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Guía 2: “Cinemática I”

De nuestra experiencia reconocemos que el movimiento representa un cambio continuo en la posición de un objeto. En física podemos clasificar los movimientos en tres tipo: de traslación, de rotación y vibratoria. El auto que avanza en la carretera, es un ejemplo de movimiento de traslación, el giro de la Tierra sobre su eje un ejemplo de movimiento rotacional yel movimiento de vaivén de un péndulo un movimiento vibratorio. En esta parte, analizaremos el movimiento de traslación.

En nuestro estudio del movimiento de traslación, usamos lo que se llama modelo de partícula y describimos el objeto en movimiento como una partícula independiente de su tamaño. En general, una partícula es un objeto semejante a un punto, es decir, un objeto con masa,pero que tiene tamaño infinitesimal.

Posición, velocidad y aceleración de una partícula

1.1 Posición, recorrido y desplazamiento

El movimiento de una partícula se conoce por completo si la posición de la partícula en el espacio se conoce en todo momento. La posición de una partícula es el lugar de la partícula con respecto a un punto de referencia escogido que podemos considerar comoel origen de un sistema de coordenadas. En nuestro caso, en una dimensión, hablaremos sólo de una coordenada[1].

[pic]
Si la partícula está en movimiento, esta sufre cambios en su posición. Para ello se define el desplazamiento de una partícula como la variación de la posición en algún intervalo de tiempo. Cuando de mueve de una posición inicial [pic] a una posición final [pic], eldesplazamiento está dado por [pic]. Usamos la letra griega delta ([pic]) para denotar el cambio de una cantidad. Por lo tanto, escribimos el desplazamiento, o cambio de posición de la partícula como

[pic]

De esta forma vemos que el desplazamiento es positivo, si la posición final es mayor que la inicial, y negativo, si la posición final es menor que la inicial.
Es muy importante reconocer ladiferencia entre desplazamiento y distancia recorrida. Distancia es la longitud de una trayectoria seguida por una partícula. Considere, por ejemplo, los jugadores de baloncesto. Si un jugador corre desde su propia canasta hasta la canasta del otro equipo y luego regresa a su propia canasta, el desplazamiento del jugador durante este intervalo de tiempo es cero, porque terminó en el mismo punto dondearrancó. Durante este intervalo, sin embargo, cubrió una distancia del doble de la longitud de la cancha de baloncesto.

El desplazamiento es una magnitud vectorial, ya que posee magnitud (la diferencia entre la posición inicial y final), dirección (la línea que una los puntos inicial y final) y sentido (desde la posición inicial a la final). Mientras que, la distancia recorrida es un escalar,ya que sólo posee el valor de la longitud de la distancia, o sea, solamente magnitud.

1.2 Velocidad y rapidez

En la misma magnitud de la variación de la posición, pueden tener distintos intervalos de tiempo. Una forma de comparar estos diferentes movimientos es dividir el desplazamiento [pic]entre el intervalo de tiempo [pic]. Ésta recibe el nombre: velocidad promedio. Supongamos que unapartícula en un tiempo [pic] está en la posición inicial [pic], y posteriormente en un tiempo [pic]está en la posición final [pic]. La velocidad promedio [pic]de una partícula se define como el desplazamiento de la partícula,[pic], dividido entre el intervalo de tiempo, [pic], durante el cual ocurre este desplazamiento[2]:

[pic]

Vemos que la definición tiene dimensión de longitud dividida porel tiempo (L/T), metros por segundo en S.I.

El signo de la velocidad promedio de una partícula que se mueve en una dimensión puede ser positivo o negativo, dependiendo del signo del desplazamiento[3].
En la vida cotidiana, los términos de velocidad y rapidez son intercambiables. En física, sin embargo, existe una clara distinción entre estas dos cantidades. Considere un corredor de...