Tema 6. LOS MOVIMIENTOS
1. El movimiento
La cinemática es la parte de la Física que describe el movimiento de un objeto sin ocuparse de las causas que lo producen.
Un cuerpo se mueve (móvil) cando cambia de posición respecto a un sistema de referencia, que es un punto a partir del cual se describe el movimiento. Se suele considerar a la Tierra como un sistema de referencia absoluto para movimientos de duración muy inferior a 24 h y para desplazamientos mucho menores que su radio.
Sin embargo, dos observadores en distintos sistemas de referencia, pueden describir de distinta forma el movimiento del cuerpo. Esta discrepancia entre la observación de los movimientos se denomina relatividad del movimiento, cuyo principio establece que no existen movimientos absolutos.
2. Elementos que describen el movimiento
2.1 Trayectoria, posición, distancia recorrida y desplazamiento
· La trayectoria es el camino recorrido por un móvil, es decir, la línea que une todos los puntos que ha ido ocupando dicho móvil. En los movimientos rectilíneos la trayectoria es una línea recta, mientras que, en los circulares, el móvil describe una circunferencia.
· La posición (x) de un móvil es el punto, sobre la trayectoria, que va ocupando el móvil durante el movimiento.
· La distancia recorrida (s) es la longitud medida sobre la trayectoria.
· El desplazamiento mide la variación entre dos posiciones; el desplazamiento total es la variación entre la posición inicial y la final de un movimiento:
Δx = xf - xi
6.1 | Calcula, en ambas situaciones, la distancia recorrida en todos los tramos posibles y el desplazamiento total.
6.2 | En una carrera de cien metros lisos, un corredor sale y llega a la meta. Si se sitúa el origen del movimiento en el punto de salida, calcula su desplazamiento.
6.3 | Un nadador se lanza a la piscina olímpica (50 m de longitud) para nadar los cien metros libres. Llega al final del primer largo y gira nadando hasta la meta. Tomando como origen el punto de salida, determina las posiciones inicial y final del nadador, el desplazamiento y el espacio recorrido.
2.2 Velocidad
La velocidad (v) es una magnitud que informa de la rapidez de un movimiento, es decir, el el cambio de posición con el tiempo empleado en ello. Su unidad en el S.I. es m/s.
La velocidad media es el cociente entre el espacio recorrido sobre la trayectoria y el tiempo empleado en recorrerlo:
6.4 | Completa la siguente tabla:
6.5 | Comprueba que para pasar velocidades de m/s a km/h basta con multiplicar por 3,6. Comprueba también lo contrario.
6.6 | Ordena de mayor a menor las siguientes velocidades medias:
a) La luz, que se mueve en el vacío a 300 000 km/s.
b) Un ciclista recorre 100 m en 7 segundos.
c) El guepardo alcanza los 114 km/h.
d) Usain Bolt que tardó 9,63 s en recorrer 100 m en los JJOO de Londres.
3. Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)
Un movimiento rectilíneo uniforme (MRU) es el que realiza un móvil cuando describe una trayectoria recta a velocidad constante.
3.1 Gráficas del MRU
Las gráficas que representan un MRU son las siguientes:
6.7 | Explica el movimiento que representa la siguiente gráfica y calcula la velocidad media de cada tramo, tanto en km/h como en m/s.
6.8 | Un conductor circula a velocidad constante, recorriendo 90 m en 3 segundos.
a) ¿Habrá que multar a dicho conductor si el límite está en 120 km/h?
b) Realiza una tabla en la que se especifique la posición en 0, 3, 6, 9 y 12 s.
c) Elabora una gráfica a partir de la tabla anterior.
4. Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)
Un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) es el que realiza un móvil cuando describe una trayectoria recta a una aceleración constante.
4.1 Aceleración
La aceleración media (a) es una magnitud que mide el cambio de velocidad por unidad de tiempo. Su unidad en el S.I. es el m/s2.
6.9 | Un automóvil eléctrico es capaz de pasar de 0 a 100 km/h en 11,4 segundos. Halla su aceleración media.
6.10 | Un motorista circula a una velocidad de 10 m/s cuando acelera hasta que, al cabo de 5 s, va a 15 m/s. ¿Cuál es la aceleración del motorista? ¿Cuál es la aceleración si después de ir a 15 m/s para en 10 s?
4.2 Gráficas del MRUA
6.11 | Explica el movimiento que representa la siguiente gráfica y calcula la aceleración media de cada tramo.
4.3 Movimiento en caída libre
El movimiento de caída libre es un caso particular de MRUA en el que la aceleración está dirigida hacia abajo y tiene un valor constante en la superficie terrestre de: a = g = 9,8 m/s2 y se denomina aceleración de la gravedad.