El movimiento es una de las principales características del mundo en que vivimos. Se sabe por la física que todos los cuerpos y las partículas que los componen se mueven constantemente en el espacio incluso a temperaturas de cero absoluto. En este artículo, consideraremos la definición de aceleración como una característica cinemática importante del movimiento mecánico en la física.
¿De qué tamaño estamos hablando?
Según la definición, la aceleración es una cantidad que te permite describir cuantitativamente el proceso de cambio de velocidad con el tiempo. Matemáticamente, la aceleración se calcula de la siguiente manera:
a¯=dv¯/dt.
Esta fórmula para determinar la aceleración describe el llamado valor instantáneo a¯. Para calcular la aceleración promedio, debe tomar la relación de la diferencia de velocidades con un período de tiempo más largo.
El valor a¯ es un vector. Si la velocidad se dirige a lo largo de la tangente a la trayectoria considerada del cuerpo, entonces la aceleración puede serdirigida de forma completamente aleatoria. No tiene nada que ver con la trayectoria del movimiento y con el vector v¯. Sin embargo, ambas características del movimiento nombradas dependen de la aceleración. Esto se debe a que, en última instancia, es el vector de aceleración el que determina la trayectoria y la velocidad del cuerpo.
Para entender hacia dónde se dirige la aceleración a¯, uno debe escribir la segunda ley de Newton. En la forma conocida, se ve así:
F¯=ma¯.
La igualdad dice que dos vectores (F¯ y a¯) están relacionados entre sí a través de una constante numérica (m). Se sabe por las propiedades de los vectores que la multiplicación por un número positivo no cambia la dirección del vector. En otras palabras, la aceleración siempre está dirigida hacia la acción de la fuerza total F¯ sobre el cuerpo.
La cantidad considerada se mide en metros por segundo cuadrado. Por ejemplo, la fuerza gravitatoria de la Tierra cerca de su superficie imparte a los cuerpos una aceleración de 9,81 m/s2, es decir, la velocidad de un cuerpo en caída libre en el espacio sin aire aumenta en 9,81 m/s cada segundo
El concepto de movimiento uniformemente acelerado
La fórmula para determinar la aceleración en el caso general se escribió arriba. Sin embargo, en la práctica, a menudo es necesario resolver problemas para el llamado movimiento uniformemente acelerado. Se entiende como tal movimiento de cuerpos en los que su componente tangencial de aceleración es un valor constante. Destacamos la importancia de la constancia de la tangencial, y no de la componente normal de la aceleración.
La aceleración total del cuerpo en el proceso de movimiento curvilíneo se puede representar como dos componentes. La componente tangencial describe el cambio en el módulo de velocidad. La componente normal siempre se dirige perpendicular a la trayectoria. No cambia el módulo de velocidad, pero sí cambia su vector.
A continuación, cubriremos la pregunta sobre el componente de aceleración con más detalle.
Movimiento uniformemente acelerado en línea recta
Dado que el vector de velocidad no cambia cuando se mueve en línea recta el cuerpo, la aceleración normal es cero. Esto significa que la aceleración total está formada exclusivamente por la componente tangencial. La definición de aceleración durante un movimiento uniformemente acelerado se realiza de acuerdo con las siguientes fórmulas:
a=(v - v0)/t;
a=2S/t2;
a=2(S-v0t)/t2.
Estas tres ecuaciones son las expresiones básicas de la cinemática. Aquí v0 es la velocidad que tenía el cuerpo antes de la aceleración. Se llama inicial. El valor S es el camino recorrido por el cuerpo a lo largo de una trayectoria recta durante el tiempo t.
Cualquiera que sea el valor del tiempo t que sustituyamos en cualquiera de estas ecuaciones, siempre obtendremos la misma aceleración a, ya que no cambia durante el tipo de movimiento considerado.
Giro rápido
Moverse alrededor de un círculo con aceleración es un tipo de movimiento bastante común en la tecnología. Para entender esto, basta recordar la rotación de los ejes,discos, ruedas, cojinetes. Para determinar la aceleración de un cuerpo durante el movimiento uniformemente acelerado en un círculo, a menudo no se usan cantidades lineales, sino angulares. La aceleración angular, por ejemplo, se define de la siguiente manera:
α=dω/dt.
El valor de α se expresa en radianes por cada segundo al cuadrado. Esta aceleración con la componente tangencial de la cantidad a se relaciona de la siguiente manera:
α=at/r.
Dado que α es constante durante la rotación uniformemente acelerada, la aceleración tangencial at aumenta en proporción directa con el aumento del radio de rotación r.
Si α=0, entonces solo hay una aceleración normal distinta de cero durante la rotación. Sin embargo, este movimiento se llama rotación uniformemente variable o uniforme, no uniformemente acelerada.
