[A102] Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)

COMIENZO DE LA CLASE: MRU

La definición habitual es la que considera al MRU como un movimiento con trayectoria recta [A003] y a velocidad constante (así también lo entiende la mismísima Wikipedia), y es totalmente cierto, pero a los fines didácticos todavía no desarrollamos el concepto de velocidad, entonces podemos ensayar una definición de MRU basada solamente en conceptos conocidos:

Una partícula o un objeto desarrolla un movimiento rectilíneo y uniforme si al desplazarse en línea recta, en un solo sentido, recorre distancias iguales en tiempos iguales.

Este movimiento es el más sencillo que podemos encontrar en nuestra vida cotidiana, como ejemplos podemos citar: la propagación de la luz en el espacio, el desplazamiento de un camión en una carretera (en las condiciones que acabamos de mencionar), etc.

Llevemos todo esto a un esquema, donde tenemos un móvil que partió desde alguna posición situada sobre el eje X, y nosotros comenzamos a analizar su movimiento cuando pasa por el Km 4, o sea que en ese instante ponemos en marcha nuestro cronómetro, luego medimos el tiempo transcurrido hasta que pasa por el Km 6, y así sucesivamente controlamos hasta el Km 12, donde nuestro reloj marca 60 minutos.

Estos datos obtenidos por mediciones se pueden llevar a una tabla de valores (de pares ordenados) que expresa la relación existente entre 2 magnitudes medidas en una observación, y que luego se podrá graficar en unos ejes de coordenadas. Para armar la tabla conviene que las unidades tengan cierta coherencia entre sí para que la representación gráfica sea significativa, por lo que vamos a convertir el tiempo medido en minutos en horas (sistema decimal).

Con esta tabla de valores podemos hacer un gráfico que represente la posición en función del tiempo.

Fuentes:
Imágenes propias.

Continuamos la clase con (clic en el link siguiente):

[V102] Introducción al MRU

Dario Gavassa (2020). Movimiento rectilíneo uniforme (MRU). En SoloApuntes4.

[V101] Introducción a la Cinemática

¿Con qué otra rama de la Mecánica se complementa la Cinemática?
¿Qué conceptos previos debemos conocer para comenzar a estudiar Cinemática?
¿Existen en la vida real movimientos que se puedan analizar desde la Cinemática y sin considerar las causas que los producen?
¿Qué significa para la Física conocer el movimiento de un cuerpo?

¿Cómo resolveremos desde la Cinemática problemáticas relacionadas con el movimiento de los cuerpos?

¿Qué divisiones hacemos en la Cinemática para estudiar la geometría de los movimientos?

Complementar con:

[A006] Mecánica Clásica
[A101] Cinemática

[A101] Cinemática

La Cinemática es la rama de la Mecánica Clásica que estudia las leyes del movimiento de los cuerpos sin tener en cuenta las causas que lo producen, limitándose esencialmente al estudio de la trayectoria en función del tiempo.

Ya habíamos comentado que la Cinemática era una rama de la Mecánica Clásica [A006], ahora nos vamos a dedicar a los otros términos que aparecen en la definición y que merecen una aclaración para comenzar ordenados.

De los 3 conceptos: movimiento, cuerpo y causa, el más sencillo para entender es el de cuerpo, que para nuestro curso será todo aquello que pueda cambiar de posición [A003] en el tiempo, puede ser una pequeña partícula [A004] o un cuerpo rígido que no rota [A004], como podría ser un auto, un tren, un avión, etc., o también una nube tóxica, la luz, el sonido (ya más relacionado con nuestra futura profesión).

Otro concepto es la causa que produce un movimiento. ¿Cómo inicia su derrotero una pelota de fútbol que está apoyada sobre el césped del estadio? Gracias a una patada (parte interna del pie, 3 dedos, etc.), o sea gracias a la fuerza que recibe, fuerza que le transmite el botín o la zapatilla, que no son más que cobertores del causante de la fuerza: el pie. Al llegar a este punto sería más que conveniente repasar el concepto de fuerza, ya que la hemos mencionado varias veces: toda acción capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo, o de provocarle una deformación. Esta es una definición que traemos como conocimiento previo de la escuela secundaria, y por ahora nos alcanza, en el segundo cuatrimestre ahondaremos un poco en este concepto cuando nos sumerjamos en la Dinámica.

Complementar con:

[A006] Mecánica Clásica
[V101] Introducción a la Cinemática

El último concepto del que vamos a hablar es el de movimiento, tal vez sea el que incorpora cierta complejidad para su entendimiento.

En Mecánica el movimiento es un cambio de la posición de un cuerpo a lo largo del tiempo respecto de un sistema de referencia.

También podríamos decir que para la física conocer el movimiento de un cuerpo, significa conocer para cada instante de tiempo los parámetros de posición [A003], velocidad (todavía no la definimos) y cambio de velocidad (luego de definir velocidad veremos que el cambio de la misma es lo que determina una aceleración).

Recordemos que tanto la posición de un objeto como también su cambio de posición (desplazamiento) [A003] se pueden expresar como una ecuación en función del tiempo (ecuación horaria), y que según los casos puede ser que necesitemos un solo eje de coordenadas (ej. una herramienta que cae de una cierta altura), dos ejes de coordenadas (ej. para colgar un cuadro en una pared), o tres ejes de coordenadas (ej. ubicación de una luminaria suspendida del techo) para determinar con exactitud la posición de cualquier objeto.

Como estamos utilizando un sistema de referencia arbitrario, que elegimos a nuestro antojo (obviamente una elección inteligente será aquella que nos permita efectuar la mayor cantidad de simplificaciones), puede ocurrir que se generen posiciones negativas. Pensemos en un eje positivo hacia la derecha, entonces una posición de un auto a la izquierda del cero sería matemáticamente negativa (ej. – 3 m), pero desde el punto de vista físico necesita una interpretación. Para interpretarla supongamos que habíamos asignado el cero a la posición de un semáforo en una avenida, entonces la posición negativa del auto (desde el punto de vista matemático) tendría que expresarse físicamente como 3 m antes del semáforo. Ver otras aclaraciones en [A103].

También te puede interesar:
[V] Sistema de Referencia

Como los estudios de los movimientos se hacen en un determinado lapso de tiempo y en un determinado tramo de la trayectoria [A003], es necesario determinar donde comienza y donde terminan ese lapso y ese tramo. Para ello se establece lo que llamaremos estado inicial (posición inicial y tiempo de inicio) y estado final (posición final y tiempo final). A la diferencia de posición (final menos inicial) le llamaremos variación de la posición y la simbolizaremos con la letra griega Δ (delta mayúscula), y lo mismo haremos con el tiempo [M11:26].

Para ir armando nuestra biblioteca podemos descargar:
[Libro]  Iparraguirre, L. (2009). Mecánica básica: fuerza y movimiento

Fuentes:

Imagen1.

[A006] Mecánica Clásica

La Mecánica Clásica o newtoniana es la parte de la Física que estudia la relación entre el movimiento de los cuerpos y las fuerzas que actúan sobre ellos. Esta parte de la física desarrollada por Newton tuvo más de 2 siglos de vigencia, hasta que Einstein formuló la teoría de la relatividad en 1905, y a posteriori otros científicos desarrollaron la Física Cuántica.
A partir de estos hechos muchos dijeron que se produjo un cambio total de paradigmas y que había que descartar las teorías de Newton. Si bien Einstein resolvió la inconsistencia que tenía la Mecánica Clásica, también dejó otras preguntas sin resolver

Por eso parece más adecuado decir que gracias a los aportes de la Relatividad y de la Física Cuántica no se niega la validez de la Mecánica Clásica, sino que se deja circunscripta a un dominio limitado (donde la velocidad de los objetos es muy baja comparada con la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 300.000 km/seg). Tal validez tiene que sigue siendo la base de toda la ingeniería mundial actual (exceptuando las relacionadas con los viajes espaciales).

El aporte de Newton fue realmente significativo, y el desarrollo y tratamiento matemático tan preciso, que a pesar de haberlos publicado en 1687, hoy en día se siguen utilizando en los actuales libros de Mecánica Clásica. Aunque la Mecánica se apoye fuertemente en la Matemática, no es una ciencia abstracta, sino aplicada. Además también guarda relación con ramas propias de la ingeniería como Resistencia de Materiales, Cálculo de Estructuras, etc.

Los conceptos básicos empleados en la Mecánica newtoniana son: posición, tiempo, masa y fuerza, siendo esta última de suma importancia. Como cuerpo de estudio se subdivide en distintas ramas: estática (se centra en los objetos en equilibrio), cinemática (movimiento de los cuerpos sin considerar las causas que lo provocan, también llamada geometría del movimiento) y dinámica (justamente el estudio de las causas o el origen de los movimientos).

Podríamos decir que la Mecánica Clásica reduce su estudio al dominio de la experiencia diaria, o sea a los hechos que observamos con los sentidos. Además es de fácil comprensión y puede expresarse matemáticamente con cierta facilidad, lo que permite su aplicación en una gran variedad de hechos, y en nuestro caso concreto a todas los hechos donde intervengan situaciones de higiene o seguridad laboral. También es compatible con otras ramas de la física, como la mecánica de los fluidos y la termodinámica (algunos temas veremos en Física II).

La Mecánica no solo se utiliza para describir el reposo o movimiento de los cuerpos, sino para predecir como serán, para poder evaluar sus consecuencias, y llegado el caso anticiparnos generando las medidas de prevención más adecuadas.

También te puede interesar:

[A] Concepto de Mecánica en Física

Estudio de la Mecánica en las tecnicaturas

Como se trata de una ciencia aplicada la atención tiene que centrarse no solo en la formulación matemática, sino también y fuertemente en la interpretación de los resultados, analizando las variantes y distintos efectos que podrían ocurrir. En todos los casos interesará el resultado numérico, pero también, y mucho, los procedimientos o metodologías empleados.

Los temas se deben introducir gradualmente y de forma espiralada, de manera de ir cimentando de manera efectiva los conocimientos. Al mismo tiempo los alumnos deben contar con nociones sólidas de Álgebra, Geometría, Trigonometría y Representación Gráfica, para que el aprendizaje surja de manera fluida, y los temas matemáticos no sean la causa que les hagan perder de vista el objetivo al que pretenden llegar o los desanimen en el intento.

Para esta instancia de estudio, los libros de texto son el instrumento adecuado para avanzar en el conocimiento, no pasaron de moda, siguen siendo una compilación muy bien organizada y podríamos comentar muchas razones que lo justifican. Las ediciones actuales de libros de Física también vienen conectadas a la red, presentando enlaces a videos o ejercitaciones dinámicas en la web. En la Bibliografía de Física I (que encontramos en este blog) se lista una importante cantidad de textos de uso mundial, tanto en formato papel como digitales.

Para terminar también nos referiremos a la ayuda que presentan ciertas herramientas informáticas a la hora de entender lo que estamos calculando, como ejemplo podemos citar el uso de simuladores gráficos (en la materia veremos varios creados con planillas de cálculo).
Resumiendo, se aprende Mecánica leyendo libros, resolviendo ejercicios y problemas, estudiando y reflexionando (con la guía de un profesor o tutor, o de manera independiente).

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[A]  8 razones fundamentales para estudiar de los libros

Fuentes:

Covián Regales, E. (2004). El proceso de enseñanza aprendizaje de la Mecánica de Newton en las carreras técnicas. Tesis doctoral. Universidad de León. España.

Imagen1.