Movimiento Rectilíneo Uniforme

Representa un movimiento de la física, que, en un determinado espacio de tiempo, un cuerpo cualquiera se mueve a velocidad constante. El móvil, a tener velocidad constante, por lo tanto no presenta aceleración, es nula. Es decir, como la velocidad es constante (es siempre la misma), no hay presencia de aceleración, porque esto implicaría un cambio de velocidad. 

Esto se podría resumir en que un cuerpo, en MRU, presenta las siguientes características: 
• Posee posición inicial y final, las cuales obviamente son distintas 
• Tiene Velocidad constante, es decir, la misma no varía durante la trayectoria descripta 
• No hay presencia de aceleración, es nula 

Con esto, se puede deducir las siguientes formulas para calcular las variables x (posición) y t (tiempo): 
• x= xo + V.t
• V= Cte
• a= o 

(Nota: xo= Posición Inicial) 

De estas mismas formulas, se puede despejar para buscar otras variables. Por ejemplo: 

Se nos indica un MRU, y se sabe que la posición inicial es 20 metros, la posición final 80 metros, y el tiempo que tardo en movila en recorrerlo es de 4 segundos. Tenemos que hallar la velocidad (V) 

A partir de x=xo + V.t, despejamos y obtenemos que V= (x - xo)/t. 
Remplazamos, V= (80m - 20m)/4t 
Y finalmente obtenemos V= 15 m/s 

Ejemplo de MRU: 
Un móvil se mueve a una velocidad constante de 80 Km/h sobre una autopista, durante un tiempo de 20 segundos. 

Aquí se nos presenta un movila con velocidad constante (80 km/h), que tiene posición inicial y final, y un tiempo determinado. Este es un claro ejemplo de MRU y es esencial para entender este tipo de movimiento. 

Gráficas de MRU: 

La grafica 1 corresponde a la posición. Como se puede ver, esta varia en función del tiempo, tal como se menciono antes. Se representa mediante una pendiente, dado que la distancia recorrida es inversamente proporcinal al tiempo. 

La grafica 2 corresponde a la velocidad. Se describe una recta, dado que la velocidad es siempre la misma, y no varía. 

La grafica 3 corresponde a la aceleración. Como bien se puede apreciar, hay un recta que es nula siempre para la aceleración, dado que no se presenta en este tipo de movimiento. 

Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado

Este tipo de movimiento si presenta aceleración constante, por lo que la velocidad esta vez no es constante, sino que varía en función del tiempo. 

Las principales características de este movimiento son: 
• La velocidad varia en función de tiempo 
• Presenta aceleración, que es constante 
• Hay posición inicial y final 

Con esto se deduce las siguientes formulas para calcular las variables en el MRUV: 
• x= xo + Vo.t + 1/2.a.t^2
• V= Vo + a.t
• a= Cte 

(Nota: xo= Posición inicial; Vo= Velocidad Inicial) 

Al igual que con el MRU, de estas mismas formulas se puede despejar para hallar otras variables. 

Ejemplo MRUV 

Un móvil acelera a 8 m/s^2 luego de semáforo, durante una distancia de 100 metros. 

Aquí se presente la aceleración constante (8 m/s^2), con una Velocidad inicial nula (el móvil parte varado, desde un semáforo que se pone en verde), y si según el sistema de representación elegido, se puede deducir como posición inicial= O, y posición final= 100 metros. Luego, según lo que nos pida el problema, basta con usar las formulas para hallar lo solicitado. 

Gráficas MRUV

La grafica 1 corresponde a la posición. Como verán, esta vez se describe una parábola, dado que no varía constantemente en función de tiempo, ya que la velocidad varia, y esto hace que recorra más o menos distancias en el tiempo. 

La grafica 2 corresponde a la velocidad. En esto caso, ahora se describe una pendiente, en la que la velocidad varia en función del tiempo. La velocidad no es más constante. 

La grafica 3 corresponde a la aceleración. Hay aceleración, pero es constante, por ello que se describe una recta.

Tiro vertical y caída libre

Estos movimientos se resuelven con las mismas ecuaciones de MRUV, tomando como aceleración la de la gravedad de la tierra, que en vez de "a" la llamamos "g". También es un valor vectorial y su módulo es:


Su signo depende de como ubiquemos el sistema de referencia. Si el sistema lo ponemos creciente desde la tierra hacia arriba entonces g tiene signo negativo.

Debido a que trabajamos con sistemas coordenados, utilizamos la misma fórmula para el tiro vertical que para la caída libre (que además son las mismas formulas que utilizamos para todo MRUV). Tomamos positiva la aceleración cuando la velocidad aumenta en el sentido que crece el sistema de referencia y negativa en el otro caso.

Tiro Vertical

El tiro vertical corresponde al movimiento en el cual se lanza un objeto en línea recta hacia arriba con una velocidad inicial.

Este movimiento siempre tiene velocidad inicial distinta de cero, sea lanzado hacia arriba o hacia abajo.

Las ecuaciones para éste movimiento son:

Altura Máxima: El único instante donde la velocidad es nula es cuando alcanza la altura máxima, si el objeto o móvil fue lanzado hacia arriba. Es el punto donde el objeto se detiene y comienza el descenso.

Velocidad Inicial: Una particularidad del tiro vertical es que un objeto lanzado hacia arriba con una determinada velocidad inicial, al regreso y pasando por el mismo punto de partida, posee el mismo valor de velocidad pero con sentido contrario al del lanzamiento.

Caída Libre

La caída libre corresponde al movimiento en dónde se deja caer un objeto desde arriba. El siguiente gráfico corresponde a la velocidad durante la caída libre, poniendo un sistema de coordenadas con el origen en el piso y dirigido hacia arriba, es decir la velocidad tiene signo negativo.

Con esta disposición, la aceleración también tiene signo negativo. En el gráfico consideramos velocidad inicial nula. Si realizamos un ejercicio completo de tiro vertical y caída libre, hay que tener en cuenta que en el tiro vertical sí tenemos velocidad inicial, pero la caída libre es otro movimiento que comienza justamente cuando esa velocidad es cero. De todas formas la caída libre también puede tener velocidad inicial en otros casos.

Características del tiro vertical y la caída libre

En ambos casos se toman en cuenta las velocidades iniciales y las distancias, pero no intervienen el peso o la masa para calcular la altura o el tiempo.

Debería importar la forma de los objetos con el fin de calcular el rozamiento con el aire (que ejerce una fuerza), pero no lo consideramos en estos ejercicios.

Para el tiro vertical, si utilizamos un sistema de referencia dirigido hacia arriba, la aceleración tiene signo negativo y velocidad inicial positiva. En la caída libre, con el mismo sistema de referencia, la velocidad es negativa (en aumento) y la aceleración no cambia de signo (con ese sistema seguiría siendo negativa).

Magnetismo

El magnetismo o energía magnética es un fenómeno físico por el cual los objetos ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que han presentado propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.

El magnetismo se da particularmente en los cables de electro matización. Líneas de fuerza magnéticas de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.

El magnetismo también tiene otras manifestaciones en física, particularmente como uno de los 2 componentes de la radiación electromagnética, como por ejemplo, la luz.

Etimología del nombre magnetismo o magnete

·        Piedras «Magnesia y Magneto» (de magnesiano, magnetismo, magnetizar) del gr. magnees (tierra, metal y oxido) procedentes de magnesia ciudad de Tesalia.

·        «Imán», del griego, adamas, adamantes (diamante, acero) de «a» (privativa, prefijo de contrariedad o de negación) y damaoo (quemar). Figo. piedra dura que no se puede o no se debiera quemar, calentar, pues los griegos debieron conocer que el calor destruye el magnetismo.

·        Del latín manes, -tisis, imán.

·        Estas piedras eran también conocidas desde antiguo como «piedras calamitas» llamadas vulgarmente en Europa «yman» o «magnate, hematites siderita y heraclion».

Véanse también: Magnesia del Meandro y Magnesia del Sipilos.

Breve explicación del magnetismo

Cada electrón es, por su naturaleza, un pequeño imán (véase momento dipolar magnético electrónico). Ordinariamente, innumerables electrones de un material están orientados aleatoriamente en diferentes direcciones, pero en un imán casi todos los electrones tienden a orientarse en la misma dirección, creando una fuerza magnética grande o pequeña dependiendo del número de electrones que estén orientados.

Además del campo magnético intrínseco del electrón, algunas veces hay que contar también con el campo magnético debido al movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo. Este efecto es análogo al campo generado por una corriente eléctrica que circula por una bobina (ver dipolo magnético), pero en ciertas condiciones los movimientos pueden alinearse y producir un campo magnético total medible.

La física del magnetismo

Campos y fuerzas magnéticas

El fenómeno del magnetismo es ejercido por un campo magnético, por ejemplo, una corriente eléctrica o un dipolo magnético crea un campo magnético, éste al girar imparte una fuerza magnética a otras partículas que están en el campo.

Para una aproximación excelente (pero ignorando algunos efectos cuánticos, véase electrodinámica cuántica) las ecuaciones de Maxwell (que simplifican la ley de Biot-Savart en el caso de corriente constante) describen el origen y el comportamiento de los campos que gobiernan esas fuerzas. Por lo tanto el magnetismo se observa siempre que partículas cargadas eléctricamente están en movimiento. La misma situación que crea campos magnéticos (carga en movimiento en una corriente o en un átomo y dipolos magnéticos intrínsecos) son también situaciones en que el campo magnético causa sus efectos creando una fuerza. Cuando una partícula cargada se mueve a través de un campo magnético B, se ejerce una fuerza F dado por el producto cruz:

Donde  es la carga eléctrica de la partícula,  es el vector velocidad de la partícula y  es el campo magnético. Debido a que esto es un producto cruz, la fuerza es perpendicular al movimiento de la partícula y al campo magnético.

La fuerza magnética no realiza trabajo mecánico en la partícula, cambia la dirección del movimiento de ésta, pero esto no causa su aumento o disminución de la velocidad. La magnitud de la fuerza es: donde  es el ángulo entre los vectores  y .

Una herramienta para determinar la dirección del vector velocidad de una carga en movimiento, es siguiendo la ley de la mano derecha (véase regla de la mano derecha).

Monopolos magnéticos

Puesto que un imán de barra obtiene su ferromagnetismo de los electrones magnéticos microscópicos distribuidos uniformemente a través del imán, cuando un imán es partido a la mitad cada una de las piezas resultantes es un imán más pequeño. Aunque se dice que un imán tiene un polo norte y un polo sur, estos dos polos no pueden separarse el uno del otro. Un monopolo -si tal cosa existe- sería una nueva clase fundamentalmente diferente de objeto magnético. Actuaría como un polo norte aislado, no atado a un polo sur, o viceversa. Los monopolos llevarían "carga magnética" análoga a la carga eléctrica. A pesar de búsquedas sistemáticas a partir de 1931 (como la de 2006), nunca han sido observadas, y muy bien podrían no existir. (Ref). Milton menciona algunos eventos no concluyentes (p.60) y aún concluye que "no ha sobrevivido en absoluto ninguna evidencia de monopolos magnéticos". (p.3)

Tipos de materiales magnéticos

Existen diversos tipos de comportamiento de los materiales magnéticos, siendo los principales el ferromagnetismo, el diamagnetismo y el paramagnetismo.

En los materiales diamagnéticos, la disposición de los electrones de cada átomo es tal, que se produce una anulación global de los efectos magnéticos. Sin embargo, si el material se introduce en un campo inducido, la sustancia adquiere una imantación débil y en el sentido opuesto al campo inductor.

Asimismo, si el material paramagnético se somete a la acción de un campo magnético inductor, el campo magnético inducido en dicha sustancia se orienta en el sentido del campo magnético inductor.

Esto hace que una barra de material paramagnético suspendida libremente en el seno de un campo inductor se alinee con este.

Electromagnetos

Un electroimán es un imán hecho de alambre eléctrico bobinado en torno a un material magnético como el hierro. Este tipo de imán es útil en los casos en que un imán debe estar encendido o apagado, por ejemplo, las grandes grúas para levantar chatarra de automóviles.

Para el caso de corriente eléctrica se desplazan a través de un cable, el campo resultante se dirige de acuerdo con la Bregla de la mano derecha. Si la mano derecha se utiliza como un modelo, y el pulgar de la mano derecha a lo largo del cable de positivo hacia el lado negativo (“convencional actual", a la inversa de la dirección del movimiento real de los electrones), entonces el campo magnético hace una recapitulación de todo el cable en la dirección indicada por los dedos de la mano derecha.

Magnetos temporales y permanentes

Un imán permanente conserva su magnetismo sin un campo magnético exterior, mientras que un imán temporal sólo es magnético, siempre que esté situado en otro campo magnético. Inducir el magnetismo del acero en los resultados en un imán de hierro, pierde su magnetismo cuando la inducción de campo se retira. Un imán temporal como el hierro es un material adecuado para los electroimanes. Los imanes son hechos por acariciar con otro imán, la grabación, se suministra con una corriente directa. Un imán permanente puede perder su magnetismo al ser sometido al calor, a fuertes golpes, o colocarlo dentro de un solenoide se suministra con una reducción de corriente alterna.

Unidades

Unidades del SI relacionadas con el magnetismo

·        Tesla [T] = unidad de campo magnético.

·        Weber [Wb] = unidad de flujo magnético.

·        Ampere [A] = unidad de corriente eléctrica, que genera campos magnéticos.

Otras unidades

·        gauss, abreviado como G, es la unidad CGS de inducción magnética (B).

·        Oersted, es la unidad CGS de campo magnético.

·        Maxwell, es la unidad CGS de flujo magnético.