Cinemática de la partícula

Cinemática de la partícula

La mecánica clásica es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y el reposo de los cuerpos, además de su evolución en el tiempo bajo la acción de fuerzas. Esta para su estudio se divide en dos partes: estática y dinámica.

La estática es aquella rama de la mecánica que estudia los cuerpos en reposo, donde estos se caracterizan, ya que su resultante o la suma de sus fuerzas es igual a cero, o sea, no hay movimiento. (Anexo 1. Ejemplo).

Por otro lado, la dinámica estudia los cuerpos en movimiento, en donde esta se caracteriza, porque su resultante es diferente de cero. (Anexo 2. Ejemplo).

La dinámica se fundamenta en la segunda ley de Newton, la cual nos establece que el cambio de movimiento es directamente proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime. Este principio se representa mediante la siguiente formula:

[pic 1]

En donde la aceleración se obtiene de:

[pic 2]

Por lo tanto, si sustituimos tenemos que:

[pic 3]

La dinámica para su estudio abarca dos campos los cuales son cinética y cinemática. En donde la cinemática estudia la geometría del movimiento de un cuerpo, sin considerar las causas que lo originan y se limita principalmente al estudio de la trayectoria en función del tiempo. Como ejemplo podemos tenemos el movimiento rectilíneo uniforme, recorriendo distancias iguales, en tiempos iguales y su aceleración es constante.         

En cambio, la cinética estudia el movimiento de los cuerpos y las causas que lo originan, donde la aceleración y la velocidad son las magnitudes mas habituales con las que se trabaja.

Para que el movimiento se pueda representar se requieren sistemas de referencia, las cuales son un conjunto de convenciones usadas por un observador para poder medir la posición y otras magnitudes físicas de un sistema físico y mecánico. En otras palabras, son un conjunto de coordenadas espacio-tiempo que se requiere para poder determinar la posición de un punto en el espacio. Estos sistemas pueden ser fijos o móviles.

El sistema de referencia fijo es cuando en él no se cumplen las leyes de movimiento de Newton, un ejemplo seria la Tierra, ya que es un movimiento existe con independencia de cualquier relación o comparación. Sin embargo, el sistema móvil es en el que las leyes de movimiento de Newton se cumplen, por lo tanto, la variación lineal del sistema es igual a las fuerzas reales sobre el sistema.

Para poder definir un sistema de referencia se necesita un sistema de coordenadas, un punto de referencia y un instante en el tiempo.

Los sistemas de coordenadas son aquellos que utilizan uno o más números para determinar unívocamente la posición de un punto u objeto geométrico, los cuales pueden ser:

• Sistemas cartesianos: son un tipo de coordenadas respecto a dos o tres ejes perpendiculares entre si que se cortan en un punto llamado origen. (Anexo 3. Imagen).
• Sistemas cilíndricos: son una extensión del sistema de coordenadas polares al espacio tridimensional. (Anexo 4. Imagen).
• Sistemas esféricos: se basa en la misma idea de las coordenadas polares y se utiliza para determinar la posición espacial de un punto mediante una distancia y dos ángulos. (Anexo 5. Imagen).
• Sistemas polares: son sistemas de coordenadas bidimensionales en el que cada punto del plano se determina por una distancia y un ángulo. (Anexo. Imagen).

El movimiento de acuerdo a los sistemas de referencia se analiza mediante los movimientos de rotación y traslación.

El movimiento de rotación se entiende como el movimiento que tienen las partículas en torno a su eje, en cambio el movimiento de traslación que es el movimiento de la partícula a una distancia dada, puede ser rectilíneo que es cuando las partículas que definen el cuerpo detallan trayectorias rectas equidistantes.

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