La Física estudia los fenómenos que se producen debido a las interacciones que se dan entre sistemas que se encuentran situados en un lugar del espacio en cada instante

Física I - Capítulo 1: Cinemática

Introducción 

La Física trata de los fenómenos que se producen en la Naturaleza (un choque, una explosión, un cambio de la temperatura,...).

Son acontecimientos que les suceden a objetos materiales (sistemas físicos), y se deben a que interaccionan unos con otros.

Cada objeto se encuentra en un lugar del espacio (posición) en cada momento (instante).

Por tanto, la Física estudia los fenómenos que se producen debido a las interacciones que se dan entre sistemas que se encuentran situados en un lugar del espacio en cada instante.

Tenemos así como puntos básicos a tratar:

posición,

instante (tiempo),

interacción,

aplicados a cada         fenómeno físico         concreto.

Empezaremos (capítulo 1) estudiando los dos primeros puntos: posición y tiempo, lo que se llama Cinemática.

Después (capítulo 2) trataremos las interacciones (fuerzas....dinámica).

Una de las características del método científico consiste en abordar los problemas poco a poco, comenzando por situaciones más simples y, cuando ya se domina ese conocimiento, se añade una pequeña complicación. Así podemos conseguir llegar al final a comprender un sistema bastante complicado sin que se nos atragante tanta complejidad en el camino.

El método tiene, como todo, sus pegas. Hay que tener en cuenta que la realidad es muy compleja, y que si imaginamos un sistema más simple, ese no es el real. Pero se le parece, y entre enterarse de algo sencillo a no enterarse de nada complicado es más útil lo primero.

Esto sólo lo pueden hacer los cerebros que dispongan de capacidad de imaginar, o sea de asignar en la mente una realidad a un objeto que en verdad no existe. Por eso hemos podido sobrevivir, hasta ahora, los humanos. (Si alguien quería fabricar un hacha de piedra u organizar una partida de caza, lo primero que tenía que hacer era formarse en su mente una imagen de qué es lo que quería, representar un futuro que aún no existía. Luego el producto no sería tal como lo había imaginado, pero ya le había servido para obtener algo. Eso no lo pueden hacer los demás seres vivos, o por lo menos no con  tanta “imaginación”).

Vamos a aplicar estas ideas al estudio de la Cinemática. Como lo único que por ahora queremos hacer es estudiar la posición en cada instante, prescindiremos de cualquier complejidad del sistema, y lo supondremos un sólo punto. Los puntos no existen, pero podemos imaginarlos. Ya los agrandaremos más adelante para acercarnos a la situación real.

1. Sistemas de referencia espacial y temporal. Sistema de referencia cartesiano.

La posición:

Al lugar que ocupa un sistema en el espacio le llamamos su posición.

A cada instante corresponderá una posición, que puede ser la misma (sistema en reposo) o variar (sistema en movimiento).

Para indicar dónde y cuándo está un objeto necesitamos referencias. Esto lo utilizamos constantemente en nuestra vida diaria. "Está encima y a  la derecha del frigorífico". "Se fue cuatro días antes de que tú vinieras" Para que la persona a la que se le da esta información se entere de algo tiene que saber dónde está el frigorífico (sistema de referencia espacial) y cuándo vino él (sistema de referencia temporal).

En la física se hace lo mismo, sólo que, para ser más efectivos en nuestro manejo de datos y deducciones hay que buscar una forma de lenguaje más adecuada: matemáticas.

Las posiciones quedan bien definidas si elegimos como sistema de referencia un punto en el que se cruzan tres líneas perpendiculares. La posición quedaría definida por tres valores que, mientras no necesitemos indicar un caso concreto, señalaremos como (x, y, z).

Las letras x, y , z se denominan variables o coordenadas, y están ahí a la espera de que en cada caso concreto sean sustituidas por números.

Cada recta tiene dos partes, separadas por el punto central en que se cruzan las tres.

Hay que ponerse de acuerdo en que una de ellas sea la parte positiva y la otra la negativa.

Así que si damos por ejemplo la información (3, -2, 7), [pic 1]todo el mundo sabe dónde está ese objeto. Y si hay otro que tiene las mismas coordenadas es que está en el mismo sitio.

¿Que eso no puede ser? En la realidad no, pero en el mundo imaginario de los puntos sí. Ya habrá ocasión de ponerlos "casi en el mismo sitio", pero no "en el mismo sitio". Pero eso complica las cosas, y por ahora no es lo que conviene.

En resumen, tenemos el sistema de referencia que llamamos cartesiano, y es el que utilizaremos habitualmente.

Pero no olvidemos que el sistema de referencia es una elección arbitraria, que pretende ser útil y cómoda. Esto supone que en otros casos puede convenir cambiar a otro sistema de referencia, como veremos más adelante.

El tiempo:

Cada posición estará asociada a un instante de tiempo (variable t o coordenada temporal).

Así que el cuarteto ordenado (x, y, z, t) nos dice dónde está cada cosa en cada momento.

¿Es indispensable que el cuarteto sea ordenado?

¿Qué quiere decir (2, -3, 4, 7)?

¿Es lo mismo (7, 2, -3, 4)?

¿Tendría sentido la información (3, 1, 2, -5)?

(Debe estar siempre seguro de que sabe responder bien a todas las preguntas. Si tiene cualquier duda es ahora cuando hay que preguntarlas).

La posición y el tiempo:

Las posiciones de un móvil quedarán determinadas por tanto dando una lista de datos de los cuartetos ordenados.

¿Cómo se proporciona esa lista? :

Mediante tablas, gráficas y ecuaciones.

Si alguna de las variables no cambian, por ejemplo si el móvil sólo se desplaza sobre un eje, podemos ahorrarnos escribir esas variables, y sólo tendríamos un par o un trío ordenado.

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