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SISTEMA DE REFERENCIA
SISTEMA DE REFERENCIA
Decir que un objeto está en reposo o movimiento sin más es incorrecto. Imagina la siguiente situación. Estáis tú y tu padre en el vagón de un tren, sentados en vuestros respectivos asientos de camino a la playa.
Para tu padre, tú sigues en la misma posición respecto de él. Luego para tu padre, estás en reposo, porque no te has movido respecto a su posición.
Sin embargo, para la gente que observa el tren desde fuera, ambos estaréis en movimiento, pues respecto de esta gente vuestra posición está cambiando.
RECURSO TIC
Es decir, no basta con decir que algo está en reposo o en movimiento. Es necesario especificar respecto de qué. Y ese respecto de qué, es lo que se conoce como sistema de referencia, y el sitio respecto este es la posición. Vamos a ver dos definiciones formales:
Un sistema de referencia es un lugar, llamado origen del sistema, junto con la forma de localizar un objeto respecto de él.
El origen es desde donde se observa el movimiento. Puede ser la persona A que observa a la B, la persona C que observa a la persona B, o el Sol que te observa como te mueves a su alrededor).
La forma de localizar el objeto puede ser una distancia y un ángulo (coordenadas polares), dos distancias (coordenadas cartesianas, x e y), o tres distancias (coordenadas cartesianas, x, y y z).
Elegir un sistema de referencia puede implicar que los planteamientos físicos sean desde muy simples a muy complejos. Observa la animación mostrada en el vínculo de la derecha. Si consideramos los ejes X e Y del sistema de referencia como de costumbre, el punto P (mostrado de verde) variará su posición tanto en su coordenada X como en su coordenadas Y. Sin embargo, con solo girar el sistema de referencia hasta los 26º, el estudio del movimiento se simplifica al estudio de una sola coordenada, la X, resultando la coordenada Y siempre de valor cero. ¡REFLEXIONA SOBRE ESTO!
COORDENADAS CARTESIANAS
COORDENADAS POLARES
Por ello, es importante no solo decir si algo está o no en movimiento, sino especificar “respecto a qué”. Nosotros ahora estamos en reposo respecto al asiento donde estamos sentados, pero estamos sobre un planeta que se mueve alrededor del Sol, por lo que respecto al Sol estaremos en movimiento.
Un sistema de referencia, por tanto, es un punto, llamado origen del sistema, junto con una forma de localizar un objeto respecto de él.
El origen es desde donde se observa el movimiento. Puede ser la persona A que observa a la B, la persona C que observa a la persona B, o el Sol que te observa como te mueves a su alrededor).
La forma de localizar el objeto puede ser una distancia y un ángulo (coordenadas polares), dos distancias (coordenadas cartesianas, x e y), o tres distancias (coordenadas cartesianas, x, y y z).
La posición de un objeto, en un momento dado, es el lugar en el que se encuentra el objeto en dicho momento.
Entonces, para que pueda decirse que un objeto está en movimiento, debe poder decirse que dicho objeto está cambiando su posición.
POSICIÓN
POSICIÓN
La posición de un cuerpo es la situación del mismo respecto al origen, establecido a través del sistema de referencia.
MOVIMIENTO. Para que un cuerpo se considere en movimiento RESPECTO A UN SISTEMA DE REFERENCIA, debe variar su posición respecto de dicho sistema de referencia a medida que transcurre el tiempo.
REPOSO. Para que un cuerpo se considere en reposo RESPECTO A UN SISTEMA DE REFERENCIA, su posición debe permanecer inalterada respecto de dicho sistema de referencia a medida que transcurre el tiempo.
Ejemplo. En un sistema de referencia de coordenadas cartesianas en el plano (dos dimensiones), la posición vendrá dada por las coordenadas x e y.
TRAYECTORIA
TRAYECTORIA
Si un cuerpo cumple las condiciones de estar en movimiento, se define TRAYECTORIA como la unión de todas las posiciones del cuerpo a lo largo del tiempo que ha permanecido en movimiento.
Algunos tipos de movimiento según la trayectoria que describe el cuerpo son:
Movimiento rectilíneo. Es el movimiento de un cuerpo sobre una línea recta.
Movimiento circular. Es el movimiento de un cuerpo por una circunferencia. Este movimiento tiene un eje y todos los puntos por los que pasa la partícula se encuentran a una distancia constante (r) del eje.
Movimiento parabólico. es el movimiento de una partícula o cuerpo rígido describiendo su trayectoria una parábola. Por ejemplo, el balón de fútbol cuando es chutado por un jugador y cae al suelo es un movimiento parabólico.
Movimiento oscilatorio. Es un movimiento periódico en que el móvil recorre sucesivamente por una distancia máxima a una mínima respecto al centro de oscilación. El caso más famoso es el péndulo.
Movimiento circular
Movimiento parabólico
Movimiento oscilatorio
ESPACIO RECORRIDO Y DESPLAZAMIENTO
ESPACIO RECORRIDO Y DESPLAZAMIENTO
El espacio recorrido (e) es la distancia medida sobre la trayectoria, que separa el punto inicial (s0) del punto final (sf) del trayecto estudiado.
e=sf-s0
El desplazamiento (r) es la distancia en línea recta que separa la posición inicial (x0) de la posición final (xf).
r=xf-x0
De esta representación puede deducirse que el espacio recorrido (expresado como Δ s) es siempre mayor o igual al desplazamiento (expresado como |r|).
Ambos, espacio recorrido y desplazamiento, coincidirán únicamente en movimientos rectilíneos sin cambio de sentido. Ahí se cumple:
e=r=sf-s0 = xf-x0
Aunque no lo parezca, si un movimiento comienza y termina en la misma posición, el desplazamiento será cero, mientras que el espacio recorrido será la distancia medida sobre la trayectoria.
RAPIDEZ MEDIA E INSTANTÁNEA
RAPIDEZ MEDIA E INSTANTÁNEA
La rapidez media resulta de dividir el espacio recorrido entre el tiempo que se invierte en recorrerlo. Matemáticamente:
En el SI, la rapidez media se expresa en metros partidos por segundo, m/s.
Que un móvil describa un movimiento con una determinada rapidez media no significa que haya ido siempre a la misma velocidad. Unas veces irá más lento, por ejemplo, cuando un vehículo se mueve por una ciudad, y otras veces irá más rápido, por ejemplo, cuando el mismo vehículo se mueve por la autovía.
La rapidez instantánea es aquella que lleva el cuerpo en movimiento en un instante determinado, es decir, cuando el intervalo de tiempo es infinitamente pequeño (lo que viene siendo un instante). En el caso de un coche, es la velocidad que marca el velocímetro del vehículo.
ACELERACIÓN
ACELERACIÓN
La aceleración es una magnitud que informa cómo cambia la velocidad de un móvil. La velocidad, como es una magnitud vectorial (que se describe mediante vectores), puede cambiar tanto en valor (lo que conocemos como rapidez), como en dirección y sentido. Por tanto, la aceleración da cuenta de todos estos cambios. Aparece entonces dos conceptos:
Aceleración tangencial, que informa de la variación de la rapidez
Aceleración normal, que informa de la variación de la dirección y sentido de movimiento (no lo vamos a ver en este curso, pero sí en el siguiente).
Se define como aceleración tangencial (en este curso simplemente aceleración) como el cociente entre la variación de la rapidez y el intervalo de tiempo en el que se produce. Matemáticamente:
En el SI, la aceleración tangencial se expresa en m/s2, ya que:
Observa que:
- Si v2>v1, la aceleración es positiva, luego el móvil se mueve cada vez con mayor rapidez (acelera).
- Si v2<v2, la aceleración es negativa, luego el móvil se mueve cada vez más lentamente (frena).
- Si v2=v1, la aceleración es nula, luego el móvil se mueve siempre a la misma velocidad, y el movimiento se dice que es uniforme.
En situaciones en las que un cuerpo cambie su velocidad, es decir, que exista una aceleración uniforme (siempre la misma aceleración), puede surgir la necesidad de calcular la velocidad media de todo el proceso de aceleración o frenado. Esta velocidad media, que corresponderá con la anteriormente vista, se calcula simplemente como media aritmética de las velocidades de inicio y fin:
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