Problemas de cinemática difícil con soluciones
Podrías adivinar que cuanto mayor sea la aceleración de, por ejemplo, un coche que se aleja de una señal de stop, mayor será el desplazamiento del coche en un tiempo determinado. Pero no hemos desarrollado una ecuación específica que relacione la aceleración y el desplazamiento. En esta sección, veremos algunas ecuaciones convenientes para las relaciones cinemáticas, partiendo de las definiciones de desplazamiento, velocidad y aceleración. En primer lugar, investigaremos el movimiento de un solo objeto, llamado movimiento de un solo cuerpo. Luego investigamos el movimiento de dos objetos, llamados problemas de persecución de dos cuerpos.
Ahora hacemos la importante suposición de que la aceleración es constante. Esta suposición nos permite evitar el uso del cálculo para encontrar la aceleración instantánea. Dado que la aceleración es constante, las aceleraciones media e instantánea son iguales, es decir,
Así, podemos utilizar el símbolo a para la aceleración en todo momento. Asumir que la aceleración es constante no limita seriamente las situaciones que podemos estudiar ni degrada la precisión de nuestro tratamiento. Por un lado, la aceleración es constante en un gran número de situaciones. Además, en muchas otras situaciones podemos describir el movimiento con precisión suponiendo una aceleración constante igual a la aceleración media de ese movimiento. Por último, en el caso de un movimiento en el que la aceleración cambia drásticamente, como un coche que acelera hasta la velocidad máxima y luego frena hasta detenerse, el movimiento puede considerarse en partes separadas, cada una de las cuales tiene su propia aceleración constante.
Preguntas y respuestas sobre cinemática en física
Las habilidades de resolución de problemas son obviamente esenciales para el éxito en un curso cuantitativo de física. Y lo que es más importante, la capacidad de aplicar principios físicos amplios, normalmente representados por ecuaciones, a situaciones específicas es una forma muy poderosa de conocimiento. Es mucho más poderosa que la memorización de una lista de hechos. La capacidad de análisis y de resolución de problemas puede aplicarse a nuevas situaciones, mientras que una lista de hechos no puede ser lo suficientemente larga como para contener todas las circunstancias posibles. Estas habilidades analíticas son útiles tanto para la resolución de problemas en este texto como para la aplicación de la física en la vida cotidiana y profesional.Pasos para la resolución de problemas
Aunque no existe un método simple paso a paso que funcione para todos los problemas, los siguientes procedimientos generales facilitan la resolución de problemas y la hacen más significativa. También se requiere una cierta dosis de creatividad y perspicacia.
Examine la situación para determinar qué principios físicos están implicados. A menudo ayuda dibujar un simple boceto al principio. También tendrá que decidir qué dirección es positiva y anotarlo en su boceto. Una vez identificados los principios físicos, es mucho más fácil encontrar y aplicar las ecuaciones que los representan. Aunque encontrar la ecuación correcta es esencial, ten en cuenta que las ecuaciones representan principios físicos, leyes de la naturaleza y relaciones entre cantidades físicas. Sin una comprensión conceptual de un problema, una solución numérica no tiene sentido.
Preguntas y respuestas de cinemática de física de nivel A
También conocidos como problemas de movimiento, estos problemas te piden que describas el movimiento. El tiempo es una variable clave que te permite trabajar con las ecuaciones cinemáticas. Si sólo te piden posiciones y velocidades, también puedes trabajar el problema utilizando la conservación de la energía.
Cualquier problema que te pida que describas el movimiento de un objeto sin preocuparte por la causa de ese movimiento es un problema de cinemática, sin importar lo que se haya dado o pedido en el problema. En algunos casos, puedes utilizar tanto la cinemática como la energía para resolver un problema. Sin embargo, si te preguntan sobre el tiempo o el movimiento horizontal, lo más probable es que tengas que usar la cinemática.
Dado que los problemas de cinemática se centran en la descripción del movimiento, tu dibujo debe ser una imagen del movimiento o la trayectoria del objeto de interés. Asegúrate de marcar los puntos clave en la imagen (cualquier punto sobre el que se te dé información, cualquier punto sobre el que se te pida información y cualquier punto, como el extremo superior del movimiento, en el que conozcas información (como vy = 0 en el extremo superior del arco) sin que se te diga explícitamente. Ten cuidado: NO sabes que v = 0 cuando un objeto llega al suelo. En cuanto toca el suelo, hay una nueva fuerza sobre él y el problema cambia. Las ecuaciones cinemáticas que utilizarás son válidas sólo hasta el punto en que el objeto casi toca el suelo.
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En general, se dice que la cinemática es el estudio del movimiento sin tener en cuenta las fuerzas que lo causan. Básicamente significa observar cómo se mueven las cosas en lugar de por qué se mueven. Investiga los cambios en valores como la distancia o el desplazamiento, la rapidez o la velocidad y la aceleración a lo largo del tiempo. La cinemática puede estudiarse en una dimensión, como un autobús que circula por una carretera recta, en dos dimensiones, como un cañón que se dispara desde un lado, e incluso en tres dimensiones. A medida que se añaden dimensiones, las cosas se complican un poco más. La cinemática está asociada a muchas ecuaciones: ecuaciones para objetos que se mueven a una velocidad constante, ecuaciones para objetos que se aceleran e incluso ecuaciones complejas para objetos cuya tasa de aceleración cambia. Sin embargo, a veces es más fácil utilizar representaciones gráficas de las magnitudes cinemáticas o, en pocas palabras, gráficos.
La cinemática es el estudio de la física que generalmente define el movimiento con respecto al tiempo y al espacio, ignorando la causa de ese movimiento. La ecuación de la cinemática es un conjunto de ecuaciones que pueden derivar un aspecto desconocido de los movimientos del cuerpo si se proporcionan los demás aspectos.