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Cinemática - Concepto, elementos y ejemplos

(10) Las Leyes de Newton en 2 minutos - YouTube

Mecánica Clásica: Definición y Teorías | StudySmarter

Leyes de Newton

  Conceptos claves

 • Fuerza: Una magnitud física que describe la interacción entre dos objetos y se mide en Newtons (N). 

• Masa: La cantidad de materia que tiene un objeto y se mide en kilogramos (kg). 

• Aceleración: La tasa de cambio de la velocidad de un objeto y se mide en metros por segundo al cuadrado (m/s²).

• Movimiento: Se refiere al cambio de posición que experimenta un cuerpo en el espacio en un determinado período de tiempo. 

• Fuerza Neta: es la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un objeto.

Las leyes de Newton, formuladas por Sir Isaac Newton en el siglo XVII, son fundamentales en la física y proporcionan una base solida para comprender el movimiento de los objetos. Estas leyes describen como los objetos interactúan con las fuerzas y como responden al cambio en su movimiento. Las tres leyes de Newton son:

Primera Ley de Newton (Ley de la inercia) 

La primera ley de Newton establece que un objeto en reposo tiende a permanecer en reposo y un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento a una velocidad constante en línea recta a menos que una fuerza externa actúe sobre ´el. En otras palabras, un objeto no cambiara su estado de movimiento a menos que una fuerza neta actúe sobre el. Esta ley es la base del concepto de inercia, que es la tendencia de un objeto a resistir un cambio en su movimiento. 

Segunda ley de Newton (ley fundamental de la dinámica): 

Esta ley establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa.

Matemáticamente, se expresa como:

F = ma

Donde

F es la fuerza neta aplicada al objeto.

m es su masa

a es la aceleración resultante.

Esta ley establece la relación entre la fuerza, la masa y la aceleración de un objeto.

Tercera ley de Newton (principio de acción y reacción): 

Esta ley establece que por cada acción hay una reacción igual y opuesta. Es decir, cuando un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto, este último ejerce una fuerza de igual magnitud pero en dirección opuesta sobre el primero. 

Esta ley explica las interacciones entre dos objetos y cómo las fuerzas siempre actúan en pares.

Estas leyes de Newton son fundamentales para comprender el movimiento de los objetos y son la base de la mecánica clásica y la física. Fueron postuladas por el científico y matemático inglés Sir Isaac Newton en el siglo XVII y han sido verificadas y aplicadas en numerosos experimentos y observaciones durante más de dos siglos.

CINEMATICA

  La cinemática es una rama de la física que estudia el movimiento de los objetos sólidos y su trayectoria en función del tiempo, sin tomar en cuenta el origen de las fuerzas que lo motivan. Se enfoca en el estudio de la velocidad (el cambio en el desplazamiento por unidad de tiempo) y la aceleración (cambio de velocidad) de los objetos en movimiento.

En la cinemática, se utilizan diferentes elementos para describir el movimiento de los objetos. Algunos de estos elementos incluyen:

• Posición: Es el vector posición en función del tiempo.
• Posición inicial: Es el valor del vector posición en el tiempo cero.
• Velocidad inicial: Es el vector velocidad en el tiempo cero.
• Aceleración: Es el vector aceleración, que se supone constante.
• Tiempo: Representa el tiempo transcurrido durante el movimiento.

La cinemática también se aplica en diferentes situaciones de movimiento, como un móvil que avanza sin acelerar a velocidad constante, un móvil que acelera, un cuerpo que cae verticalmente desde un acantilado, entre otros .

 

Es importante destacar que la cinemática se centra en el estudio del movimiento y no tiene en cuenta las fuerzas que lo causan. Para analizar las fuerzas y las causas del movimiento, se requiere el estudio de la dinámica, otra rama de la física.

Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

El Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU) es un tipo de movimiento en el que un objeto se desplaza en línea recta a una velocidad constante. Algunas características del MRU son:

• Trayectoria rectilínea.
• Velocidad constante (aceleración igual a cero).

La ecuación principal del MRU es:

x(t) = x₀ + v(t - t₀)

Donde:

• x(t) es la posición final del objeto en el tiempo t.
• x₀ es la posición inicial del objeto.
• v es la velocidad constante del objeto.
• t₀ es el tiempo inicial.

En el MRU, la velocidad del objeto no cambia a lo largo del tiempo y su posición se puede calcular utilizando la ecuación mencionada anteriormente.

Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)

El Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado (MRUA) es un tipo de movimiento en el que un objeto se desplaza en línea recta con una aceleración constante. Algunas características del MRUA son:

• Trayectoria rectilínea.
• Aceleración constante.
• Velocidad que varía con el tiempo.

Las ecuaciones principales del MRUA son:

v = v₀ + at

x = x₀ + v₀t + (1/2)at²

Donde:

• v es la velocidad final del objeto.
• v₀ es la velocidad inicial del objeto.
• a es la aceleración constante del objeto.
• t es el tiempo transcurrido.
• x es la posición final del objeto.
• x₀ es la posición inicial del objeto.

En el MRUA, la velocidad del objeto cambia a lo largo del tiempo debido a la aceleración constante. La posición del objeto se puede calcular utilizando la segunda ecuación mencionada anteriormente.

Objetos en caída libre

En la cinemática de la caída libre, se estudia el movimiento de un objeto que cae verticalmente desde una altura sin tener en cuenta la resistencia del aire u otras fuerzas externas significativas.

Aquí hay algunos puntos clave sobre la caída libre:

• En la caída libre, la única fuerza que actúa sobre el objeto es la gravedad, que lo acelera hacia abajo.
• La aceleración debido a la gravedad se denota como "g" y tiene un valor promedio de aproximadamente 9.8 m/s² en la superficie de la Tierra.
• La aceleración debido a la gravedad es constante durante la caída libre, lo que significa que la velocidad del objeto aumenta uniformemente a medida que cae.
• La trayectoria de la caída libre es una línea recta vertical hacia abajo.
• La velocidad inicial del objeto en la caída libre puede ser cero si se deja caer desde el reposo o puede tener un valor inicial si se lanza hacia abajo.
• Las ecuaciones cinemáticas utilizadas para describir el movimiento en la caída libre son similares a las del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA).
• Algunas de las ecuaciones utilizadas en la caída libre son:
• Velocidad final: v = v₀ + gt
• Posición: y = y₀ + v₀t + (1/2)gt²
• Velocidad final al cuadrado: v² = v₀² + 2g(y - y₀)
• Donde v es la velocidad final, v₀ es la velocidad inicial, g es la aceleración debido a la gravedad, t es el tiempo transcurrido, y y₀ es la posición inicial.

Es importante tener en cuenta que en situaciones reales, como la caída de objetos en la atmósfera terrestre, la resistencia del aire puede afectar el movimiento y no se puede considerar una caída libre pura. Sin embargo, en muchos problemas de física, se asume la caída libre para simplificar los cálculos.

Formulas para Cinemática: 

M.R.U

M.R.U.A

FUNDAMENTOS

  Mecánica Clásica

La mecánica clásica es una rama de la física que se encarga del estudio del movimiento de los cuerpos y las fuerzas que actúan sobre ellos. Algunos fundamentos de la mecánica clásica incluyen:

• Las leyes de Newton: Las leyes de Newton son los principios fundamentales de la mecánica clásica. Estas leyes describen cómo se mueven los objetos cuando se les aplica una fuerza. La primera ley establece que un objeto en reposo permanecerá en reposo y un objeto en movimiento continuará moviéndose a una velocidad constante en línea recta, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. La segunda ley establece que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a la fuerza neta que actúa sobre él e inversamente proporcional a su masa. La tercera ley establece que por cada acción hay una reacción igual y opuesta.

• Cinemática: La cinemática es la rama de la mecánica clásica que se ocupa de describir el movimiento de los objetos sin considerar las causas que lo producen. Se estudian conceptos como desplazamiento, velocidad, aceleración y trayectoria.

• Dinámica: La dinámica es la rama de la mecánica clásica que se ocupa de estudiar las causas del movimiento de los objetos. Se analizan las fuerzas que actúan sobre los objetos y cómo estas fuerzas afectan su movimiento.

• Estática: La estática es la rama de la mecánica clásica que se ocupa del equilibrio de los objetos en reposo. Se estudian las condiciones para que un objeto esté en equilibrio y cómo se equilibran las fuerzas que actúan sobre él.

Estos son algunos de los fundamentos de la mecánica clásica. La mecánica clásica proporciona una base sólida para comprender el movimiento de los objetos en el mundo macroscópico, aunque en ciertas situaciones extremas, como a velocidades cercanas a la velocidad de la luz o en escalas atómicas, se requieren otras teorías como la relatividad o la mecánica cuántica.