceptos importantes pero que deben ser claramente diferenciados: distancia y desplazamiento.
La distancia debe entenderse como el espacio total recorrido por unapartícula en un determinado intervalo de tiempo. El desplazamiento por otra parte, es la posición en la cual se encuentra un objeto, con respecto a un lugar de referencia, después de haber efectuado un movimiento.
Un ejemplo clásico para comprender la diferencia entre distancia y desplazamiento, es considerar una persona que camina de su casa a un lugar, y luego de regreso. Aunque la distanciaque recorrió equivale al doble de la distancia entre su casa y el lugar de destino, su desplazamiento al final del movimiento será cero.
La velocidad comprendida como un promedioLa velocidad es uno de los conceptos de la física que a primera vista puede parecer cotidiano. No obstante, la interpretación habitual de la velocidad por parte del común, es la de un valor exacto en un instante.
Lejos deser instantánea, la velocidad promedio debería entenderse como tal; ésta es precisamente el promedio del desplazamiento en un determinado intervalo de tiempo. Considerando lo anterior, puede definirse una expresión matemática para representarla.

Tomando en cuenta el anterior planteamiento, una partícula que no se desplaza tendrá una velocidad promedio de cero. La velocidad promedio tendráunidades de Longitud sobre Tiempo (L/T), como se deriva de la expresión matemática. Cabe anotar que la velocidad es una cantidad que depende exclusivamente del desplazamiento, no de la distancia como empíricamente podría pensarse.
La rapidez depende de la distanciaLa rapidez es una cantidad que si está relacionada con la distancia que recorre una partícula, lo cual la hace mucho más cercana alconcepto que habitualmente se tiene de velocidad. En el caso del movimiento en una dimensión, si bien se puede hablar de rapidez promedio, resulta mucho más interesante y práctico analizar su comportamiento en instantes infinitesimales de tiempo, es decir en instantes.
Rapidez y velocidad instantáneasUn análisis como el anterior, que solo fue posible una vez los científicos pudieron aplicar los...