Fundamento de la cinemática clásica
La cinemática trata del estudio del movimiento de los
cuerpos en general y, en particular, el caso simplificado del movimiento de un
punto material mas no estudia el porque se mueven los cuerpos. Para sistemas de
muchas partículas, tales como los fluidos, las leyes de movimiento se estudian
en la mecánica de fluidos.
El movimiento trazado por una partícula lo mide un
observador respecto a un sistema de referencia. Desde el punto de vista
matemático, la cinemática expresa cómo varían las coordenadas de posición de la
partícula (o partículas) en función del tiempo. La función matemática que
describe la trayectoria recorrida por el cuerpo (o partícula) depende de la
velocidad (la rapidez con la que cambia de posición un móvil) y de la
aceleración (variación de la velocidad respecto del tiempo).
El movimiento de una partícula (o cuerpo rígido) se puede
describir según los valores de velocidad y aceleración, que son magnitudes
vectoriales.
Si la aceleración es nula, da lugar a un movimiento
rectilíneo uniforme y la velocidad permanece constante a lo largo del tiempo.
Si la aceleración es constante con igual dirección que la
velocidad, da lugar al movimiento rectilíneo uniformemente acelerado y la
velocidad variará a lo largo del tiempo.
Si la aceleración es constante con dirección perpendicular a
la velocidad, da lugar al movimiento circular uniforme, donde el módulo de la
velocidad es constante, cambiando su dirección con el tiempo.
Cuando la aceleración es constante y está en el mismo plano
que la velocidad y la trayectoria, tiene lugar el movimiento parabólico, donde
la componente de la velocidad en la dirección de la aceleración se comporta
como un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, y la componente
perpendicular se comporta como un movimiento rectilíneo uniforme, y se genera
una trayectoria parabólica al componer ambas.
Cuando la aceleración es constante pero no está en el mismo
plano que la velocidad y la trayectoria, se observa el efecto de Coriolis.
En el movimiento armónico simple se tiene un movimiento
periódico de vaivén, como el del péndulo, en el cual un cuerpo oscila a un lado
y a otro desde la posición de equilibrio en una dirección determinada y en
intervalos iguales de tiempo. La aceleración y la velocidad son funciones, en
este caso, sinusoidales del tiempo.
Al considerar el movimiento de traslación de un cuerpo
extenso, en el caso de ser rígido, conociendo como se mueve una de las
partículas, se deduce como se mueven las demás. Así, basta describir el movimiento
de una partícula puntual, como por ejemplo el centro de masa del cuerpo, para
especificar el movimiento de todo el cuerpo. En la descripción del movimiento
de rotación hay que considerar el eje de rotación respecto del cual rota el
cuerpo y la distribución de partículas respecto al eje de giro. El estudio del
movimiento de rotación de un sólido rígido suele incluirse en la temática de la
mecánica del sólido rígido, por ser más complicado. Un movimiento interesante
es el de una peonza, que al girar puede tener un movimiento de precesión y de
nutación.
Cuando un cuerpo posee varios movimientos simultáneamente,
como por ejemplo uno de traslación y otro de rotación, se puede estudiar cada
uno por separado en el sistema de referencia que sea apropiado para cada uno, y
luego, superponer los movimientos.
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