Física: Nociones básicas (2ª parte)

Tras una primera parte en la que expliqué las bases de lo más básico, explicando únicamente un apartado teórico, voy a ahondar un poco más en una parte algo más práctica, por tanto resultará un poco más matemática... pero sinceramente, creo que los que leáis este blog estaréis capacitados a entenderme (excepto los que siguen viniendo en busca de "Melanie Olivares violada"... sí, siguen viniendo de esos por muy incréible que resulte).

Para entender mejor de qué estoy hablando, leed la primera parte de las "Nociones básicas de física", por supuesto si tenéis una mínima idea de física no hará falta que lo leáis, aunque en ese caso tampoco haría falta que leyerais esto.

Por supuesto si tenéis alguna duda no dudéis en preguntar.

3. Cinemática

3.1 Definición
La cinemática es la parte de la física que estudia el movimiento, en el nivel más básico se estudia el movimiento de una partícula o de un cuerpo en el cual no tenemos en cuenta su forma, ante lo cual se supondrá que este cuerpo se moverá como una unidad (es decir, no rotará o si un caso, esta rotación no afectará al movimiento de traslación, como ocurre con el movimiento planetario). La cinemática fue estudiada en su inicio por Galileo Galilei, sentando las bases para que, tras algunos años, Newton sentara las bases de la física clásica con sus tres leyes.

3.2 Ecuaciones de la cinemática
Siempre que queramos calcular la posición o la velocidad de una partícula pasado un tiempo aplicaremos las fórmulas de la cinemática. Éstas son fácilmente deducibles con conocimientos básicos de cálculo diferencial (integrando, vamos) pero se supone que esto son nociones básicas por lo que no entraré ahí, en los típicos cursos de física, uno es obligado a aprendérselas de memoria sin saber de dónde vienen. Las ecuaciones básicas que siempre se utilizarán son:

(1) x = x0 + v0 · t + 1/2 a · t^2
(2) v = v0 + a · t

Donde x es la posición, v la velocidad, x0 y v0 son la posición y la velocidad iniciales con que empezamos el movimiento, a es la aceleración y t es el tiempo. La notación de t^2 significa que es t elevado al cuadrado (t multiplicado por t).

3.3 Dos ejemplos típicos (y sencillos) de aplicación

(1) Tren a velocidad constante: Movimiento rectilíneo uniforme

Supongamos un tren tipo AVE que va a una velocidad constante de 175km/h. Obviamente, el que la velocidad será constante significará que no variará, me remito a la primera sección del cursillo para que veáis que si la velocidad es constante, la aceleración será nula. Con lo que utilizando la ecuación (1) tendremos que el espacio recorrido en 2 horas es:

x = 0 + 175 · 2 + 1/2 · 0 · 2^2= 350 km

Como para calcular el espacio recorrido, hemos de suponer que cuando estamos en el instante inicial de t = 0, x0=0. Por tanto, vemos que la ecuación para velocidades constantes también es válida.


(2) Caída libre: Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado

La caída libre es el tipo de movimiento que hace un objeto que se deja caer sin ningún tipo de rozamiento ni impulso inicial hacia el suelo. Este movimiento se ve afectado únicamente por la gravedad terrestre que, como más adelante veremos con más detenimiento, provoca una fuerza que sólo dependerá del peso del objeto a caer y la aceleración de la gravedad terrestre, que en la superficie es g = 9,8 m/s^2 (sé que las unidades se ven un poco extrañas, pero créanme que son así); esta fuerza provocada por la atracción gravitatoria terrestre es lo que comúnmente se conoce como el peso.

Hay muchas variantes del problema, pero para no complicarlo todo, supondremos el más sencillo: ¿Cuánto espacio habrá recorrido y qué velocidad tendrá un objeto si ha necesitado 5 segundos en caer? Supondremos también que la velocidad y la posición iniciales son cero

Aplicamos las ecuaciones (1) y (2):

(1) x = 0 + 0 · t + 1/2 · 9,8 · 5^2 = 1/2 · 9,8 · 25 = 245/2 = 122,5 m
(2) v = 0 + 9,8 · 5 = 49 m/s

Si os fijáis, en tan solo 5 segundos se recorren 122,5m y llegamos a una velocidad de 49m/s. Que es bastante. Aunque si quisiéramos ser más precisos, deberíamos de tener en cuenta el efecto del rozamiento, un claro ejemplo de rozamiento con el aire es el paracaídas.

Estos dos ejemplos han sido en una dimensión, realmente el estudio más interesante incluye las dos o las tres dimensiones, pero tendría que explicar algo de vectores, y quizá se escape un poco del nivel básico que buscaba para este blog.