Movimiento

La Física se ocupa de estudiar un grupo de fenómenos que ocurren en la naturaleza, entre los que se encuentra el fenómeno del movimiento mecánico, o simplemente movimiento. En el presente artículo revisaremos este fenómeno, que es uno de los más simples y conocidos en la naturaleza y en la técnica. Cuando observas el paso de los automóviles por las carreteras, la oscilación de las hojas de los árboles al soplar el viento, el funcionamiento de las diferentes partes de una maquinaria o el ejercicio que realiza tu cuerpo al trasladarte de tu casa a la escuela, estás en presencia del movimiento mecánico. FIGURA 1

Fuente: imágenes prediseñadas Microsoft

Verificamos que un cuerpo está animado de movimiento mecánico cuando cambia su posición con respecto a otros cuerpos. Así, cuando dejamos caer una pelota, observamos cómo, al transcurrir el tiempo, esta se va acercando al piso; es decir, va cambiando su posición con respecto a este. Lo mismo sucede cuando los automóviles, al pasar por las carreteras, cambian su posición con respecto a los árboles y edificios, acercándose a unos y alejándose de otros. Si consideramos esto, podemos concluir que: Movimiento mecánico es el fenómeno que se caracteriza por el cambio de posición de un cuerpo respecto de otros cuerpos, al transcurrir el tiempo. Cuando al pasar el tiempo, un cuerpo no cambia su posición con respecto a otro cuerpo, señalamos que se encuentra en reposo con respecto a este. Por ejemplo: un libro colocado sobre una mesa se encuentra en reposo con respecto a ella. Si analizamos el caso de un pasajero que viaja sentado en un bus, decimos que está animado de movimiento mecánico respecto a la carretera, árboles y edificios, pero que

está en reposo con respecto al autobús, a sus asientos, etc. De modo que el movimiento mecánico o el reposo del pasajero, o de cualquier otro cuerpo, tienen un carácter relativo, es decir, dependen de los cuerpos respecto a los cuales los analizamos (y a los que llamaremos “cuerpos de referencia”). En el ejemplo anterior, son cuerpos de referencia la carretera, los árboles, los edificios, el autobús y los asientos. Para simplificar el estudio del fenómeno del movimiento, al referirnos a un cuerpo no tenemos en cuenta sus dimensiones (pues lo representamos por un punto). Esta consideración será muy útil al examinar el recorrido seguido por un cuerpo durante su movimiento (este recorrido recibe el nombre de “trayectoria”). Trayectoria es la línea imaginaria seguida por un cuerpo durante su movimiento.

Fuente: imágenes prediseñadas Microsoft

En muchos casos, la trayectoria seguida por los cuerpos durante su movimiento se hace visible: el trazo de una tiza en la pizarra, los fuegos artificiales en el cielo (FIGURA 2) o las huellas dejadas por las ruedas mojadas de una bicicleta sobre la calzada. Pero hay ocasiones en que las huellas no son visibles, como cuando lanzamos una pelota en el aire.

Las formas de las trayectorias pueden ser tan variadas como podamos imaginar. FIGURA 2

Fuente: imágenes prediseñadas Microsoft

El movimiento de los cuerpos puede ser clasificado, según la forma de su trayectoria, en:

a) movimiento unidimensional (cuando la trayectoria es una línea recta), también conocido como movimiento rectilíneo;

b) movimiento bidimensional (movimiento en el plano): dentro de los más conocidos están el tiro parabólico y el movimiento circular;

c) movimiento tridimensional (movimiento en el espacio). Por ejemplo, un automóvil que viaja por un tramo recto de la carretera tiene un movimiento de trayectoria unidimensional, mientras que la Luna, alrededor de la Tierra, tiene un movimiento bidimensional (cuasi circular). FIGURA 3

No obstante, en muchos casos es necesario analizar otras características del movimiento para poder clasificarlo con más detalles. Por ejemplo: un tren, al salir de la estación, parte del reposo para ponerse en marcha (FIGURA 3). Aunque el tren está dotado de un movimiento rectilíneo, existen otras características que diferencian este movimiento: el cambio de velocidad, la aceleración, la distancia que recorrerá, la velocidad (inicial o al cabo de un tiempo determinado), el desplazamiento, entre otras variables.

Movimiento de trayectoria unidimensional

Para estudiar la relación existente entre la distancia recorrida por el tren y los tiempos empleados, se realizan las mediciones de estos tiempos.

Con los valores obtenidos, se completa la tabla 1. En esta aparecen: el tiempo, representado con la letra t y expresado en segundos (s); la distancia recorrida, representada con la letra s y expresada en metros (m); y la razón, s/t, expresada en metro por segundo (m/s). Al analizar los resultados de la tabla, observamos que la razón distancia entre tiempo (d/t) se mantiene constante, por lo que existe una proporcionalidad directa entre la distancia recorrida y el tiempo. Si estudiamos el movimiento rectilíneo uniforme de diferentes cuerpos, comprobamos que la razón d/t en cada uno de ellos se mantiene constante.

Con los valores de la tabla 1 se puede construir una gráfica que relacione las distancias recorridas y los tiempos en que estas se recorrieron. Con los valores de la tabla podemos también obtener información de dicho movimiento.

Tabla 1

Posición Tiempo

t(s) Distancia

recorrida (m) Razón d/t

(m/s)

A 1 0,4 0,4 / 1 = 0,4 B 2 0,8 0,8 / 2 = 0,4 C 3 1,2 1,2 / 3 = 0,4 D 4 1,6 1,6 / 4 = 0,4

En Física, las gráficas son muy utilizadas en el estudio de los diferentes fenómenos por la valiosa información que nos brindan de ellos. Para construir una gráfica, primero se traza un sistema de ejes coordenados, utilizando el eje horizontal para el tiempo y el vertical para la distancia recorrida (FIGURA 4). Después, con los valores obtenidos en el experimento, en cada eje se sitúan los puntos que representan los pares ordenados de tiempo y distancia recorrida, correspondientes a cada una de las posiciones 0, A, B, C y D. Por último, se traza la gráfica (como aparece en la figura 4). La gráfica obtenida para este experimento, como era de esperar, es un segmento de recta que pasa por el origen de coordenadas, porque entre las magnitudes relacionadas existe una proporcionalidad directa. FIGURA 4

Siempre que un cuerpo esté animado de un movimiento rectilíneo uniforme, la gráfica de la distancia recorrida con relación al tiempo empleado es un segmento de recta inclinado con respecto al eje del tiempo que pasa por el origen de coordenadas. Para este tipo de movimiento no existe una proporcionalidad directa entre la distancia recorrida por el cuerpo y el tiempo, por lo que la gráfica construida con estas magnitudes físicas no es un segmento de recta.

Como hemos estudiado, es importante conocer el valor de la velocidad de un cuerpo, pero con esto solo no es suficiente. Si queremos saber en qué lugar se encontrará un avión una hora después de salir desde Quito, hay que saber el valor de la velocidad para calcular, en una hora, qué distancia recorrerá, pero también hay que saber hacia dónde se dirige, porque pudiera hacerlo hacia Ibarra, Ambato, Puyo, Esmeraldas, etc. Por lo tanto, la velocidad de un cuerpo es una magnitud física que se caracteriza por su valor, sentido y dirección (magnitud vectorial; a estas magnitudes las representaremos con una flecha). En caso de que la magnitud se refiera a la rapidez, se la conocerá entonces como magnitud escalar. Matemáticamente, podemos tratar el fenómeno de movimiento en la trayectoria mediante un análisis unidimensional con el siguiente modelo matemático:

Asimismo, podemos tratar el fenómeno de movimiento con las ecuaciones que representan variaciones del movimiento y con las gráficas que con ellas se pueden generar. FIGURA 5

En la figura 5 aparecen las representaciones gráficas de los movimientos de un carrito en un experimento en el que se varía la inclinación de la pista, sin rozamiento (FIGURA 6). Debido a que las velocidades no son iguales, las inclinaciones de las gráficas con respecto al eje del tiempo son diferentes. La gráfica de mayor inclinación corresponde al movimiento con mayor velocidad.

FIGURA 6