Cinemàtica

2 | Cinemàtica
En la unitat 1 hem vist que la física és una ciència que estudia alguns fenòmens o canvis que es produeixen en la natura: els anomenats fenòmens físics. La part de la física anomenada cinemàtica estudia un d’aquests fenòmens: el moviment.
Si hi reflexionem una estona, arribarem a la conclusió que el canvi mínim que pot experimentar un cos és el canvi de posició, és a dir, elmoviment. I no només això: també podem descobrir que, en tota la resta de fenòmens físics, sempre hi trobem implicat d’alguna manera un moviment. La conclusió és evident: el moviment és el fenomen més simple i bàsic de la física. És per això que començarem l’estudi d’aquesta ciència precisament per aquest fenomen.
1 | Introducció
Quin interès té per a nosaltres l’estudi de la cinemàtica? Algunespersones se sorprendran de ser capaces de calcular coses com ara l’altura a què arribarà un cos quan el llancem a una velocitat determinada, el punt exacte en què caurà, el temps que durarà el vol del cos, etc. En canvi, d’altres pensaran que la majoria de nosaltres, incloent-hi els enginyers i els científics, mai no necessitarem fer aquesta mena de càlculs, de manera que es preguntaran per què calque aprenguem a fer-los ara.
Quan els físics estudien un fenomen, no es limiten a descriure’l en el llenguatge habitual. En l’estudi de la cinemàtica, per exemple, es defineixen conceptes (sistema de referència, mòbil puntual, trajectòria, desplaçament, velocitat mitjana, acceleració instantània, etc.) i s’expressen de forma matemàtica les relacions entre els uns i els altres.
Aquestaformalització, o acció de donar forma a la idea del moviment, en la física s’ha de fer amb una precisió i un rigor superiors als del llenguatge comú. Una bona formalització és essencial en l’estudi de qualsevol fenomen físic, perquè en facilita enormement la descripció, la comprensió de les causes i la predicció de les conseqüències. Una part de la física especialment adequada per comprendre un mètode detreball tan eficaç i per entrenar-se a fer-ne ús és la cinemàtica.

2 | C aràcter relatiu del moviment: el sistema de referència
Diem que un cos es mou quan canvia de posició amb el pas del temps. El cos que es mou l’anomenem mòbil. El fet que el mòbil canviï de posició significa que varia la seva distància respecte d’un altre o uns altres cossos (Fig. 1).
Quan varia la distància entre dos cossos A iB podem dir indistintament que A es mou en relació amb B o que B es mou respecte de A.
Si un passatger d’un tren diu que «un arbre passa davant de la finestreta» no utilitza cap metàfora. Des del punt de vista físic és tan cert que l’arbre està en moviment respecte al tren, com que el tren està en moviment respecte a l’arbre. Totes dues afirmacions signifiquen el mateix: que la distància entre eltren i l’arbre canvia.
Per expressar que el moviment d’un cos s’ha de definir necessàriament en relació amb un altre cos o uns altres cossos es diu que tot moviment és relatiu.
El cos o conjunt de cossos a què referim la posició d’un mòbil s’anomena sistema de referència.
No té cap sentit parlar de moviment si no en coneixem el sistema de referència. Quan no s’esmenta el sistema de referència ésperquè es dóna per suposat. Si una persona que camina pel carrer diu que la seva velocitat és de 6 km/h, entenem que el sistema de referència és el terra sobre el qual camina o, el que és el mateix, la Terra. Però si, en un avió en vol, un passatger afirma que està en repòs, comprenem, sense necessitat de cap més explicació, que el seu sistema de referència és l’avió en què viatja.
Un moviment potser molt complicat o molt senzill segons el sistema de referència que es consideri. Per exemple, els moviments dels planetes són complexos observats des de la Terra; en canvi, es poden descriure d’una manera senzilla si s’agafa com a sistema de referència el Sol, ja que al segle XVIII, l’astrònom Johannes Kepler va descobrir que els planetes descriuen el·lipses al voltant del Sol (Fig. 2).
3 |...