Cinemática
Es una rama de la
física
que estudia las leyes del movimiento (cambios de posición) de los cuerpos, sin
tomar en cuenta las causas (
fuerzas) que lo producen, limitándose esencialmente, al
estudio de la trayectoria en función del tiempo. La
aceleración
es el ritmo con que cambia su rapidez (módulo de la velocidad). La rapidez y la
aceleración son las dos principales cantidades que describen cómo cambia su
posición en función del tiempo.
Rapidez
Un objeto en movimiento
recorre una cierta distancia en un tiempo determinado. Un auto, por ejemplo,
recorre un cierto número de kilómetros en una hora. La rapidez es una medida de
que tan aprisa se mueve un objeto . Es la razón de cambio a la que se recorre
la distancia. Recuerda que la expresión razón de cambio indica que estamos
dividiendo alguna cantidad entre el tiempo. La rapidez se mide siempre en
términos de una unidad de distancia divida entre una unidad de tiempo. La
rapidez se define como la distancia recorrida por unidad de tiempo. Aquí la
palabra "por" significa "dividido entre".
El guepardo es el animal terrestre más veloz para
recorrer distancia de menos de 500 metros, y es capaz de alcanzar una rapidez
máxima de 100 km/h
Cualquier combinación de
unidades de distancia y de tiempo que sean útiles y convenientes son válidas
para describir una rapidez. Millas por hora (mi/h), kilómetros por hora (km/h),
centímetros por día (quizá la rapidez de un caracol enfermo) o años luz por siglo son todas ellas
unidades válidas de rapidez. La diagonal (/) se lee como "por". En
este tema usaremos principalmente la unidad de metros por segundo (m/s).
Rapidez
instantánea
Un auto no se desplaza
siempre con la misma rapidez. Un auto puede recorrer una calle a 50km/h,
reducir su velocidad a 0 km/h en un semáforo y luego aumentarla a sólo 30 km/h
a causa del tráfico. Se puede saber la rápidez del vehículo en cualquier
momento mirando el velocímetro del mismo. La rapidez en cualquer instante se
conoce como rapidez instantánea. Un auto que viaja a 50km/h puede quizá
mantener esa rapidez durante un minuto. Si el auto continuara a esa rapidez
durante una hora completa recorrería 50km. Si la conservara sólo durante media
hora recorrería únicamente la mitad de esa distancia, es decir, 25 km. En un
minuto el auto recorrería menos de 1km.
El velocímetro de un auto proporciona lecturas de
rapidez instantáneas en mi/h y en km/h. Los odómetros indican las distancias en
kilómetros
Rapidez
Promedio
Cuando alguien planea
realizar un viaje en un auto, a menudo le interesa saber cuánto tiempo le
tomará recorrer cierta distancia. Desde luego, el auto no viajará con la misma
rapidez durante todo el recorrido. Al conductor sólo le interés a la rapidez
promedio para la totalidad del proyecto. La rapidez promedio se define como
sigue:
rapidez promedio = distancia
total recorrida / intervalo de tiempo
La rapidez promedio se
calcula con facilidad. Por ejemplo, si recorremos una distancia de 60
kilómetros en un tiempo de 1 hora, decimos que nuestra rapidez promedio es de
60 kilómetros por hora (60 km/h). O bien, si recorremos 240 kilómetros en 4
horas veremos que:
rapidez promedio = distancia
total recorrida / intervalo de tiempo = 240km/4h = 60 km/h
Observa que cuando la
distancia en kilómetros (km) se divide entre un tiempo en horas (h), la
respuesta se obtiene en kilómetros por hora (km/h). Puesto que la rapidez
promedio es la distancia recorrida divida entre el tiempo total del viaje, no
indica las variaciones de rapidez que pueden ocurrir durante el trayecto. En la
práctica experimentamos diversas rapideces en la mayoría de nuestros viajes, de
modo que la rapidez promedio suele ser muy diferente de la rapidez instantánea.
Ya sea que hablemos de rapidez promedio o de rapidez instantánea, nos referimos
a la razón de cambio a la cual se recorre una distancia .
PREGUNTAS
1. El velocímetro de un
automóvil tiene también un odómetro que registra la distancia recorrida.
- Si la lectura del odómetro es cero al comienzo de un viaje y 35 km
media hora más tarde, ¿cuál es la rapidez promedio?
- ¿ Sería posible alcanzar esta rapidez promedio sin que la indicación
del velocímetro exceda de 70 km/h?
2. Si un leopardo es capaz
de mantener una rapidez constante de 25m/s, recorrerá 25 metros cada segundo.
En estas condiciones, ¿ qué distancia recorrerá en 10 segundos? ¿En 1 minuto?
Velocidad
En el lenguaje cotidiano
empleamos las palabras rapidez y velocidad de manera indistinta. En física
hacemos una distinción entre ellas. De manera muy sencilla, la diferencia es
que la velocidad es una rapidez en una dirección determinando. Cuando decimos
que un auto viaja a 60 km/hora estamos indicando su rapidez. Pero si decimos
que un auto se desplaza a 60 km/h hacia el norte estamos especificando su
velocidad. La rapidez describe qué tan aprisa se desplaza un objeto; la
velocidad nos dice que tan aprisa lo hace y en que dirección.
La rapidez es el módulo del vector velocidad, mientras
que la velocidad nos indica las cuatro características de un vector
