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2.4: Resolución de problemas para la cinemática básica

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    Aplicaciones

    Existen cuatro ecuaciones cinemáticas que describen el movimiento de los objetos sin tener en cuenta sus causas.

    objetivos de aprendizaje

    • Elegir qué ecuación cinemática usar en problemas en los que la posición inicial inicial es igual a cero

    La cinemática es la rama de la mecánica clásica que describe el movimiento de puntos, cuerpos (objetos) y sistemas de cuerpos (grupos de objetos) sin considerar las causas del movimiento. Hay cuatro ecuaciones cinemáticas cuando la posición inicial inicial es el origen, y la aceleración es constante:

    1. \(\mathrm{v=v_0+at}\)
    2. \(\mathrm{d=\frac{1}{2}(v_0+v)t}\)o alternativamente\(\mathrm{v_{average}=\frac{d}{t}}\)
    3. \(\mathrm{d=v_0t+(\frac{at^2}{2})}\)
    4. \(\mathrm{v^2=v^2_0+2ad}\)

    Observe que las cuatro ecuaciones cinemáticas involucran cinco variables cinemáticas:\(\mathrm{d,v,v_0,a}\) y\(\mathrm{t}\). Cada una de estas ecuaciones contiene sólo cuatro de las cinco variables y tiene una diferente que falta. Esto nos dice que necesitamos los valores de tres variables para obtener el valor de la cuarta y necesitamos elegir la ecuación que contiene las tres variables conocidas y una variable desconocida para cada situación específica.

    Aquí los pasos básicos de resolución de problemas para usar estas ecuaciones:

    Paso uno — Identificar exactamente lo que hay que determinar en el problema (identificar las incógnitas).

    Paso dos — Encuentra una ecuación o conjunto de ecuaciones que puedan ayudarte a resolver el problema.

    Paso tres — Sustituir los conocimientos junto con sus unidades en la ecuación apropiada, y obtener soluciones numéricas completas con unidades.

    Paso cuatro — Consulta la respuesta para ver si es razonable: ¿Tiene sentido?

    Las habilidades de resolución de problemas son obviamente esenciales para el éxito en un curso cuantitativo de física. Más importante aún, la capacidad de aplicar principios físicos amplios, generalmente representados por ecuaciones, a situaciones específicas es una forma de conocimiento muy poderosa. Es mucho más poderoso que memorizar una lista de hechos. Las habilidades analíticas y las habilidades de resolución de problemas se pueden aplicar a nuevas situaciones, mientras que una lista de hechos no puede hacerse lo suficientemente larga como para contener todas las circunstancias posibles. Dichas habilidades analíticas son útiles tanto para resolver problemas en una clase de física como para aplicar la física en la vida cotidiana y profesional.

    Diagramas de movimiento

    Un diagrama de movimiento es una descripción pictórica del movimiento de un objeto y representa la posición de un objeto a intervalos de tiempo igualmente espaciados.

    objetivos de aprendizaje

    • Construir un diagrama de movimiento

    Un diagrama de movimiento es una descripción pictórica del movimiento de un objeto. Muestra la ubicación del objeto en varios momentos igualmente espaciados en el mismo diagrama; muestra la posición inicial y la velocidad de un objeto; y presenta varios puntos en el centro del diagrama. Estas manchas revelan si el objeto se ha acelerado o desacelerado o desacelerado. Para simplificar, el objeto está representado por una forma simple, como un círculo relleno, que contiene información sobre la posición de un objeto en instancias de tiempo particulares. Por esta razón, un diagrama de movimiento es más información que un diagrama de ruta. También puede mostrar las fuerzas que actúan sobre el objeto en cada instancia de tiempo.

    es un diagrama de movimiento de una trayectoria simple. Imagina el objeto como un puck de hockey deslizándose sobre hielo. Observe que el puck cubre la misma distancia por unidad de intervalo a lo largo de la trayectoria. Podemos concluir que el disco se mueve a una velocidad constante y, por lo tanto, no hay aceleración ni desaceleración durante el movimiento.

    1.jpeg

    Puck Sliding on Ice: Diagrama de movimiento de un puck deslizándose sobre hielo. El puck se mueve a una velocidad constante.

    Un uso importante de los diagramas de movimiento es la presentación de películas a través de una serie de fotogramas tomados por una cámara; esto a veces se llama técnica estroboscópica (como se ve en). Ver un objeto en un diagrama de movimiento permite determinar si un objeto se está acelerando o desacelerando, o si está en reposo constante. A medida que se toman los fotogramas, podemos suponer que un objeto está en reposo constante si ocupa la misma posición a lo largo del tiempo. Podemos suponer que un objeto se está acelerando si hay un aumento visible en el espacio entre objetos a medida que pasa el tiempo, y que se está ralentizando si hay una disminución visible en el espacio entre objetos a medida que pasa el tiempo. Los objetos en el marco se acercan mucho.

    bouncing-ball-strobe-edit.jpeg

    Bola que rebota: Una pelota que rebota capturada con un destello estroboscópico a 25 imágenes por segundo.

    Puntos Clave

    • Las cuatro ecuaciones cinemáticas involucran cinco variables cinemáticas:\(\mathrm{d,v,v_0,a}\) y\(\mathrm{t}\).
    • Cada ecuación contiene solo cuatro de las cinco variables y le falta una diferente.
    • Es importante elegir la ecuación que contiene las tres variables conocidas y una variable desconocida para cada situación específica.
    • Los diagramas de movimiento representan el movimiento de un objeto al mostrar su ubicación en varios momentos igualmente espaciados en el mismo diagrama.
    • Los diagramas de movimiento muestran la posición inicial y la velocidad de un objeto y presentan varios puntos en el centro del diagrama. Estas manchas revelan el estado de movimiento del objeto.
    • Los diagramas de movimiento contienen información sobre la posición de un objeto en instancias de tiempo particulares y, por lo tanto, son más informativos que un diagrama de ruta.

    Términos Clave

    • cinemática: La rama de la física que se ocupa de los objetos en movimiento.
    • estroboscópico: Relacionado con un instrumento utilizado para hacer que un objeto que se mueve cíclicamente parezca de movimiento lento o estacionario.
    • diagrama: Un gráfico o gráfico.
    • movimiento: Un cambio de posición con respecto al tiempo.

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

    CONTENIDO CON LICENCIA CC, COMPARTIDO PREVIAMENTE

    CC CONTENIDO LICENCIADO, ATRIBUCIÓN ESPECÍFICA

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