Moviment (física)
En física, el moviment és un canvi de la posició d'un cos a lo llarc del temps respecte d'un sistema de referència.
L'estudi del moviment es pot realisar a través de la cinemàtica o a través de la dinàmica. En funció de l'elecció del sistema de referència quedaran definides les equacions del moviment, equacions que determinaran la posició, la velocitat i l'acceleració del cos en cada instant de temps. Tot moviment pot representar-se i estudiar-se per mig de gràfiques. Les més habituals són les que representen l'espai, la velocitat o l'acceleració en funció del temps, la seua medició és per mig de kilometraje o metros sobre segon.
La velocitat i l'acceleració sempre són relatives ya que depenen del sistema de referència elegit per a medir-les o calcular-les. Una volta triat un sistema de referència i definides les equacions del moviment la velocitat i l'acceleració del cos en cada instant de temps.
Introducció
[editar | editar còdic]
Un sistema físic real es caracterisa per, a lo manco, tres propietats importants:
- Tindre una posició en el espai-temps.
- Tindre un estat físic definit subjecte a evolució temporal.
- Poder-li associar una magnitut física cridada energia.
El moviment es referix al canvi a lo llarc del temps d'una propietat en l'espai, com pot ser l'ubicació, l'orientació, la forma geomètrica o el tamany, tal com és medit per un observador físic. Una miqueta més generalment el canvi de propietat en l'espai pot vore's influït per les propietats internes d'un cos o sistema físic, o inclús l'estudi del moviment en tota la seua generalitat du a considerar el canvi de dit estat físic.
La descripció del moviment dels cossos físics sense considerar les causes que ho originen es denomina cinemàtica (del grec κινεω, kineo, moviment) (que solament s'ocuparia de les propietats 1 i 2 anteriors). Es llimita a l'estudi de la trayectòria i el desplaçament en funció d'elements geomètrics que evolucionen en el temps. Esta disciplina pretén descriure el modo en que un determinat cos es mou. La física clàssica va nàixer estudiant la cinemàtica de cossos rígits.
Posteriorment l'estudi de l'evolució en el temps d'un sistema físic en relació en les causes que provoquen o conserven el moviment va dur al desenroll de la dinàmica. Els principis dinàmics més importants són la inèrcia, la cantitat de moviment, la força i la energia mecànica.
L'integració de la cinemàtica i la dinàmica desenrolla la disciplina general denominada com a mecànica (Grec Μηχανική i de llatí mechanica o 'art de construir màquines') que és la branca de la física que estudia i analisa el moviment i repòs dels cossos. La mecànica teòrica va ser durant els sigles XVII, XVIII i principis de el XIX, la disciplina de la física que va alcançar major abstracció matemàtica i va ser una font de millora del coneiximent científic del món. La mecànica aplicada està usualment relacionada en la ingenieria. Abdós punts de vista es justifiquen parcialment ya que, si be la mecànica és la base per a la majoria de les ciències de l'ingenieria clàssica, no té un caràcter tan empíric com estes i, en canvi, pel seu rigor i raonament deductivo, s'assembla més a la matemàtica.
Durant el XX l'aparició de nous fets físics, tant la consideració de cossos físics movent-se a velocitats propenques a la velocitat de la llum com el moviment de les partícules subatòmiques, varen dur a la formulació de teories més abstractes com la mecànica relativista i la mecànica quàntica que seguien interessant-se per l'evolució en el temps dels sistemes físics, encara que d'una manera més abstracta i general de lo que havia fet la mecànica clàssica, l'objectiu de la qual era bàsicament quantificar el canvi de posició en l'espai de les partícules a lo llarc del temps i els agents responsables de dits canvis.
Característiques cinemàtiques del moviment
[editar | editar còdic]Mòvil
[editar | editar còdic]S'entén per mòvil a l'objecte en moviment del que es vol estudiar tant la seua cinemàtica com la seua dinàmica. D'acort al mòvil estudiat es poden identificar diferents perspectives del moviment:
- Mòvil puntual: el mòvil es reduïx a un punt teòric per a simplificar el seu estudi. Des d'un punt de vista cinemàtic, l'únic tipo de moviment admissible per a un mòvil puntual és aquell en el que s'observa un canvi d'ubicació sobre un sistema de coordenades de referència, definit com moviment de translació.
- Mòvil sòlit rígit: el mòvil és un objecte tridimensional no deformable. El terme «rígit» es referix des d'una idealisació matemàtica, a que la distància entre dos punts materials qualssevol del cos permaneix invariable en el transcurs del temps.
El moviment més general d'un mòvil sòlit rígit pot considerar-se com la superposició de dos tipos de moviment bàsics:
- - moviment de translació, en a on un punt de referència denominat centre de masses es descriu d'acort a la simplificació mecànica d'un mòvil puntual
- - moviment de rotació, en el que es descriu el canvi d'orientació del mòvil o un sistema de referència de manera que un punt o una llínea (cridada eix de rotació), permaneixen fixos.
- Mòvil sòlit deformable: el mòvil és un objecte tridimensional deformable, és dir, existix a lo llarc de l'evolució temporal un estat tal en el que la distància entre dos punts materials qualssevol del cos pot variar, lo que es pot evidenciar com un canvi en el tamany o forma del mòvil, denominada deformació. La deformació pot ser:
- -plàstica, si el cos no retorna a la seua forma original despuix de retirar la càrrega aplicada o
- -elàstica, si el cos retorna a la seua forma original despuix de retirar la càrrega aplicada. Si una deformació elàstica genera un moviment repetitiu al voltant d'una posició d'equilibri, es denomina vibració.
El moviment global d'un mòvil sòlit deformable es descompon en els seus moviments de translació, rotació i deformació.
- Decorregut: el mòvil és descrit com un mig continu sense forma definida, infinitament deformable, en el qual els desplaçaments que un punt material pot alcançar en el sí del decorregut no estan determinats (açò contrasta en els sòlits deformables, a on els desplaçaments estan molt més llimitats). Presenta absència de memòria de forma, és dir, pren la forma del recipient que ho continga, sense que existixquen forces de recuperació elàstica com en els mòvils sòlits.
Instant i duració
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Temps.
El temps és una magnitut física en la que medim la duració o separació d'acontenyiments. El temps permet ordenar els successos en seqüències. Daus dos events puntuals I1 i I2, que ocorren respectivament en dos coordenades temporals t1 i t2, i en punts de l'espai diferents P1 i P2, totes les teories físiques admeten que estos poden complir una i solament una de les següents tres condicions:[1]
- És possible per a un observador estar present en l'event I1, i després estar en l'event I2, i en eixe cas s'afirma que I1 és un event anterior a I2. Ademés, si això succeïx, eixe observador no podrà verificar E2.
- És possible per a un observador estar present en l'event I2 i després estar en l'event I1, i en eixe cas s'afirma que I1 és un event posterior a I2. Ademés si això succeïx, eixe observador no podrà verificar E1.
- És impossible, per a un observador puntual, estar present simultàneament en els dos events I1 i I2.
Per a fins de descripció del moviment, una duració entre les coordenades temporals t1 i t2 es pot definir com a Δt. Si dita duració és infinitesimal (dt) es denomina com a instant.
Posició i desplaçament
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Desplaçament (vector).
L'espai físic és el lloc a on es troben els ents materials. L'espai físic és habitualment concebut en tres dimensions llineals, encara que els físics moderns usualment ho consideren, en el temps, com una part d'un infinit continu de quatre dimensions conegut com a espai-temps, que en presència de matèria és curve. La posició d'un mòvil es definix com la variable d'estat que proporciona una descripció geomètrica definida en un instant dt determinat sobre un lloc geomètric descrit per l'espectador. Aixina, es pot utilisar un sistema de coordenades ortogonals, cilíndriques o esfèriques per a descriure la posició d'un cos.
El desplaçament és el vector que definix la posició d'un punt o partícula en relació en un orige A sobre una posició B. El vector s'estén des del punt de referència fins a la posició final. Quan es parla del desplaçament en l'espai solament importa la posició inicial i la posició final, ya que la trayectòria que es descriu no és d'importància.
Trayectòria
[editar | editar còdic]AP
La trayectòria és el lloc geomètric de les posicions successives per les que passa un cos en el seu moviment. La trayectòria depén del sistema de referència en el que es descriga el moviment, sobre el tipo de mòvil i el punt de vista de l'observador. La trayectòria d'un moviment de translació es definix per l'equació parametrizada de la curva descrita en l'espai geomètric per un mòvil puntual o el centre de masses d'un mòvil sòlit . Les trayectòries d'una rotació es descriuen en funció als ànguls de Euler i de superfícies de revolució. La trayectòria d'una deformació es descriu per mig de les medides geomètriques de deformació. Per a decorreguts en moviment, l'anàlec a la trayectòria és el tipo de fluix: un fluix laminar és el moviment d'un decorregut quan este és ordenat, estratificado, suau. En un fluix laminar el decorregut es mou en làmines paraleles sense entremesclar-se i cada partícula de decorregut seguix una trayectòria suau, cridada llínea de corrent. Es diu fluix turbulento al moviment d'un decorregut que es dona en forma caòtica, en que les partícules es mouen desordenadamente i les trayectòries de les partícules es troben formant menudes moles periòdiques, (no coordinats).
Velocitat
[editar | editar còdic]- Artícul principal → Velocitat (física).
De manera genèrica, una velocitat es definix com la taxa de variació d'una determinada magnitut física sobre el temps. En el cas de moviments traslacionales, la velocitat és una magnitut física de caràcter vectorial que expressa el desplaçament d'un objecte per unitat de temps.
En el llenguage quotidià s'ampra les paraules rapidea i velocitat de manera indistinta. En física es fa una distinció entre elles. De manera molt senzilla, la diferència és que la velocitat és la rapidea en una direcció determinada. Quan es diu que un auto viaja a 60 km/h s'està indicant la seua rapidea. Pero en dir que un auto es desplaça a 60 km/h cap al nort s'està especificant la seua velocitat. La rapidea descriu qué tan aprisa es desplaça un objecte; la velocitat descriu que tan aprisa ho fa i en que direcció.
La velocitat de moviment en un instant donat depén de l'observador tant en mecànica clàssica com en teoria de la relativitat. En mecànica quàntica la velocitat d'un mòvil de la mateixa manera que la seua trayectòria no té perqué estar definida en un instant donat, d'acort en algunes interpretacions de la teoria. El fenomen del Zitterbewegung sugerix que un electró podria tindre un moviment oscilatori travesser al voltant de lo que la seua «trayectòria» clàssica (és dir, el camí que deuria seguir si la descripció clàssica fora correcta).
La rapidea o també cridada celeritat és la relació entre la distància recorreguda i el temps amprat en recórrer-la. Un auto, per eixemple, recorre un cert número de quilómetros en una hora que pot ser de 110km/h. La rapidea és una medida de que tan veloç es mou un objecte. És la raó de canvi a la que es recorre la distància, ya que l'expressió raó de canvi indica que estem dividint alguna cantitat entre el temps, per lo tant, la rapidea es medix sempre en térmens d'una unitat de distància dividida entre una unitat de temps.
En moviments rotacionales, es definix la velocitat angular com la taxa de variació entre l'àngul girat per una unitat de temps i es designa per mig de la lletra grega ω. La seua unitat en el Sistema Internacional és el radián per segon (rad/s). S'ampra com una mida de la velocitat de rotació.
La velocitat de deformació és una magnitut que medix el canvi de deformació respecte al temps. Per a problemes uniaxiales és simplement la derivada temporal de la deformació llongitudinal, mentres que per a problemes o situacions tridimensionals es representa per un tensor de segon ranc. En moviments periòdics s'ampra adicionalment la freqüència, la qual és una magnitut que medix el número de repeticions per unitat de temps de qualsevol fenomen o succés periòdic, tals com a rotacions, oscilacions i vibracions. La seua unitat és el Herzio.
En el moviment d'un decorregut, el fluix volumètric és una variable cinématica que es definix com el volum de decorregut que passa per una superfície donada en un temps determinat. Donada un àrea A, sobre la qual fluïx un decorregut en un àngul des de la direcció perpendicular a A en un fluix volumètric Q, es pot definir la velocitat de fluix com:
Acceleració
[editar | editar còdic]AP En física el terme acceleració és una magnitut vectorial que s'aplica tant als auments com a les disminució de rapidea en una unitat de temps. El terme acceleració s'aplica tant a canvis de rapidea com a canvis de direcció.
En moviments de translació, el vector velocitat v és tangente a la trayectòria, mentres que el vector acceleració a pot descompondre's en dos components (cridades components intrínseques) mútuament perpendiculars: una component tangencial at (en la direcció de la tangente a la trayectòria), cridada acceleració tangencial, i una component normal an (en la direcció de la normal principal a la trayectòria), cridada acceleració normal o centrípeta (este últim nom en raó a que sempre està dirigida cap al centre de curvatura).
Si es recorre una curva en una rapidea constant de 50 km/h, se sentiran els efectes de l'acceleració com una tendència a inclinar-se cap a l'exterior de la curva (inèrcia). Es pot recórrer la curva en rapidea constant, pero la velocitat no és constant ya que la direcció canvia a cada instant, per lo tant, l'estat de moviment canvia, és dir, s'està accelerant. Per eixemple, els frens d'un auto poden produir grans acceleració retardantes, és dir, poden produir un gran decremento per segon de la seua rapidea. A açò se li sol cridar desacceleració o acceleració negativa.
L'acceleració normal és una mida de la curvatura de la trayectòria, diferents observadors en moviment no uniforme respecte a ells observaran forces i acceleració diferents i per tant trayectòries diferents. Si un observador inercial examina la trayectòria d'una partícula que es mou en llínea recta i en velocitat uniforme (trayectòria de curvatura zero), qualsevol un atre observador inercial vorà la partícula moure's en llínea recta i en velocitat uniforme (encara que no la mateixa recta), en el cas d'observadors arbitraris en moviment accelerat entre ells les formes de les trayectòries poden diferir notablement, ya que en medir els dos observadors acceleració completament diferents, la trayectòria de la partícula es curvarà de maneres molt diferents per a un i un atre observador.
En moviments rotacionales, s'ampra el concepte d'acceleració angular a la taxa de variació entre la velocitat angular sobre el temps.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Robert M. Wald, 1984
- Este artícul conté una traducció derivada de «Movimiento (física)» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.