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Movimiento y sistema de referencia



El movimiento relativo de objetos y la comparación de velocidades entre marcos o sistemas de referencias son conceptos básicos en la navegación marina, aérea y espacial. Para una partícula en movimiento, observadores ubicados en sistemas de referencias diferentes medirán valores distintos de las variables cinemáticas, aunque el movimiento es el mismo. Se afirma que el sistema de referencia es la base a la cual se refiere un fenómeno físico.

Por ejemplo, los antiguos astrónomos utilizaban un sistema de referencia geocéntricos (con centro en la Tierra) para estudiar el sistema planetario y obtenían orbitas muy complicadas. Cuando Copérnico y Kepler refirieron el movimiento de los planetas a un sistema de referencia heliocéntrico (es decir, colocado en el Sol), la descripción del movimiento planetario se hizo mucho más sencilla.
Para describir el movimiento, el observador debe definir un sistema de referencia en relación con el cual analiza el movimiento. La posición, el desplazamiento y la velocidad se relacionan estrechamente en un sistema de referencia. La velocidad de un cuerpo, así como su posición, debe describirse con referencia al origen de un sistema de coordenadas. Generalmente se toma que este origen está fijo en algún otro cuerpo, pero este segundo cuerpo puede estar en movimiento relativo con un tercero, etc.


El Movimiento Relativo
Para describir el Movimiento Relativo es necesario obtener una relación matemática general, que permita determinar como están relacionadas las velocidades. Considere una partícula A que se mueve con respecto a un sistema de referencia de origen O' , y que, a su vez, este sistema de referencia se mueve también con respecto a otro sistema de origen O que se toma como fijo. Sea , el vector de posición de la partícula A en el sistema O' y sea el vector de posición del punto O .


El desplazamiento de A relativo al sistema de origen O es igual a la suma vectorial de los vectores de posición de la partícula A relativos al sistema móvil y fijo. Es indudable que el tiempo t que transcurre es el mismo de ambos sistemas, luego dividiendo la relación:


De esta expresión se puede obtener la velocidad de la partícula.

y concluir que, la velocidad medida en el sistema de referencia fijo es igual a la velocidad respecto al sistema de referencia móvil más la velocidad del sistema móvil respecto al sistema de referencia fijo. Esta ecuación se conoce como la transformación galileana de las velocidades


Así la velocidad puede descomponerse en componentes; e inversamente un cierto número de velocidades puede componerse en una velocidad resultante. Cuando los observadores se encuentran en movimiento relativo, asignan diferentes velocidades a una partícula. Estas velocidades difieren siempre en la velocidad relativa de los dos observadores, que en este caso es una velocidad constante. Cuando la velocidad de la partícula cambia, se deduce entonces que el cambio será el mismo para ambos observadores. Por consiguiente, ambos determinan la misma aceleración para la partícula A (Aceleración en el movimiento relativo)


Por ejemplo, un avión encuentra generalmente un viento que se está moviendo con respecto a un observador en la tierra, un barco de motor en un río se está moviendo en medio de una corriente, pero el agua se está moviendo con respecto a un observador en la orilla. En casos como los anteriores, la magnitud de la velocidad del objeto móvil (El avión o el barco de motor) con respecto al observador en tierra no será igual que la lectura del velocímetro del vehículo. El movimiento está enfocado al observador. El observador en la tierra, mide una velocidad diferente al de una persona en el barco.

Marco de referencia
Un marco de referencia es el fundamento para describir la posición y el movimiento de los objetos. Tiene un punto específico, el origen, con respecto al cual se miden las posiciones de todos sus demás puntos y un sistema de coordenadas adecuado para describir la ubicación y el movimiento de un cuerpo.


Se utilizan ejes coordenados con direcciones naturalmente perpendiculares NORTE-SUR-ESTE-OESTE.

El concepto de velocidad relativa tiene una gran aplicación dentro de los movimientos en un plano por eso es importante ilustrar algunas reglas:

 

Regla 1
Escribir cada velocidad con un doble subíndice en el orden adecuado.

Regla 2
El vector de la suma vectorial de las velocidades relativas queda representado por la primera letra del subíndice de la primera velocidad y la segunda letra del subíndice de la segunda velocidad.

Regla 3
Cualquiera de las velocidades relativas en una ecuación puede trasponerse de un miembro a otro con el signo cambiado.

Regla 4
La velocidad de un cuerpo A respecto al cuerpo B,, es la opuesta de la velocidad del B respecto a A, .

 
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