1. Sistemas de Coordenadas y Marcos de Referencia
1.1 ¿Qué es un sistema de coordenadas?
En general, un sistema de coordenadas es un conjunto de valores y puntos que permiten definir la posición de cualquier punto en el plano o en el espacio. Se construye sobre la base de ejes ortogonales.
1.2 ¿Qué significa ejes ortogonales?
Referido al sistema de coordenadas, significa que entre cada par de ejes de coordenadas se forma un ángulo de 90º.
1.3 Ejemplo de coordenadas en el espacio
Si cada cuadra mide aproximadamente 100 m y cada piso mide 2,8 m de altura, las coordenadas en el espacio (x, y, z) desde un punto de referencia serían (300, 200, 16,8).
1.3.1 Importancia de la hora en un marco de referencia
Si no se incluye el tiempo, no se considera un marco de referencia completo. Es decir, las personas no podrían encontrarse en un punto específico si no se acuerda una hora.
1.4 ¿Qué representa el punto de referencia?
El punto de referencia es el punto a partir del cual se consideran las distancias.
1.5 ¿Qué es el origen temporal?
El origen temporal corresponde al instante a partir del cual se mide el tiempo.
1.6 ¿Cuál es la diferencia entre sistema de coordenadas y marco de referencia?
Un sistema de coordenadas es un conjunto de valores y puntos que permiten definir unívocamente la posición de cualquier punto de un espacio euclidiano. Un marco de referencia es un conjunto de convenciones usadas por un observador para poder medir la posición y otras magnitudes físicas de un objeto o sistema físico en el tiempo y el espacio.
2. Movimiento
2.1 ¿Cuándo un cuerpo se mueve?
Un cuerpo se mueve cuando cambia de lugar o posición con el paso del tiempo. Para conocer la posición de un cuerpo necesitamos unos puntos de referencia que consideramos fijos, y que denominamos sistema de referencia. Cuando la posición de un objeto varía respecto del punto u objeto de referencia, decimos que ese objeto está en movimiento; por el contrario, cuando no varía la posición decimos que está en reposo. Para estudiar el movimiento tenemos que hacerlo respecto a algo (sistema de referencia), prescindiendo de si este algo está en reposo o en movimiento. Se dice que todo movimiento es relativo.
2.2 ¿Qué es el observador en física?
El concepto de observador se utiliza en la descripción del movimiento y se considera a este como el punto de referencia, además de suponer que se encuentra en reposo.
2.3 Relatividad del movimiento
La conclusión obtenida por Galileo dice que todo experimento que se realice en un recinto aislado que se mueve con rapidez constante en línea recta resultará igual al realizado en otro sistema que se encuentre en reposo.
3. Fuerza y Ley de Hooke
3.1 ¿Qué es una fuerza?
Se denomina fuerza a cualquier acción o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimir una aceleración modificando su velocidad. Podemos encontrar cuatro fuerzas fundamentales o interacciones que puede sufrir la materia: interacción electromagnética, interacción nuclear débil, interacción nuclear fuerte, interacción gravitatoria o gravitación.
3.2 ¿Qué es una fuerza restauradora?
Actúan con el fin de llevar un resorte a su estado de equilibrio y su principal característica es el estiramiento del resorte con respecto a la masa.
3.3 ¿Qué características tienen los materiales elásticos?
Son aquellos que tienen la capacidad de recobrar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que había determinado su deformación. Son todos los sólidos y siguen la Ley de Hooke. Esta dice que la deformación es directamente proporcional al esfuerzo.
3.4 Tipos de resortes
3.4.1 Resortes de tracción
Estos resortes soportan exclusivamente fuerzas de tracción y se caracterizan por tener un gancho en cada uno de los extremos de diferentes estilos: inglés, alemán, catalán abierto, cerrado o de dobles espera. Estos ganchos permiten montar los resortes de tracción en todas las posiciones imaginables.
3.4.2 Resortes de compresión
Estos resortes están especialmente diseñados para soportar fuerzas de compresión. Suelen ser cilíndricos, cónicos, bicónicos, de paso fijo o cambiante.
3.5 ¿Qué expresa la Ley de Hooke?
Establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada (F). También demuestra la relación de proporcionalidad entre la elongación (estiramiento) que presenta un material elástico (una goma, un muelle) y la fuerza que ha producido esa deformación.
3.6 ¿Qué aplicaciones tiene la Ley de Hooke?
La Ley de Hooke se utiliza básicamente para hallar la fuerza en los resortes. De hoy en adelante se derivan aplicaciones de distintos tipos: en cálculo sirve para el estudio del trabajo; en ondas sirve para los movimientos armónicos simples de masa-resorte.
La Ley de Hooke solo es válida en el rango de elasticidad del material.
3.7 Síntesis de la Ley de Hooke
La fuerza restauradora es la fuerza que se relaciona con la propiedad elástica de algunos cuerpos. La ley que la representa se conoce como Ley de Hooke, cuya formulación es: F = -k.x, donde k es la constante de elasticidad y el signo menos se debe a que se opone a la fuerza deformadora.