CINEMÁTICA

TEMA 1: MOVIMIENTO EN UNA DIRECCIÓN

OBJETIVO: distinguir, reconocer y aplicar los diferentes tipos de movimientos en diferentes áreas del conocimiento.

Parte de la mecánica que trata del movimiento en sus condiciones de espacio y tiempo, sin tener en cuenta las causas que lo produce. El movimiento es uno de los fenómenos físicos más evidentes, al ser fácilmente observable. Su estudio nos permite entender la circulación de objetos como trenes, coches y aviones. Pero también nos sirve de base para el estudio de otros menos comunes, como satélites, planetas, estrellas entre otros. 

MOVIMIENTO RECTILÍNEO UNIFORME (MRU)

Movimiento: un cuerpo tiene movimiento si cambia de posición a través del tiempo.

Rectilíneo: un movimiento tiene una trayectoria rectilínea si se mueve a lo largo de una línea recta.

Uniforme: se refiere a que el cuerpo que se mueve avanza, o retrocede, la misma distancia en cada unidad de tiempo. También se puede decir que se refiere a que el cuerpo que se mueve lo hace con velocidad constante.

El movimiento rectilíneo se caracteriza por:

a. Movimiento que se realiza en una sola dirección en el eje horizontal.

b. Velocidad constante, implica magnitud y dirección inalterables.

c. La magnitud de la velocidad recibe el nombre de rapidez.

MOVIMIENTO RECTILINEO UNIFORMEMENTE ACELERADO (MRUA)

En este tipo de movimiento sobre la partícula u objeto actúa una fuerza que puede ser externa o interna. En este movimiento la velocidad es variable, nunca permanece constante; lo que sí es constante es la aceleración. Entendemos como aceleración la variación de la velocidad con respecto al tiempo. Pudiendo ser este cambio en la magnitud, en la dirección o en ambos. 

TEMA 2: CAÍDA DE LOS CUERPOS

OBJETIVO: Establecer características de un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado.

Definición: la caída libre es un movimiento vertical en el cual la aceleración del objeto es la gravedad.

a = - g

TEMA 3: MOVIMIENTO DE PROYECTILES

OBJETIVO: Analizar las características de un tiro parabólico y aplicarlo en la solución de ejercicios.

Definición: El movimiento parabólico puede clasificarse así:

a.     Movimiento semiparabolico (lanzamiento horizontal), considerado como la  composición de un avance horizontal rectilíneo uniforme y la caída libre.

b.    Movimiento parabólico completo considerado como la composición de un avance horizontal rectilíneo uniforme y un lanzamiento vertical hacia arriba, que es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado hacia abajo por la acción de la gravedad. 

MATERIAL DE ESTUDIO:

TEMA N° 4: MOVIMIENTO CIRCULAR

OBJETIVO: Analizar las características de un movimiento circular, tanto uniforme como con aceleración angular constante.

Cuando un cuerpo se desplaza de tal forma que su trayectoria es una circunferencia, y su rapidez permanece constante, decimos que realiza un (MCU). ¿Cómo puede lograrse este movimiento?

Indudablemente, debe ser acelerado, puesto que cambia la dirección de la velocidad en cada punto de la trayectoria, más no su valor (figura 1). Para que esto suceda, la aceleración debe ser perpendicular, en cada punto a la dirección de la velocidad; la velocidad no es constante, entonces, porque su dirección varia, aunque apunta siempre hacia el centro del círculo. Esta aceleración se conoce con el nombre de aceleración centrípeta. Calculemos su valor.

La aceleración en el movimiento circular, está dada por la relación: a = v² / R, donde v es la rapidez y R el radio de la circunferencia descrita. El efecto de la aceleración centrípeta es pues cambiar continuamente la dirección de la velocidad del movimiento sin alterar su valor. 

También es útil saber cuantas vueltas da un cuerpo en un segundo, o cuánto tiempo emplea en dar una vuelta, para lo cual se definen dos cantidades física: la frecuencia (f) y el periodo (T) respectivamente. Así pues, si un cuerpo da n vueltas en t

ACTIVIDADES PARA REALIZAR 

Tema 1: MOVIMIENTO EN UNA DIRECCIÓN

1. Un automóvil se desplaza con un MRU con una rapidez de 72 km/h; después de 15 min ¿Cuál es la distancia recorrida por este?
2. Un carro de fórmula 1 alcanza velocidades de 325km/h. Esto se debe a que utiliza motores V8 que alcanzan unas 17000 RPM, acompañados de una caja de 7 cambios. ¿Qué distancia recorre el carro en 3 seg?
3. El pasado 15 de febrero de 2013, ingreso a la atmosfera de la tierra un meteorito cuya velocidad aproximada fue de 54000km/h, ¿Cuánto tiempo tarda el meteorito en recorrer 5m?
4. Si un ciclista se mueve a una velocidad de 5m/s y acelera 2m/s², a los 10 seg ¿Cuál es su  velocidad?
5. Un cohete marcha 36km/h y al cabo 30 segundos su velocidad es de 72km/h. ¿Cuál ha sido su aceleración?
6. Un automóvil parte de la ciudad con una velocidad de 85 km/h que suponemos constante a lo largo de todo el trayecto. A. Represente el diagrama x- t correspondiente al movimiento. B. Halle el tiempo necesario para recorrer 95 km.
7. Un Boeing 727 necesita alcanzar como mínimo una velocidad de 360 km/h para iniciar el despegue. Si estando parado comienza a rodar, y tarda 25s, en despegar. Determine la aceleración, supuesta constante, que proporcionan los motores del avión.
8. En la publicidad de un vehículo indica que es capaz de alcanzar los 100 km/h, partiendo del reposo y acelerando uniformemente, en 10 s. ¿Cuál es el valor de la aceleración? ¿Qué distancia recorre hasta alcanzar esa velocidad?
9. Un auto que circula con una velocidad de 20 m/s frena, deteniéndose en 10s. A. ¿Qué aceleración se ha ejercido? B. ¿Qué velocidad posee a los 5s de iniciada la frenada? C.¿En qué instante su velocidad será 2m/s?
10. Para la gráfica interpreta como ha variado la velocidad traza el diagrama v = f(t) y Halla la distancia recorrida en base al diagrama.

Tema 2: CAÍDA DE LOS CUERPOS

1.    Una piedra se deja caer sobre un pozo con agua y a los 2 segundos se escucha el impacto de la piedra sobre el agua. ¿Cuál es la profundidad del pozo?

2.     Una pelota se lanza verticalmente hacia arriba con una velocidad de 30m/s, al cabo de 2s. a. ¿Qué velocidad lleva la pelota? b. ¿Qué altura alcanza en ese momento? c. Al cabo de cuánto tiempo se detiene la pelota para empezar a caer?

3.    Se lanza un objeto hacia arriba en dirección vertical con una velocidad de 100m/s desde el techo de un edificio de 50m de altura. ( g = 10m/s²). A. ¿Cuál es la altura máxima que alcanza el objeto sobre el suelo? B. ¿Cuál es el tiempo necesario para alcanzar la altura máxima?

4.     Un método que puede utilizarse para determinar la profundidad de un abismo consiste en dejar caer una piedra y contar el tiempo que transcurre hasta que se oye su choque con el fondo. Suponga que realizada la experiencia hemos obtenido un tiempo de 4s. Calcule la profundidad del abismo, despreciando el tiempo que tarda el sonido en llegar a nuestros oídos y sin despreciarlo. La rapidez del sonido es de 340 m/s.

5.    Se lanza verticalmente hacia arriba un cuerpo con una velocidad de 30 m/s. Determine: a. La posición que ocupa y velocidad al cabo de 1s. b. Altura máxima que alcanza y el tiempo empleado. c. Velocidad cuando llega al suelo y tiempo total empleado.

Tema 3: MOVIMIENTO DE PROYECTILES

1. Dibuja la trayectoria seguida por un proyectil que se lanza con determinada velocidad formando determinado ángulo, con la horizontal. Dibuja sobre ellas el vector velocidad en el punto de salida, el más alto y el punto más bajo de la trayectoria. En los mismos puntos dibuja el vector aceleración. 
2.  Explica esta afirmación: un proyectil alcanza la mayor distancia horizontal posible solo si las componentes de la velocidad vertical y horizontal son iguales.
3. Un portero de un equipo de fútbol dispara un balón con una velocidad de 20 m/s, siendo la inclinación con la que sale la pelota de 30° (con respecto a la horizontal). Dependiendo los efectos del rozamiento y del viento, determine: a. Realice una gráfica que represente la situación anterior y representa el vector velocidad en 3 puntos diferentes. b. El tiempo durante el cual el balón está en el aire. c. El alcance del lanzamiento. d. La altura máxima que alcanza el balón en el trayecto.

Tema N° 4: MOVIMIENTO CIRCULAR

1. ¿Por qué las ruedas traseras de un tractor giran con menor velocidad angular que las ruedas delanteras?
2.  Un disco gira a 120 rpm, calcula el tiempo que tarda en dar una vuelta.
3. Un tocadiscos gira a 35 revoluciones por minuto (rpm), lo cual significa que describe 35 vueltas en un minuto. a. Calcula la velocidad angular en unidades del SI. b. Si el radio del disco es 10 cm, determina la velocidad lineal de un punto situado en el borde del disco.
4. Una partícula recorre una trayectoria circular de radio 5m con una rapidez contante de 15 m/s. Calcule la aceleración centrípeta y su velocidad angular.

BIBLIOGRAFÍA

·         SEARS, F. ZEMANSKY, M. YOUNG, H. (2004). Física Universitaria. México: Pearson Education.

·         BAUTISTA BALLÉN, M. GARCÍA ARTEAGA, E. CARRILLO CHICA, E. (2001). Física I. Bogotá: Editorial Santillana.

·         ZALAMEA, E. RODRÍGUEZ, J. PARÍS, R. (1995). Física 10. Bogotá: Educar Editores.

·         VILLEGAS RODRÍGUEZ, M. RAMÍREZ SIERRA, R. (1999). GALAXIA 10. Bogotá: Editorial voluntad.