El movimiento rectilíneo uniforme
Por Enrique Hernández Gallardo
Introducción
Sabemos que todo en el universo se encuentra en un constante movimiento. El planeta tierra, por ejemplo, realiza un movimiento de traslación alrededor del Sol y un movimiento de rotación sobre su propio eje. En la naturaleza el aire y el agua están en movimiento continuo. Por su parte, los seres vivos también describen diversos tipos de trayectorias al desplazarse de un lugar a otro.
El movimiento puede seguir trayectorias muy diversas, por ejemplo, en línea recta, circulares, elípticas o completamente irregulares.
Figura 1. Goose Fair Roundabout (Wikimedia, 2006).
Evento:
Carrusel
Tipo de movimiento:
Circular
Figura 2. Grayson Running the Curve (Wikimedia, 2010).
Evento:
Carrera de 100 metros planos
Tipo de movimiento:
Rectilíneo
Figura 3. Terra-equinox-solstice-ES (Wikimedia, 2012).
Evento:
Movimiento de traslación de la Tierra
Tipo de movimiento:
Elíptico
Antes de comenzar con el estudio del movimiento, es necesario ubicar este conocimiento dentro del campo de estudio de la física.
Se llama mecánica a la rama de la física encargada de estudiar los movimientos y estados de los cuerpos.
La mecánica se clasifica en:
a. Cinemática. Estudia los diferentes tipos de movimiento sin considerar las causas que lo producen.
b. Dinámica. Estudia las causas que originan el movimiento de los cuerpos. La estática, que analiza las condiciones que de los cuerpos en reposo, queda comprendida dentro del estudio de la dinámica.
Conceptos básicos
En el estudio del movimiento existen algunos conceptos que deben quedar claramente entendidos para poder comprender sus leyes y resolver problemas. Éstos son los siguientes:
• Distancia: es una magnitud escalar, ya que sólo interesa saber cuál fue la magnitud de la longitud recorrida.
• Desplazamiento: es una magnitud vectorial ya que corresponde a una distancia particular entre dos puntos: el de partida y el de llegada.
• Rapidez: es una magnitud escalar que únicamente indica la magnitud de la velocidad.
• Velocidad: es una magnitud vectorial, pues se requiere señalar su magnitud, dirección y sentido. Se puede ejemplificar con el desplazamiento realizado por un móvil, dividido entre el tiempo que tarda en efectuarlo.
tiempo
velocidad posición final - posición inicial
=
t d v d
f−
i=
• Aceleración: es la variación de la velocidad de un móvil en cada unidad de tiempo.
tiempo
inicial velocidad -
final velocidad aceleració = n
t v a v
f−
i=
En el sistema internacional tienen las siguientes unidades:
• Tiempo : segundos [s]
• Desplazamiento : metros [m]
• Velocidad : metros por segundo [m/s]
• Aceleración : metros por segundo cuadrado [m/s2]
Movimiento rectilíneo uniforme (M.R.U)
Es el movimiento en donde la velocidad permanece constante. Esto implica que al no haber cambio de velocidad, la aceleración vale cero.
Sin embargo en la mayoría de los movimientos la velocidad no permanece del todo constante,
probablemente el móvil experimente dos o más magnitudes de velocidades distintas, por esta razón es necesario considerar el concepto de velocidad media o velocidad promedio.
La velocidad media la obtendremos al dividir el desplazamiento total entre el tiempo total,
t v = d
--- (1) Y, para este caso consideramos a la aceleración como cero.
=0
a --- (2)
Gráfica del MRU
Despejando el desplazamiento de la ecuación (1) tenemos:
x = vt
, puesto que la velocidad esconstante, ésta función es una línea recta que pasa por el origen, donde
t
es la variable independiente yx
la variable dependiente.
Figura 4. Gráfica de la velocidad. Figura 5. Gráfica de la aceleración.
A continuación se presentan algunos ejemplos:
1. Un atleta recorre 3,000 metros en un tiempo de 600 segundos. ¿Cuál es su rapidez?
Solución
Recordemos que la rapidez es la magnitud de la velocidad. Otra cosa importante al resolver un problema es verificar las unidades, en este caso, la distancia y el tiempo están expresados en unidades del Sistema Internacional.
Datos Fórmula Desarrollo Resultado
? 600
3000
=
=
= v
s t
m d
t v = d
Sustituyendo valores
s v m
600
= 3000
La rapidez es de s
m v=5 /
2. Encontrar la velocidad de un automóvil cuyo desplazamiento es de 8 km al norte en 5 minutos.
Expresar el resultado en m/s.
Solución
Antes de realizar los cálculos debemos hacer la conversión de unidades.
m km
d = 8 = 8 , 000
s s
t 300
min 1 min 60 5 min
5 =
=
=
Ahora sí aplicamos la fórmula.
Datos Fórmula Desarrollo Resultado
? 300
000 , 8
=
=
= v
s t
m d
t v = d
Sustituyendo valores
s m v
s v m
/ 67 . 26
300 000 , 8
=
=
La velocidad es de s m
v=26.67 / hacia el norte
Cuando se pida la velocidad es necesario indicar la dirección de la misma, en el caso de la rapidez, sólo se indica la cantidad.
3. Calcula el desplazamiento en metros que realiza un ciclista al viajar hacia el sur a una velocidad de 25 km/h durante 2 minutos.
Solución
s s m
h km
m h
v km 6 . 94 /
60 min 1 min 60
1 1
25 1000 =
=
s t =2min=120
Aplicamos la fórmula
Datos Fórmula Desarrollo Resultado
? 120
/ 94 . 6
=
=
= d
s t
s m
v t
v = d
despejand oSustituyendo valores
) 120 )(
/ 94 . 6
( m s s
d =
El desplazamiento es de d =832.8m hacia el sur
Bibilografía
Hewitt, P. (2007). Física Conceptual (10ª. ed., Victoria Augusta Flores Flores, Trad.). México: Pearson Educación.
Pérez, H. (2008). Física I. México: Grupo Editorial Patria.
Tippens, P. (2007). Física conceptos y aplicaciones (7ª. ed., Ángel Carlos González Ruiz, Universidad Nacional Autónoma de México, Trad.).
México: McGraw-Hill.
Referencias de imágenes
Wikimedia. (2006). Goose Fair Roundabout. Recuperada de
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Goose_Fair_Roundabout.jpg (Imagen de dominio público, de acuerdo a: http://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain).
Wikimedia. (2010). Grayson Running the Curve. Recuperada de
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Grayson_Running_the_Curve.jpg (Imagen publicada bajo licencia Atribución 2.0 Genérica (CC BY 2.0), de acuerdo a: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/2.0/deed.en).
Wikimedia. (2012). Terra-equinox-solstice-ES. Recuperada de
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Terra-equinox-solstice-ES.svg (Imagen de dominio público, de acuerdo a: http://en.wikipedia.org/wiki/Public_domain).
