Movimiento Rectilíneo - FÍSICA Y QUÍMICA PDF

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1 El movimiento rectilíneo Objetivos Antes de empezar En esta quincena aprenderás a: 1. Observa, algo se mueve.............. pág. 4 Sistema de referencia, SR Valorar la observación como una Trayectoria acción básica para el conocimiento Posición científico. Desplazamiento Reconocer el papel que desempeñó el Velocidad estudio de los movimientos en el desarrollo del método científico. 2.Cambiando la velocidad.............. pág. 10 Identificar las magnitudes físicas que La aceleración permiten interpretar los movimientos Variación uniforme de la velocidad con rigor y sin ambigüedad. 3. El movimiento rectilíneo (MR)...... pág 13 Describir movimientos cotidianos tanto MR uniforme naturales como propulsados. MR uniformemente acelerado Utilizar los gráficos como estrategia MR en gráficos para la resolución de problemas. La caída libre Adquirir estrategias que permitan Ejercicios para practicar resolver cuestiones físicas relacionadas con los movimientos. Para saber más Resolver problemas sobre movimientos rectilíneos. Resumen Autoevaluación Actividades para enviar al tutor FÍSICA Y QUÍMICA  1 2  FÍSICA Y QUÍMICA  El movimiento rectilíneo Antes de empezar El movimiento Si hay un ejemplo de fenómeno físico que ha merecido la atención del ser humano desde la antigüedad hasta nuestros días, es el del movimiento. La forma de orientarse más antigua conocida es a través de la posición que van adoptando las estrellas en la cúpula celeste a lo largo del año y de la zona donde se observa. La trayectoria de las partículas fundamentales en reacciones nucleares es un tema de gran actualidad, permite retrotraernos a los orígenes del universo. Las situaciones que se abordan en este tema representan una pequeña parte de la realidad y en muchos casos simplificada, Galileo así lo entendió y con ello ofreció un modo de actuar asumido por la Ciencia como forma de trabajo en el quehacer científico, el método científico. Su aplicación permitió a Isaac Newton deducir las Leyes de la Dinámica y la Ley de Gravitación Universal que gobiernan la mayoría de los movimientos cotidianos y celestes respectivamente. Más tarde, estos conocimientos inspiraron a los químicos en las teorías atómicas las cuales ofrecen una explicación de la estructura íntima de la materia. Todo ello será abordado a lo largo del curso, pero, volvamos al principio y tratemos de describir los … movimiento rectilíneos. FÍSICA Y QUÍMICA  3 El movimiento rectilíneo 1. Observa, algo se mueve La Luna describe un círculo si se Sistema de referencia SR observa su movimiento desde la Tierra. Si trasladamos el sistema El movimiento forma parte de los fenómenos físicos de referencia al Sol, ese mismo que más directamente se perciben, sin embargo, su movimiento se convierte en un descripción detallada ha traído de cabeza a más de un epicicloide. científico a lo largo de la historia, ¿ a qué ha podido ser debido? La apariencia de un movimiento depende del lugar de observación, en concreto de su estado de movimiento. El descenso de una hoja que cae de un árbol es distinto visto por una persona situada debajo que el de otra que lo observa desde un autobús en marcha. Esto plantea la necesidad de elegir un sistema de referencia relativo al cual se refiera la observación. Sistema de referencia (SR) es el lugar desde donde se miden las posiciones que atraviesa un móvil a lo largo del tiempo. Trayectoria Observa la trayectoria que describe el avión, coincide con el ¿Cómo describirías el movimiento de la Luna? ¿Qué rastro creado por la pensaban los hombres y mujeres acerca del condensación de los gases que movimiento del sol antes del s. XVI? ¿Es vertical y expulsa el motor. hacia abajo el movimiento de un objeto al caer? La referencia más inmediata de un movimiento es la forma del camino que describe, pero hay que precisar un poco más para acercarse al concepto que ahora se presenta: la trayectoria. El resultado de observar un movimiento está ligado a un SR, como hemos visto en el anterior apartado. El que se mueva o no el SR repercute en la forma de percibir el movimiento estudiado. Trayectoria es el camino que describe un objeto al desplazarse respecto de un sistema de referencia 4  FÍSICA Y QUÍMICA  El movimiento rectilíneo Posición: Representación vectorial La descripción de un movimiento requiere conocer el lugar donde se encuentra (posición) y cuándo (instante). Instante Se representa por la letra t, acompañado de algún subíndice si es necesario, para indicar el lugar que ocupa este dato respecto de un conjunto de medidas. La unidad fundamental en el Sistema Internacional es el segundo (s). El tiempo transcurrido entre dos instantes se simboliza con las letras ∆t. Pongamos un ejemplo: Obtenemos el conjunto de datos siguientes En esta imagen la posición para por la lectura directa de un cronómetro: 0s ; cada instante t, se corresponde 0,5 s; 1 s; 1,5 s. con el vector, representado por una flecha. Tiempo Situación Símbolo transcurrido Inicial t0 = 0 s 1 t1 = 0,5 s ∆t = t1-to = 0,5 s 2 t2 = 1,0 s ∆t = t2-t1 = 0,5 s 3 t3 = 1,5 s ∆t = t3-t2 = 0,5 s Posición La representación en un plano se realiza sobre unos ejes coordenados XY. El observador se sitúa en el El gráfico flecha permite origen del Sistema de referencia (SR). representar cualquier magnitud Mediante un aparato de medida adecuado o a través física que requiera más de relaciones matemáticas se determina el valor de información que un número cada posición (X,Y). El valor X corresponde a la seguido de una unidad. Se abcisa, eje horizontal, y el valor Y a la ordenada, eje expresa con dos componentes x vertical. e y , colocadas entre paréntesis y con una coma de separación entre ambas. Gráficamente se tratan como las coordenadas de un punto (que en el caso de la posición lo son). La posición de un móvil se dibuja en el plano a través de un vector (x,y) que representa las coordenadas cartesianas de un punto. FÍSICA Y QUÍMICA  5 El movimiento rectilíneo La representación vectorial de una magnitud física contiene tres datos: el módulo, la dirección y el sentido. Para el caso de la posición, ¿qué son y cómo DIRECCIÓN Y SENTIDO se averiguan? La posición tiene que informar de la situación de un La dirección es la recta móvil respecto de un observador situado en el SR. que contiene al vector Esta información se concreta con la distancia al SR y ("flecha”). con las coordenadas del punto donde se encuentra. El El sentido es el marcado módulo, la dirección y el sentido del vector posición por la punta de la flecha. dan cuenta de ello, veamos cómo: El punto de aplicación (origen) es el (0,0) del SR y el extremo el lugar donde MÓDULO está el móvil. Gráficamente se corresponde con el tamaño del vector ("flecha"). Para el caso de la posición informa de la distancia del móvil al origen del sistema de referencia. ¿Cómo se calcula esta distancia? El tamaño del vector coincide con el valor de la hipotenusa de un triángulo cuyos lados se corresponden con las componentes (X,Y) del vector. Observa el ejemplo El módulo del vector posición determina la distancia del objeto que se mueve al origen del sistema de referencia. Pero un móvil cambia de posición, ¿Qué magnitud física da cuenta de ello? 6  FÍSICA Y QUÍMICA  El movimiento rectilíneo Desplazamiento el espacio que recorrió?. Te proponemos que realices un La palabra desplazarse tiene un uso cotidiano, pero, planteamiento concreto de esta como es frecuente, el lenguaje científico la ha situación. adoptado precisando su significado. Un móvil se desplaza, evidentemente cuando se mueve, pero ¿se corresponde con algún valor Toma papel y lápiz y concreto? ¿Es lo mismo espacio recorrido que representa una bola de desplazamiento?... billar que inicialmente se encuentra en la posición (-40,-10), y tras un impulso choca contra otra bola en la posición (9,0). Dibuja: la trayectoria, la posición inicial y la final y el desplazamiento. Determina el módulo del desplazamiento. ¿Qué espacio ha recorrido? El resultado para una velocidad horizontal vx=10 m/s y una velocidad vertical vy=2 m/s es de 50 cm) El desplazamiento entre dos instantes, to y t, se corresponde con un vector que se extiende desde la posición en to hasta la posición en t. Si la trayectoria entre dos Observa en la imagen superior el desplazamiento instantes es rectilínea, el simbolizado por el vector rojo que parte de la posición desplazamiento (su en el instante inicial to y termina en la posición módulo) equivale al correspondiente al instante final tf. espacio recorrido. Su Imagina una bola de billar describiendo un unidad fundamental de movimiento rectilíneo entre dos choques consecutivos medida en el SI es el (dos instantes). ¿Cómo se representa el metro (m). desplazamiento?. A partir de él, ¿se podría determinar FÍSICA Y QUÍMICA  7 El movimiento rectilíneo Velocidad El vector velocidad se dibuja La velocidad de un objeto a menudo se confunde con sobre el móvil con un tamaño la rapidez. La velocidad físicamente es un vector y por proporcional a su módulo. tanto tiene un módulo (la rapidez), una dirección y un sentido. La dirección es la de la recta tangente a la trayectoria y el sentido el del movimiento. Módulo: Es la rapidez aunque en la mayoría de contextos se identifica como la velocidad. La rapidez con que se desplaza un móvil es la relación (cociente) entre el espacio que se recorre y el tiempo que tarda en recorrerlo. Su unidad fundamental en el Sistema Internacional es el metro por segundo (m/s). En esta imagen los dos pájaros recorren en Para mostrar toda esta ∆t=3,8 s distinto espacio. En A se ha desplazado información se requiere de la más deprisa que el B por que ha recorrido más notación vectorial. A pesar de espacio en el mismo tiempo. que el módulo de un vector es una cantidad positiva, resulta útil para los cálculos en los movimientos rectilíneos usar un signo algebraico que indica el sentido del movimiento. Esta notación será utilizada frecuentemente en este curso y se resume en: v>0, El móvil se dirige hacia el sentido positivo del eje de coordenadas. v0 a0 m/s X = Xo+vo·(t-to)+1/2·a·(t-to)2 Ascenso yo=0 m y to=0 s a = (v-vo)/(t-to) se sustituye la aceleración g=-9,8 m/s2 estimada en la frenada, Altura v=0 m/s -6,2 = (0-vo)/t máxima ymax X = vo·t-6.2/2·t2 tmax de ambas ecuaciones se desprende: g=-9,8 m/s2 Xfrenada = vo2/(2·6,2) v0 La interacción que origina la aceleración se dirige hacia el sentido positivo del eje. a0 el móvil se desplaza hacia el sentido positivo del eje. v