[A003] Distancia, trayectoria y desplazamiento

Comúnmente los términos distancia y desplazamiento se utilizan como sinónimos, aunque en realidad tienen significados diferentes, para tratar de aclararlo vamos a desarrollar una serie de conceptos.

Posición
Un objeto en movimiento ocupará una posición distinta en cada instante de tiempo. Si la posición del objeto o de la partícula se puede expresar como una ecuación en función del tiempo tendremos la llamada ecuación horaria de la partícula. Según los casos puede ser que se necesite 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).

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La ecuación de posición o ecuación de trayectoria representa el vector de posición en función del tiempo.

Desplazamiento
El desplazamiento de una partícula en un intervalo de tiempo Δt es la diferencia (vectorial) entre la posición al final del intervalo y la posición inicial.
El vector que representa al desplazamiento tiene su origen en la posición inicial, su extremo en la posición final y su módulo es la distancia en línea recta entre la posición inicial y la final.

El desplazamiento es la distancia en línea recta entre la posición final y la posición inicial.

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Trayectoria

Durante el transcurso de un lapso de tiempo, una partícula en movimiento describe una curva en el espacio (curva desde el punto de vista geométrico, puede ser una recta). Esta curva se conoce como la trayectoria de la partícula.

La trayectoria es la línea que describe la partícula en su movimiento, o lo que es lo mismo, la línea formada por las distintas posiciones que va ocupando la partícula.

Leer también:

[M11] (González y ot.) Fisica ES.4 [2007] Cap2 (Material obligatorio)

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Algunas trayectorias tienen una formulación matemática muy conocida, como por ejemplo:

• Trayectoria lineal
• Trayectoria circular
• Trayectoria parabólica
• Trayectoria elíptica

Por supuesto que también existen trayectorias no tan fáciles de explicitar con ecuaciones matemáticas sencillas (ej. deambular de un borracho).

Distancia
Es la longitud recorrida según una trayectoria determinada, y se trata de una magnitud escalar.

Los valores de la distancia recorrida y el desplazamiento sólo coinciden cuando la trayectoria es una recta. En todos los otros casos la distancia siempre será mayor que el desplazamiento. Si el punto final del recorrido coincide con el punto inicial, el desplazamiento es cero o nulo, porque la partícula se encuentra en el mismo lugar del que partió, esto se llama curva o camino cerrado (ej.: una persona que da una vuelta completa a la manzana).

Por eso es importante distinguir desplazamiento y distancia recorrida, ya que si una partícula recorre una curva cerrada tendrá un desplazamiento nulo y distancia recorrida distinta de cero.

También te puede interesar:

[A]  Posición, trayectoria y ley horaria (GIE).

Fuentes:
Departamento de Física Aplicada III. Universidad de Sevilla. 

[A002] Operaciones con magnitudes físicas

Como ya sabemos la clasificación de magnitudes físicas según el sistema de unidades considera:

• Magnitudes fundamentales o básicas: se definen por sí mismas y son independientes de las demás (ej.: longitud, tiempo, temperatura, etc.).
• Magnitudes derivadas: se obtienen a partir de magnitudes fundamentales mediante expresiones matemáticas (ej.: velocidad, aceleración, trabajo, energía, etc.).

Mientras que las unidades son valores de referencia que permiten comparar las magnitudes físicas, podríamos decir que la unidad representa justamente el valor uno. De una medición siempre se obtiene como resultado una cantidad que va acompañada de su unidad de medida. Ese valor unitario de las unidades deben ser constante (independiente del tiempo y de las personas), fácil de reproducir y con vigencia universal (acuerdo científico). Además solemos utilizar múltiplos y submúltiplos de las unidades para interpretar la medición de manera más clara.

Es habitual convertir unidades de un sistema de medición a otro, ya sea para compatibilizar todo con las unidades del SI y poder comparar, o porque al realizar operaciones con distintas magnitudes físicas surja la necesidad de simplificar o agrupar las unidades, todo esto surgirá en nuestra carrera.

Otra de las clasificaciones que conocemos, precisamente la que considera la expresión matemática de las magnitudes físicas, identifica:

• Magnitudes escalares
• Magnitudes vectoriales
• Magnitudes tensoriales

Las magnitudes escalares se comportan como números reales y por tanto admiten las operaciones básicas entre números: suma y multiplicación (con sus respectivas inversas y combinaciones entre ellas).

Las operaciones que pueden efectuarse entre magnitudes vectoriales entre sí, o entre vectoriales y escalares, son más amplias y poseen propiedades específicas. En muchas ocasiones se recurre a una solución gráfica.

También te puede interesar:

[M11] (Gonzalez y ot.) Fisica ES.4 [2007] Cap2 (Material obligatorio).
[V] Magnitudes y Sistema Internacional de Unidades.

[V] 23. ESCALARES Y VECTORES.

[A] Vectores en física. Definiciones y operaciones.

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Operaciones con magnitudes escalares

Suma: la suma de magnitudes escalares debe respetar el principio de homogeneidad dimensional, esto significa que las magnitudes sumadas deben poseer las mismas dimensiones (no se puede sumar una distancia a un tiempo), y obviamente el resultado también tendrá la misma dimensión (si sumamos Kg el resultado también estará expresado en Kg). La suma de magnitudes escalares posee las propiedades habituales: conmutativa, asociativa, elemento neutro y elemento simétrico.

Producto: en el producto de magnitudes escalares, el resultado tiene por dimensiones el producto de las dimensiones de los diferentes factores.

Si consideramos el trabajo mecánico tendremos: 

donde:   

L_F = trabajo mecánico de la fuerza F.

|F| = módulo de la fuerza que genera un desplazamiento, en el SI se mide en newton [N].

|∆x| = módulo del desplazamiento, en el SI se mide en metro [m]

α = ángulo entre F y  ∆x, el coseno es adimensional.

Por lo tanto la unidad de trabajo será el producto de la unidad de fuerza [N] por la unidad de longitud [m], o sea [N.m], que en el SI se conoce como joule [J].

Potencia: sería un caso particular del producto. Si consideramos el volumen de un ambiente, tendremos:

Vol=largo.ancho.alto

Por lo tanto la unidad de volumen será el producto de la unidad del largo del ambiente [m], por la unidad del ancho [m], por la unidad del alto [m], o sea [m.m.m] o lo que es lo mismo [m³].

Fuente:

Departamento de Física Aplicada III. Universidad de Sevilla.

[A001] Unidades de medida

Medir es importante para todos nosotros. Es una de las formas concretas en que intentamos entender el mundo, y en física este concepto resulta crucial, como también lo será en actividades relacionadas con la Higiene y la Seguridad. La medición es una de sus herramientas fundamentales de la Física.

Cuando hablamos del color de una casa o de una prenda de vestir, podemos identificarlo sin realizar una medición. Pero tenemos experiencia para reconocer que esa percepción del color es subjetiva (varía de una persona a otra), además existen patologías como el daltonismo (personas que no pueden distinguir los colores). La física soluciona esto, ya que la luz que percibimos puede describirse en términos de longitudes de onda y de frecuencias de onda. Las diferentes longitudes de onda están asociadas con diferentes colores (y esto no varía), y por supuesto cada longitud de onda puede medirse (Wilson; 2007:2). De esta manera la física acerca una solución para que la identificación de los colores sea objetiva gracias a la medición de un parámetro. Este ejemplo que comentamos será tema de estudio cuando en Higiene Laboral hablemos de la iluminación de los puestos de trabajo.

Lo que se mide son magnitudes cuantificables de objetos o fenómenos de la naturaleza (longitud, velocidad, energía, etc.). Para medir es necesaria una unidad, y una medición nos indica las veces que la unidad está contenida en lo que estamos mensurando (el ancho de una habitación será la cantidad de veces que la unidad patrón denominada metro está contenida en él, seguido de la unidad denominada metro, como por ejemplo 3,5 m).
Muchas de las magnitudes que se pueden medir están relacionadas entre sí por leyes físicas, y por ello las unidades de algunas magnitudes pueden ser expresadas como productos (o relación) de otras unidades (ej. la velocidad se mide en distancia dividida por tiempo).

Una magnitud física (escalar) está compuesta por una cantidad y por una unidad, algunas veces se utilizan como sinónimos unidad física y magnitud física, generando confusión, nosotros utilizaremos magnitud cuando hablemos de un aspecto cuantificable (ej. tiempo) y de unidad cuando tengamos una cantidad asociada (ej. 20 segundos).

También te puede interesar:

[V] Canal Encuentro: En su justa medida: ¿Qué es medir?

Antes que nada debemos definir cuales serán las unidades, y después como reproducirlas.
Un sistema de unidades es un conjunto de unidades de medida consistente, normalizado y uniforme, o dicho de otra manera, al conjunto de unidades fundamentales se lo denomina Sistema de Unidades.
Existen distintos tipos de sistemas de unidades, algunas de los cuales están en desuso. El Sistema Internacional de Unidades (SI) es el más usado en la actualidad. Sus unidades básicas son:

Toda magnitud que no se encuentre en esta tabla tendrá unidades derivadas, y podrá expresarse con una combinación matemática de una o más unidades fundamentales.
Ej. las fuerzas se medirán en newton, siendo N=Kg.m/seg²

Para cualquier unidad que utilicemos, metro para distancia o segundo para tiempo, tenemos que establecer un estándar que defina exactamente cuánto es un metro y cuánto es un segundo. Es importante que los estándares elegidos sean fácilmente reproducibles, de manera que cualquiera que necesite realizar una medición muy precisa pueda resolverlo en un laboratorio no demasiado complejo.

También te puede interesar:

[V] Sistema Internacional de Unidades
[A] INTI: Causas y consecuencias de la nueva definición del kilo y otras unidades de medida

Una de sus mayores ventajas del SI es que se trata de un sistema decimal, es decir de base 10. Esto implica que se pueden obtener unidades más grandes o más pequeñas solo multiplicando o dividiendo la base por potencias de 10. En la tabla siguiente se presenta una lista de algunos múltiplos de unidades métricas y sus prefijos correspondientes.

Tal vez resulte más familiar, por tenerlo incorporado, el uso de múltiplos de la unidad de almacenamiento de sistemas digitales (celular, disco rígido de PC, etc.), para lo cual pueden visualizar el siguiente video.

También te puede interesar:

[V] Unidades de medida de información

A lo largo de la carrera vamos a utilizar todas las unidades fundamentales y muchas derivadas, aunque en la materia Física I solo utilizaremos longitud, masa y tiempo.

Fuentes:
Wilson, J.; Buffa, A; Lou, B. (2007). Física. 6° Edición. Pearson Educación. México.
Imagen1; Imagen 2. Imagen 3.

[A000] Inicio de la cursada de Física I

El video tiene como objetivo darles la bienvenida al cursado de la materia Física I de la tecnicatura Superior en Higiene y Seguridad en el Trabajo del ISFT N° 143.

¿Cómo nos comunicaremos?

• Mediante correo electrónico con el profesor: dario.gavassa@yahoo.com.ar 
• Mediante videoconferencias por Zoom o Meet.

¿Dónde está la información?

• En una carpeta virtual que se irá actualizando (les llegará un enlace por correo para descargarla).
• En un blog denominado: "Ciencias Básica y algo más..."
• En un canal de YouTube denominado "soloapuntes"

Redes sociales que referencian el contenido público de "soloapuntes"

• Facebook: soloapuntes
• Twitter: soloapuntes
• Página de Facebook de "Ciencias Básicas y algo más...": soloapuntes4
• Página de Facebook del Instituto: isft143

¿Cómo usar el blog?

¿Cómo realizaremos un aprendizaje significativo?

• Con el estudio y análisis del material obligatorio.
• Realizando los ejercicios, problemas y actividades con la tutoría del profesor.

[V660] Leyes de Maxwell

A través de una serie de videos de distintos divulgadores intentaremos entender los principios del electromagnetismo.

Fuente: Date un Vlog, de Javier Santaolalla (2019).

Fuente: QuantumFracture