Tema 1 El movimiento de los objetos

El movimiento es una de las formas en la que el cambio se manifiesta y podemos observarlo en todas partes.

En la naturaleza existen 3 tipos de movimiento:

1.- El movimiento de traslación

2.- El movimiento de rotación

3.- El movimiento de vibración

Cualquier otro tipo de movimiento puede ser explicado y comprendido en términos de estos 3

Para estudiar estos movimientos es necesario que una vez que han sido clasificados se describan por variables medibles que son relacionadas y manejadas matemáticamente.

La interacción entre diferentes cuerpos en movimiento se ve afectada por factores como la inercia y la fricción. En la física existen dos ramas que se encargan del estudio del movimiento: la cinemática y la dinámica.

Marco de referencia y trayectoria; diferencia entre desplazamiento y distancia recorrida.

Marco de referencia

Para explicar correctamente el movimiento de los objetos primero debemos elegir un cuerpo al cual referir el movimiento. La elección adecuada de marco de referencia puede simplificar o complicar el análisis de un movimiento.

Sistema de coordenadas cartesianas

Cuando un objeto cambia su posición en determinado intervalo de tiempo, describe una trayectoria, que puede ser una línea recta, una circunferencia, una elipse o un espiral.

Desplazamiento y distancia

“Cuando aquello de lo que se está hablando puede medirse y expresarse con números, se sabe algo acerca del mismo; pero cuando no puede medirse, cuando no puede expresarse en números, el conocimiento es de calidad pobre e insatisfactoria” (William Thomson Kelvin)

En este sentido, para saber algo acerca del movimiento o de cualquier otro tipo de fenómeno físico, debemos poder medir y expresar con números aquello que estamos estudiando.

En física existen dos tipos de cantidades útiles para expresar y comunicar información sobre un fenómeno físico: las cantidades vectoriales  y las cantidades escalares.

Velocidad: desplazamiento, dirección y tiempo

Una vez que expresamos la distancia recorrida y el desplazamiento de un cuerpo, podemos definir otras dos cantidades: una escalar y otra vectorial. La primera mide el cambio de la distancia recorrida respecto a un intervalo de tiempo, la segunda mide el desplazamiento en relación a un intervalo de tiempo. La cantidad escalar se representa con el símbolo r y que nombramos rapidez, podemos expresarla en términos matemáticos como: r=distancia/intervalo de tiempo=d/t.

Las unidades de la rapidez en el Sistema Internacional de Medidas son m/s. A la cantidad vectorial, podemos representarla en términos matemáticos como: v=desplazamiento/intervalo de tiempo=D/t.

La rapidez y la velocidad son dos razones de cambio. La rapidez mide el cambio de la distancia con respecto a un intervalo de tiempo, mientras que la velocidad mide el cambio de la posición, es decir, el desplazamiento de un objeto con respecto a un intervalo de tiempo.

A diferencia de la rapidez, que es una cantidad escalar, la velocidad es una cantidad vectorial porque tiene dirección y sentido.

Interpretación y representación de gráficas posición-tiempo

Para poder representar gráficamente un movimiento necesitamos un marco de referencia. En otras palabras, no podemos representar algo si no tenemos un sistema en donde podamos apoyarnos.

 Cuando un objeto incrementa de forma constante su velocidad, decimos que está experimentando un movimiento rectilíneo uniforme.

Movimiento ondulatorio, modelo de ondas y explicación de características del sonido

A la propagación de la energía por medio de una perturbación en un medio físico como puede ser el agua, el aire o un metal, y no por el movimiento del medio mismo, se le llama movimiento ondulatorio. A la onda la podemos definir como una perturbación o vibración que se propaga a través del espacio o de la materia, transportando con ella energía, pero no materia. Si las ondas necesitan de un medio se llaman ondas mecánicas, y si no requieren un medio para propagarse se denominan electromagnéticas.

Tipos de ondas y sus elementos

Las ondas se pueden clasificar en dos tipos dependiendo de la dirección de propagación:

Ondas transversales

Se considera que las ondas son transversales cuando la vibración de las partículas es perpendicular a la dirección de la propagación de la onda.

Ondas longitudinales

En este tipo de ondas, la vibración de las partículas es paralela a la dirección de la propagación de la onda, es decir, se mueven a lo largo de la dirección de la onda.

Partes de una onda

Cada onda cuenta con las siguientes partes: Cresta, valle, nodo, amplitud, longitud, frecuencia y periodo de onda.

Frecuencia y periodo

El ciclo de onda está compuesto por una oscilación que forma una cresta y un valle al desplazarse, lo que describe una longitud de onda. Para medir en que tiempo se realizara cada de uno de estos ciclos, se toma en cuenta la frecuencia de onda. El número de oscilaciones producidas en una cantidad de tiempo se denomina frecuencia y se representa con la letra f. La unidad de medida de la frecuencia se llama  Hertz (Hz), en honor al físico Heinrich Rudolf Hertz. La relación que hay entre el periodo y la frecuencia de una onda es inversa, y se puede expresar mediante la siguiente ecuación:   De manera equivalente:   f= 1/T                    T=1/f

Rapidez de propagación de las ondas

Ahora que sabemos cómo calcular la frecuencia de una onda, podemos conocer cuál es la velocidad a la que ésta se desplaza. Si sabemos cuál es el tiempo que una onda tarda en llevar a cabo su oscilación completa y su longitud de onda, podemos calcular la rapidez de su propagación. La velocidad se determina mediante la fórmula: v=distancia/tiempo, pero para aplicarla al cálculo de la rapidez de la onda, la longitud de onda tomará el lugar de distancia y el periodo de tiempo. Por tal motivo la velocidad de la onda es igual a la distancia de la longitud de la onda entre el periodo.

Características del sonido

Aunque no lo podemos ver, el sonido es una onda que se propaga en un medio que puede ser sólido, líquido o gaseoso, de los cuales el más común es el aire. El tipo de onda del sonido es longitudinal, pues se produce cuando las moléculas del aire vibran hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección en la que se propaga el sonido. Cuando se trata de otros medios por los que se propaga el sonido, la rapidez de su propagación no siempre es la misma, sino que depende del tipo de material en el que se desplace la onda, además de la temperatura a la que se encuentre. El oído humano solo puede identificar sonidos cuya frecuencia e encuentra en el intervalo de 20 a 20 000 Hz. A dicho intervalo se le denomina intervalo audible.

Propiedades del sonido

Las tres propiedades que posee el sonido son intensidad, tono y timbre. La intensidad ésta relacionada con la cantidad de energía transportada por las ondas sonoras. El tono nos permite distinguir los sonidos graves, de los agudos. La cualidad del sonido que nos permite identificar los sonidos que provienen de diferentes instrumentos, incluso si estos tienen el mismo tono e intensidad, se llama timbre.