Apartado II: Cinemática

Os preguntaréis qué es la cinemática. La cinemática es la parte de la física que se dedica al estudio de los cuerpos en movimiento. Esta última palabra es clave para saber de lo que tratará la entrada: movimiento. Los cuerpos se mueven continuamente, aunque suelan estar en reposo. Y en esta entrada, descubriréis como se mueven. En primer lugar, debemos conocer una serie de parámetros cinemáticos, y más tarde daremos paso a los tipos de movimiento y explicaré las fórmulas necesarias para hacer cálculos. De momento, empezamos con lo básico.

Posición: En cinemática, se suele manejar mucho las gráficas, como s-t, y a veces, os pedirán que las comentéis (es muy fácil). Si sabéis lo que es posición, os orientaréis mejor en las gráficas. La posición es el lugar que ocupa un cuerpo respecto a un sistema de referencia (suele ser el origen de coordenadas).

Trayectoria: Es la línea imaginaria que describe un cuerpo al desplazarse. La trayectoria puede corresponderse con el espacio total recorrido, medido en metros (m).

TIPOS DE MOVIMIENTO

-Rectilíneo.
-Curvilíneo.
-Circular.

Desplazamiento: Es lo que se ha desplazado el cuerpo entre dos puntos de un espacio cualquiera. Su vector es el siguiente--> ∆x

La x debe llevar una flecha superpuesta, ya que se trata de un vector.

Velocidad (v): Es la rapidez con que se mueve un determinado cuerpo en la unidad de tiempo. Su unidad en el SI es el metro por segundo (m/s). Es una magnitud vectorial.

La velocidad media se calcula así:

Velocidad instantánea: Es la velocidad de un cuerpo en un instante dado. Se calcula así:Aceleración (a): Es la rapidez con que varía la velocidad de un cuerpo en la unidad de tiempo. Su unidad en el SI es el metro por segundo al cuadrado (m/s²). Es una magnitud vectorial. La unidad, el m/s², sale de realizar la siguiente operación: (m/s) / s ---> m/(s*s)=m/s².

La aceleración media se calcula así:

Aceleración instantánea: Es la aceleración de un cuerpo en un instante dado. Se calcula así:Una vez que ya conocemos los parámetros cinemáticos, damos paso a los tipos de movimientos de los cuerpos:

-Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

El MRU defiende que los cuerpos llevan una velocidad constante al recorrer un espacio y un tiempo determinados. En el MRU no hay aceleración. Para trabajar con Movimiento Rectilíneo Uniforme, se emplean las siguientes fórmulas:

-Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV)

El MRUV defiende que los cuerpos no llevan velocidad constante, y dicha velocidad puede variar. Según varíe la velocidad, podemos definir dos subtipos de movimientos:


Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA), si la velocidad aumenta.

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Retardado (MRUR), si la velocidad disminuye.



En el MRUV sí hay aceleración. Para trabajar con Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado, debemos manejar las siguientes fórmulas:

-Otro tipo de movimiento aparte que voy a describir es el de caída de los cuerpos. Como ya sabéis, la Tierra atrae a cualquier cuerpo con una aceleración de 9,8 m/s². A esta aceleración la llamamos gravedad, g. Para trabajar con el movimiento de caída de los cuerpos, se requiere el uso de las siguientes fórmulas:

Hasta aquí os he explicado todo lo que sé sobre cinemática de 4º de E.S.O. Espero que las fórmulas os resulten fáciles de aprender. Parece que solamente ves letras multiplicándose, sumándose... Pero "en el fondo", esas letras nos dicen más cosas de las que creemos. Además, en Física, las fórmulas son posiblees gracias a las magnitudes y unidades conocidas. Probad a sustituir por unidades las letras de las ecuaciones de la caída libre de los cuerpos. Veréis que en la primera da el metro (m), y en la segunda, que es la de abajo, el metro por segundo (m/s). De esta manera, si sabéis cada unidad, podéis recordar la magnitud perfectamente. Parece que no, pero las fórmulas, si se entienden, se estudian bien y siempre se recuerdan.

Bueno, espero que os haya gustado mi segunda entrada de Física sobre la cinemática. El Apartado III del blog de Física tratará de las interacciones entre los cuerpos, así como las fuerzas a estudiar en dos subapartados: Estática y Dinámica. El Apartado IV tratará de... ¡ya os lo diré!

Apartado I: Sistema Internacional de Unidades

Hola a todas las personas que vean este blog :). Como habéis visto en el título, esta misma entrada tratará del Sistema Internacional (SI), un sistema que pretende recoger las unidades (de medida) que se suelen utilizar en la mayoría del mundo. El SI es aceptado "casi " mundialmente. Estados Unidos, Myanmar y Liberia conservan aún el sistema Imperial (Millas, leguas. pies, pulgadas, etc.). Fue creado en 1960, con el fin de establecer las siete (en principio seis) magnitudes fundamentales, además de reconocer el resto de unidades derivadas. A continuación, os explicaré un poco las unidades presentes hoy día en el Sistema Internacional.
Por un lado están las fundamentales, es decir, "son independientes", y no dependen de ninguna otra unidad. Todo lo contrario son las magnitudes derivadas, dependientes de dos o más unidades. El fin de que escriba como primera entrada el Sistema Internacional es que en Física váis a manejar muchas magnitudes y unidades que os tenéis que aprender. Espero que os guste la entrada =D.

- FUNDAMENTALES

Como he dicho antes, no son dependientes de ninguna otra unidad, y es imprescindible su aprendizaje para después formar las derivadas.

-Longitud (L): Magnitud muy conocida en el mundo, y probablemente una de las más usadas. Su unidad es el metro (m), aunque presente múltiplos y submúltiplos, como el kilómetro (km) o micrómetro (µm). A veces, en problemas de cinemática en física, os puede aparecer espacio (s) o desplazamiento (∆x).

-Masa (m): Otra de estas magnitudes bastante usada en el mundo, sobre todo a la hora de hacer la compra. Su unidad es el kilogramo (kg). En un tiempo, era el gramo (g), pero el SI aceptó su múltiplo, el kg, dado que el gramo era una unidad muy pequeña.

-Tiempo (t): Esta magnitud siempre está presente en la vida de las personas. Su unidad es el segundo (s). También tiene múltiplos y submúltiplos, pero se suelen utilizar otras unidades de tiempo, como el minuto (min) o la hora (h).

1 h -----> 60 min

1 min -----> 60 s

1 h ------> 3600 s

-Temperatura (T): Otra de las magnitudes fundamentales, que se puede medir con un simple termómetro. Su unidad en el Sistema Internacional es el Kelvin (K). Pero esta no es muy usada. En su lugar, se utiliza más el grado centígrado (ºC) o el grado Farenheit en el Sistema Anglosajón (ºF).

-Intensidad de corriente (I): Unidad fundamental perteneciente al campo de la electricidad. Su unidad es el Amperio (A), aunque podéis ver también el miliamperio (mA).

-Intensidad luminosa (J): Unidad fundamental de fotometría en el Sistema Internacional. Su unidad es la candela (cd).

-Cantidad de sustancia (N): Es la última magnitud aceptada en el SI. En 1971, entró a formar parte del grupo de las fundamentales. Su unidad es el mol (mol), y se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como tantos átomos hay en 0,012 kg (12 g) del isótopo de carbono-12 (¹²C).

Hasta aquí las 7 magnitudes fundamentales. A continuación:


-DERIVADAS.

Empezamos por:

-Velocidad (v): Es una magnitud derivada que depende de la longitud y del tiempo, aunque es conocida gracias al mundo automovilístico. Su unidad en el SI es el metro por segundo (m/s), aunque en los coches, se usa el kilómetro por hora (km/h), o para la velocidad de la luz, se habla de kilómetros por segundo (c=300000 km/s).

-Aceleración (a): Antes no he dicho una cosa. La velocidad y la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, que necesitamos saber su módulo y hacia dónde van. La unidad de aceleración es el metro por segundo al cuadrado (m/s²).

-Densidad (ρ): Se define como el cociente entre la masa y el volumen. Unidad en el SI: Kilogramo por metro cúbico (kg/m³).

-Fuerza (F): Otra magnitud derivada vectorial, cuya unidad es el newton (N), definido matemáticamente así:

1 N= 1 kg * 1 m/s²

Otras unidades de fuerza:

-Kilogramo-fuerza o kilopondio (kgf o kp)= Para esta unidad, 1 kp equivale a 9,8 N.

-Dina (dyn): 1 dyn equivale a 10^-5 N.

-Presión (p): Magnitud derivada escalar (no vectorial), cuya unidad en el SI es el newton por metro cuadrado, N/m², llamada Pascal (Pa)*. Podemos definir el pascal de esta manera:

1 Pa = 1 N/ 1 m²

*En presión, siempre se suele hablar de Pascales en vez de newtons por metro cuadrado.

Otras unidades de presión:

-Atmósfera (atm).

-Milímetros de mercurio (mmHg).

Equivalencia:

1 atm = 760 mmHg = 1,013 x 10^5 Pa (101300 Pa)

-Bar: 1 bar equivale a 100000 Pa.

*También habréis oído hablar de milibar (mbar) en el tiempo, aunque también de hectopascales (hPa).


1 mbar-->100 Pa

-Baria: 1 baria equivale a 0,101 Pa.

-Frecuencia (f): Su unidad es el hercio (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. La frecuencia también se puede expresar como segundo a la menos uno (s^-1). Expresión matemática:

f=1/T

-Trabajo y energía (W, E): Su unidad es el julio (J), en honor a James Prescott Joule.

Expresión:

1 J = 1 N * 1 m

Otras unidades de trabajo y energía:

-Kilovatio-hora (kWh): 1 kWh equivale a 3600000 J.

-Electrón-voltio (eV): 1 eV equivale a 1,6 * 10^-19 J.

-Caloria (cal): Equivalencia:

1 J = 0,24 cal

1 cal = 4,18 J

*Ya os pondré la definición de caloría.

-Calor específico (c): Es el calor necesario para que 1 kg de una sustancia eleve su temperatura 1 ºC o 1 K. Unidades: J/kg ºC o J/kg K.

-Calor latente (L): Calor necesario para que 1 kg de una sustancia cambie de estado. Unidades: J/kg o cal/g.

-Potencia (P): Su unidad es el vatio (W). Se define como la potencia necesaria para realizar un trabajo de un julio en un segundo. Expresión:

1 W= 1 J/ 1 s

-Otras unidades de potencia:

-Caballo de vapor (CV): 1 CV equivale a 736 W.

-Carga eléctrica (C): Su unidad es el culombio (C). Expresión:

1 C = 1 A * 1 s

-Resistencia eléctrica (R): Su unidad es el ohmio (Ω). Expresión:

1 Ω = 1 V/ 1 A

-Resistividad: Su unidad es el ohmio por metro (Ω*m).

-Potencial y diferencial eléctrico (V): Su unidad es el voltio (V). Expresión:

1 V = 1 Ω * 1 A

-Ángulo plano (θ): Su unidad es el radián (rad).

*Otra unidad de ángulo es el grado sexagesimal (º), pero el radián es la unidad oficial de ángulo plano en el SI.

-Ángulo sólido (Ω): Su unidad es el estereorradián (sr).

-Flujo luminoso (F): Su unidad es el lumen (lm). Expresión:

1 lm = 1 cd * 1 sr

-Iluminancia (E): Su unidad es el lux (lx). Expresión:

1 lx= 1 lm/ 1 m²

-Capacidad eléctrica (C): Su unidad es el faradio (F), aunque se suele utilizar el microfaradio (µF). Expresión:

1 F = 1 C / 1 V

-Conductancia eléctrica (G): Su unidad es el siemens (S), aunque también sirva el ohmio a la menos uno (Ω^-1). Expresión:

S= 1/Ω

-Flujo magnético (ϕ): Su unidad es el weberio (Wb). Expresión:

1 Wb = 1 V * 1 s

-Densidad de flujo magnético e intensidad del campo magnético (B): Su unidad es la tesla (T). Expresión:

1 T= 1 Wb/ 1 m²

-Inductancia (L): Su unidad es el henrio (H). Expresión:

1 H = 1 Wb/ 1 A

-Actividad radiactiva (A): Su unidad es el becquerelio (Bq).

*Curio (Ci): Antigua unidad de radiactividad.

-Dosis de radiación absorbida: Su unidad es el gray (Gy). Expresión:

1 Gy = 1 J/ 1 kg

*Roentgen (Rg): Unidad que mide el efecto de las radiaciones ionizantes.

-Dosis de radiación absorbida equivalente (E): Su unidad es el sievert (Sv).

-Actividad catalítica: Su unidad es el katal (kat). Expresión:

1 kat = 1 mol/ 1 s

-Otras unidades:

-Velocidad angular (ω): Su unidad es el radián por segundo (rad/s).

-Otras unidades de velocidad angular:

*Revolución por segundo (rps).

*Revolución por minuto (rpm).

-Aceleración angular (α): Su unidad es el radián por segundo al cuadrado (rad/s²).

-Nivel de intensidad del sonido: Su unidad es el decibelio (dB), y es una unidad logarítmica. Es un submúltiplo del belio (B). El dB se suele utilizar en acústica para observar "el nivel del sonido"(es decir, si algo suena muy bajo o muy alto). Como el dB es una unidad logarítmica, su fórmula debe ser:

I(dB)= 10 * log I/I0

donde I0 es el umbral de audición (10^-12 W/m²)(1 pW/m²)

-Acidez o alcalinidad (basicidad): Su unidad logarítmica es el pH (pH), muy útil en el campo de la Química, al determinar sustancias ácidas, básicas o neutras. Se puede medir con el pH-metro, papel indicador, indicadores de pH. o podemos averiguarlo mediante las siguientes fórmulas:

pH = -log [H+]

pOH= - log [OH-]

pH + pOH = 14

-Peso específico (γ): Su unidad es el newton por metro cúbico (N/m³) o kilopondio por metro cúbico en el Sistema Técnico de Unidades (kp/m³).

-Intensidad del sonido o irradiancia (I): Su unidad, en el SI, es el vatio por metro cuadrado (W/m²).

-Sonoridad (S): Su unidad es el fonio (fon).

-Unidad de medida usada en el campo de la telecomunicación: Neperio (Np). Expresión:

1 Np = ln x1/x2

Unidades empleadas en astronomía:

-Unidad astronómica (UA): 1 UA equivale a la distancia entre el Sol y la Tierra (150000000 km).

-Parsec (pc): 1 pc equivale a 3,26 años luz.

-Año luz: Es la distancia que recorre la luz en un año. 1 año luz equivale aproximadamente a 9,5 billones de km.