Movimiento (física)
Definición
En física, el movimiento es un cambio en la posición de un objeto a lo largo del tiempo. El movimiento se describe matemáticamente en términos de desplazamiento, distancia, velocidad, aceleración, tiempo y velocidad. El movimiento de un cuerpo se observa al unir un marco de referencia a un observador y medir el cambio en la posición del cuerpo con respecto a ese marco.Si la posición de un cuerpo no está cambiando con respecto a un marco de referencia dado (punto de referencia), se dice que el cuerpo está en reposo , inmóvil , inmóvil , estacionario o con una posición constante (invariante en el tiempo). El movimiento de un objeto no puede cambiar a menos que sea actuado por una fuerza, como se describe. Momentum es una cantidad que se usa para medir el movimiento de un objeto. El momento de un objeto está directamente relacionado con la masa y velocidad del objeto, y el ímpetu total de todos los objetos en un sistema aislado (uno no afectado por fuerzas externas) no cambia con el tiempo, como lo describe la ley de conservación del momento.
Como no hay un marco de referencia absoluto , no se puede determinar el movimiento absoluto . Por lo tanto, se puede considerar que todo en el universo se está moviendo.
El movimiento se aplica a objetos, cuerpos y partículas de materia, a radiación, campos de radiación y partículas de radiación, y al espacio, su curvatura y espacio-tiempo. También se puede hablar de movimiento de formas y límites. Entonces, el término movimiento, en general, significa un cambio continuo en la configuración de un sistema físico. Por ejemplo, uno puede hablar sobre el movimiento de una onda o sobre el movimiento de una partícula cuántica, donde la configuración consiste en probabilidades de ocupar posiciones específicas.
Leyes del movimiento
En física, el movimiento se describe a través de dos conjuntos de leyes mecánicas aparentemente contradictorias. Los movimientos de todos los objetos a gran escala y familiares en el universo (como proyectiles, planetas, células y humanos) son descritos por la mecánica clásica. Mientras que el movimiento de objetos atómicos y subatómicos muy pequeños es descrito por la mecánica cuántica.
Primera ley : | En un marco de referencia inercial, un objeto permanece en reposo o continúa moviéndose a una velocidad constante, a menos que actúe sobre él una fuerza neta. |
Segunda ley : | En un marco de referencia inercial, la suma vectorial de las fuerzas F en un objeto es igual a la masa m de ese objeto multiplicada por la aceleración a del objeto: F = m a . |
Tercera ley : | Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce simultáneamente una fuerza igual en magnitud y opuesta en la dirección en el primer cuerpo. |
Mecanica clasica
La mecánica clásica se utiliza para describir el movimiento de objetos macroscópicos, desde proyectiles hasta partes de maquinaria, así como objetos astronómicos, como naves espaciales, planetas, estrellas y galaxias. Produce resultados muy precisos dentro de estos dominios, y es uno de los más antiguos y más grandes en ciencia, ingeniería y tecnología.
La mecánica clásica se basa fundamentalmente en las leyes del movimiento de Newton. Estas leyes describen la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento de ese cuerpo. Fueron compilados por primera vez por Sir Isaac Newton en su obra Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , publicada por primera vez el 5 de julio de 1687. Las tres leyes de Newton son:
- Un cuerpo está en reposo o se mueve con velocidad constante, hasta y a menos que se le aplique una fuerza externa.
- Un objeto viajará en una sola dirección hasta que una fuerza externa cambie su dirección.
- Cada vez que un cuerpo ejerce una fuerza F en un segundo cuerpo (en algunos casos, que está quieto), el segundo cuerpo ejerce la fuerza - F en el primer cuerpo. F y - F son iguales en magnitud y opuestos en sentido. Entonces, el cuerpo que ejerce F irá hacia atrás.
Las tres leyes del movimiento de Newton fueron las primeras en proporcionar con precisión un modelo matemático para comprender cuerpos en órbita alrededor del espacio exterior. Esta explicación unificó el movimiento de los cuerpos celestes y el movimiento de los objetos en la tierra.
La mecánica clásica se vio potenciada por la relatividad especial y la relatividad general de Albert Einstein. La relatividad especial se refiere al movimiento de objetos con una alta velocidad, que se aproxima a la velocidad de la luz; la relatividad general se emplea para manejar el movimiento gravitacional a un nivel más profundo.
Movimiento uniforme:
Cuando un objeto se mueve con una velocidad constante en una dirección particular a intervalos regulares de tiempo, se lo conoce como movimiento uniforme. Por ejemplo: una bicicleta moviéndose en línea recta con velocidad constante.
ECUACIONES DE MOVIMIENTO UNIFORME:
Si v = velocidad final, u = velocidad inicial, a = aceleración, t = tiempo, s = desplazamiento, entonces:
Mecánica cuántica
La mecánica cuántica es un conjunto de principios que describen la realidad física a nivel atómico de la materia (moléculas y átomos) y las partículas subatómicas (electrones, protones, neutrones e incluso partículas elementales más pequeñas como los quarks). Estas descripciones incluyen el comportamiento simultáneo similar a ondas y similar a partículas de la energía de la materia y de la radiación como se describe en la dualidad onda-partícula.
En la mecánica clásica, se pueden calcular mediciones precisas y predicciones del estado de los objetos, como la ubicación y la velocidad. En la mecánica cuántica, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, el estado completo de una partícula subatómica, como su ubicación y velocidad, no puede determinarse simultáneamente.
Además de describir el movimiento de los fenómenos del nivel atómico, la mecánica cuántica es útil para comprender algunos fenómenos a gran escala como la superfluidez, la superconductividad y los sistemas biológicos, incluida la función de los receptores del olfato y las estructuras de las proteínas.
Lista de movimientos humanos "imperceptibles"
Los humanos, como todas las cosas conocidas en el universo, están en constante movimiento; sin embargo, aparte de los movimientos obvios de las diversas partes externas del cuerpo y la locomoción, los humanos están en movimiento de varias maneras que son más difíciles de percibir. Muchos de estos "movimientos imperceptibles" solo son perceptibles con la ayuda de herramientas especiales y una observación cuidadosa. Las escalas más grandes de movimientos imperceptibles son difíciles de percibir por los humanos por dos razones: las leyes de movimiento de Newton (particularmente la tercera) que previene la sensación de movimiento en una masa a la que el observador está conectado y la falta de un marco de referencia obvio que permitiría a las personas ver fácilmente que se están moviendo. Las escalas más pequeñas de estos movimientos son demasiado pequeñas para ser detectadas convencionalmente con los sentidos humanos.
Universo
El espacio-tiempo (el tejido del universo) se está expandiendo, lo que significa que todo en el universo se extiende como una goma elástica. Este movimiento es el más oscuro ya que no es el movimiento físico como tal, sino más bien un cambio en la naturaleza misma del universo. La principal fuente de verificación de esta expansión fue Edwin Hubble quien demostró que todas las galaxias y objetos astronómicos distantes se alejaban de la Tierra, conocida como la ley de Hubble, predicha por una expansión universal.
Galaxia
La Vía Láctea se mueve a través del espacio y muchos astrónomos creen que la velocidad de este movimiento es de aproximadamente 600 kilómetros por segundo (1,340,000 mph) en relación con las ubicaciones observadas de otras galaxias cercanas. Otro marco de referencia es proporcionado por el fondo de microondas cósmico. Este marco de referencia indica que la Vía Láctea se mueve a alrededor de 582 kilómetros por segundo (1,300,000 mph).
Sol y sistema solar
La Vía Láctea está girando alrededor de su denso centro galáctico, por lo que el sol se mueve en un círculo dentro de la gravedad de la galaxia. Lejos del abultamiento central, o el borde exterior, la velocidad estelar típica está entre 210 y 240 kilómetros por segundo (470,000 y 540,000 mph). Todos los planetas y sus lunas se mueven con el sol. Por lo tanto, el sistema solar se está moviendo.
Tierra
La Tierra está girando o girando alrededor de su eje. Esto se evidencia por el día y la noche, en el ecuador la tierra tiene una velocidad hacia el este de 0.4651 kilómetros por segundo (1.040 mph). La Tierra también está orbitando alrededor del Sol en una revolución orbital. Una órbita completa alrededor del sol toma un año, o aproximadamente 365 días; promedia una velocidad de aproximadamente 30 kilómetros por segundo (67,000 mph).
Continentes
La Teoría de la tectónica de placas nos dice que los continentes están derivando en las corrientes de convección dentro del manto, lo que hace que se muevan a través de la superficie del planeta a una velocidad lenta de aproximadamente 2.54 centímetros (1 in) por año. Sin embargo, las velocidades de las placas varían ampliamente. Las placas de movimiento más rápido son las placas oceánicas, con la placa de Cocos avanzando a una velocidad de 75 milímetros (3.0 pulgadas) por año y la placa del Pacífico moviéndose 52-69 milímetros (2.0-2.7 pulgadas) por año. En el otro extremo, la placa de movimiento más lento es la placa de Eurasia, que progresa a una velocidad típica de aproximadamente 21 milímetros (0,83 pulgadas) por año.
Cuerpo interno
El corazón humano se contrae constantemente para mover la sangre por todo el cuerpo. A través de venas y arterias más grandes en el cuerpo, se ha encontrado que la sangre viaja a aproximadamente 0,33 m / s. Aunque existe una considerable variación, y los flujos máximos en la vena cava se han encontrado entre 0.1 y 0.45 metros por segundo (0.33 y 1.48 pies / s). Además, los músculos lisos de los órganos internos huecos se están moviendo. Lo más familiar sería la aparición de peristalsis, que es donde la comida digerida se fuerza a lo largo del tracto digestivo. Aunque diferentes alimentos viajan a través del cuerpo a diferentes velocidades, una velocidad promedio a través del intestino delgado humano es 3.48 kilómetros por hora (2.16 mph). El sistema linfático humano también causa constantemente movimientos de exceso de líquidos, lípidos y productos relacionados con el sistema inmune alrededor del cuerpo.
Células
Las células del cuerpo humano tienen muchas estructuras que se mueven a través de ellas. La transmisión citoplásmica es una forma en que las células mueven sustancias moleculares a través del citoplasma, varias proteínas motoras funcionan como motores moleculares dentro de una célula y se mueven a lo largo de la superficie de diversos sustratos celulares como microtúbulos, y las proteínas motoras suelen ser impulsadas por la hidrólisis del trifosfato de adenosina ( ATP) y convierte la energía química en trabajo mecánico. Se ha encontrado que las vesículas propulsadas por proteínas motoras tienen una velocidad de aproximadamente 0.00000152 m / s.
Partículas
De acuerdo con las leyes de la termodinámica, todas las partículas de materia están en constante movimiento aleatorio siempre que la temperatura sea superior al cero absoluto. Por lo tanto, las moléculas y átomos que componen el cuerpo humano están vibrando, colisionando y moviéndose. Este movimiento se puede detectar como temperatura; las temperaturas más altas, que representan una mayor energía cinética en las partículas, se sienten cálidas para los humanos que perciben la transferencia de energía térmica desde el objeto que se toca hasta los nervios. De manera similar, cuando se tocan objetos con temperatura más baja, los sentidos perciben la transferencia de calor lejos del cuerpo como sensación de frío.
Partículas subatómicas
Dentro de cada átomo, los electrones existen en un área alrededor del núcleo. Esta área se llama nube de electrones. De acuerdo con el modelo del átomo de Bohr, los electrones tienen una alta velocidad, y cuanto mayor sea el núcleo en que orbitan, más rápido tendrían que moverse. Si los electrones se "mueven" alrededor de la nube de electrones en caminos estrictos de la misma manera en que los planetas orbitan alrededor del sol, entonces los electrones tendrían que hacerlo a velocidades que exceden con creces la velocidad de la luz. Sin embargo, no hay ninguna razón por la que uno deba limitarse a esta estricta conceptualización, que los electrones se muevan en los caminos de la misma manera que los objetos macroscópicos. Más bien, uno puede conceptualizar que los electrones son "partículas" que caprichosamente existen dentro de los límites de la nube de electrones. Dentro del núcleo atómico,
Ligero
La luz se propaga a 299,792,458 m / s, a menudo se aproxima a 299,792 kilómetros por segundo (186,282 mi / s) en el vacío. La velocidad de la luz (o c ) es también la velocidad de todas las partículas sin masa y campos asociados en el vacío, y es el límite superior de la velocidad a la que la energía, la materia, la información o la causalidad pueden viajar; la velocidad de la luz es el límite de velocidad para todos los sistemas físicos.
Además, la velocidad de la luz es una cantidad invariable: tiene el mismo valor, independientemente de la posición o velocidad del observador. Esta propiedad hace que la velocidad de la luz c sea una unidad de medida natural para la velocidad.
Tipos de movimiento
- Movimiento armónico simple (por ejemplo, el de un péndulo).
- Movimiento lineal: movimiento que sigue una trayectoria lineal recta y cuyo desplazamiento es exactamente el mismo que su trayectoria.
- Movimiento recíproco (por ejemplo, vibración)
- Movimiento aleatorio (por ejemplo, vibración)
- Movimiento browniano (es decir, el movimiento aleatorio de las partículas)
- Movimiento circular (por ejemplo, las órbitas de los planetas)
- Movimiento de rotación: un movimiento sobre un punto fijo. (por ejemplo, noria).
- Movimiento curvilíneo: se define como el movimiento a lo largo de una trayectoria curva que puede ser plana o en tres dimensiones.
- Movimiento rotacional
- Movimiento de balanceo (a partir de la rueda de una bicicleta)
- Oscilación - (balanceándose de lado a lado)
- Movimiento vibratorio
- Movimientos de combinación (o simultáneos) - Combinación de dos o más movimientos mencionados arriba
- Movimiento proyectil - movimiento horizontal uniforme + movimiento acelerado vertical
Movimientos fundamentales
- Movimiento lineal
- Movimiento circular
- Oscilación
- Ola
- Impulso
- Movimiento relativo