Movimiento

Un motociclista haciendo un volante, representando el movimiento

En física, movimiento es el fenómeno en el que un objeto cambia de posición con respecto al tiempo. El movimiento se describe matemáticamente en términos de desplazamiento, distancia, velocidad, aceleración, rapidez y marco de referencia para un observador y mide el cambio en la posición del cuerpo en relación con ese marco con el cambio en el tiempo. La rama de la física que describe el movimiento de los objetos sin hacer referencia a su causa se llama cinemática, mientras que la rama que estudia las fuerzas y su efecto sobre el movimiento se llama dinámica.

Si un objeto no cambia en relación con un marco de referencia dado, se dice que el objeto está en reposo, inmóvil, inmóvil, estacionario, o tener una posición constante o invariable en el tiempo con respecto a su entorno. La física moderna sostiene que, dado que no existe un marco de referencia absoluto, el concepto de movimiento absoluto de Newton no se puede determinar. Como tal, se puede considerar que todo en el universo está en movimiento.

El movimiento se aplica a varios sistemas físicos: objetos, cuerpos, partículas de materia, campos de materia, radiación, campos de radiación, partículas de radiación, curvatura y espacio-tiempo. También se puede hablar sobre el movimiento de imágenes, formas y límites. En general, el término movimiento significa un cambio continuo en las posiciones o configuración de un sistema físico en el espacio. Por ejemplo, se puede hablar del movimiento de una onda o del movimiento de una partícula cuántica, donde la configuración consiste en probabilidades de que la onda o la partícula ocupen posiciones específicas.

Ecuaciones de movimiento

v{displaystyle v} vs t{displaystyle t} gráfico para una partícula en movimiento bajo una aceleración no uniforme a{displaystyle a}.

En física, ecuaciones de movimiento son ecuaciones que describen el comportamiento de un sistema físico en términos de su movimiento como una función del tiempo. Más específicamente, las ecuaciones del movimiento describen el comportamiento de un sistema físico como un conjunto de funciones matemáticas en términos de variables dinámicas. Estas variables son generalmente coordenadas espaciales y tiempo, pero pueden incluir componentes de impulso. La elección más general son coordenadas generalizadas que pueden ser cualquier variable conveniente característica del sistema físico. Las funciones se definen en un espacio euclidiano en la mecánica clásica, pero son reemplazadas por espacios curvados en relatividad. Si se conoce la dinámica de un sistema, las ecuaciones son las soluciones para las ecuaciones diferenciales que describen el movimiento de la dinámica.

Leyes del movimiento

En física, el movimiento de cuerpos masivos se describe a través de dos conjuntos relacionados de leyes de la mecánica. Mecánica clásica para objetos superatómicos (más grandes que un átomo) (como automóviles, proyectiles, planetas, células y humanos) y mecánica cuántica para objetos atómicos y subatómicos (como helio, protones y electrones). Históricamente, Newton y Euler formularon tres leyes de la mecánica clásica:

Primera ley:	En un marco de referencia inercial, un objeto permanece en reposo o sigue avanzando en una línea recta a una velocidad constante, a menos que actúe por una fuerza neta.
Segunda ley:	En un marco de referencia inercial, la suma vectorial de las fuerzas F en un objeto es igual a la masa m de ese objeto multiplicado por la aceleración del objeto: F→ → =ma→ → {displaystyle {vec {f}=m{vec}} {f}}. Si la fuerza resultante F→ → {displaystyle {vec}} actuar en un cuerpo o un objeto no es igual a cero, el cuerpo tendrá una aceleración a{displaystyle a} que está en la misma dirección que la fuerza resultante.
Tercera ley:	Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre un segundo cuerpo, el segundo cuerpo ejerce simultáneamente una fuerza igual en magnitud y opuesto en dirección al primer cuerpo.

Mecánica clásica

La mecánica clásica se usa para describir el movimiento de objetos macroscópicos que se mueven a velocidades mucho más lentas que la velocidad de la luz, desde proyectiles hasta piezas de maquinaria, así como objetos astronómicos, como naves espaciales, planetas, estrellas y galaxias. Produce resultados muy precisos dentro de estos dominios y es una de las descripciones científicas más antiguas y más grandes en ciencia, ingeniería y tecnología.

La mecánica clásica se basa fundamentalmente en las leyes del movimiento de Newton. Estas leyes describen la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento de ese cuerpo. Sir Isaac Newton las compiló por primera vez en su obra Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, que se publicó por primera vez el 5 de julio de 1687. Las tres leyes de Newton son:

1. Un cuerpo en reposo permanecerá en reposo, y un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento a menos que sea actuado por una fuerza externa. (Esto se conoce como la ley de la inercia.)
2. FuerzaF→ → {displaystyle {vec}}) es igual al cambio de impulso por cambio de tiempo (Δ Δ mv→ → Δ Δ t{displaystyle {frac {Delta m{vec {} {fn} {fnMicrosoft}} {fnMicrosoft}}} {f}}} {f}} {f}}} {fn}}}} {f}}} {f}}}} {f}}}} {\f}}}}}} {\\f}}}}}}}}}} {\\\\\ Delta.). Para una masa constante, la fuerza equivale a la aceleración de los tiempos de masa (F→ → =ma→ → {displaystyle {vec {f}=m{vec}} {f}}).
3. Por cada acción, hay una reacción igual y opuesta. (En otras palabras, cuando un cuerpo ejerce una fuerza F→ → {displaystyle {vec}} sobre un segundo cuerpo, (en algunos casos, que está quieto) el segundo cuerpo ejerce la fuerza − − F→ → {displaystyle -{vec} volver al primer cuerpo. F→ → {displaystyle {vec}} y − − F→ → {displaystyle -{vec} son iguales en magnitud y en sentido contrario. Entonces, el cuerpo que ejerce F→ → {displaystyle {vec}} será empujado hacia atrás.)

Las tres leyes del movimiento de Newton fueron las primeras en proporcionar con precisión un modelo matemático para comprender los cuerpos en órbita en el espacio exterior. Esta explicación unificó el movimiento de los cuerpos celestes y el movimiento de los objetos en la Tierra.

Mecánica relativista

Kinematices modernos desarrollados con estudio de electromagnetismo y se refiere a todas las velocidades v{displaystyle v} su relación con la velocidad de la luz c{displaystyle c}. La velocidad se interpreta entonces como rapidez, el ángulo hiperbólico φ φ {displaystyle varphi } para la cual la función de tangente hiperbólica Tanh⁡ ⁡ φ φ =v.. c{displaystyle tanh varphi =vdiv c}. La aceleración, el cambio de velocidad con el tiempo, luego cambia la rapidez según las transformaciones de Lorentz. Esta parte de la mecánica es una relatividad especial. W. K. Clifford y Albert Einstein realizaron esfuerzos para incorporar la gravedad en la mecánica relativista. El desarrollo utilizó geometría diferencial para describir un universo curvado con gravedad; el estudio se llama relatividad general.

Mecánica cuántica

La mecánica cuántica es un conjunto de principios que describen la realidad física a nivel atómico de la materia (moléculas y átomos) y las partículas subatómicas (electrones, protones, neutrones e incluso partículas elementales más pequeñas, como los quarks). Estas descripciones incluyen el comportamiento simultáneo ondulatorio y corpuscular tanto de la materia como de la energía de radiación, tal como se describe en la dualidad onda-partícula.

En la mecánica clásica, se pueden calcular mediciones y predicciones precisas del estado de los objetos, como la ubicación y la velocidad. En mecánica cuántica, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg, el estado completo de una partícula subatómica, como su ubicación y velocidad, no se puede determinar simultáneamente.

Además de describir el movimiento de los fenómenos a nivel atómico, la mecánica cuántica es útil para comprender algunos fenómenos a gran escala, como la superfluidez, la superconductividad y los sistemas biológicos, incluida la función de los receptores del olor y las estructuras de las proteínas.

Órdenes de magnitud

Los humanos, como todas las cosas conocidas en el universo, están en constante movimiento; sin embargo, además de los movimientos obvios de las diversas partes externas del cuerpo y la locomoción, los seres humanos se mueven de diversas maneras que son más difíciles de percibir. Muchos de estos "movimientos imperceptibles" solo son perceptibles con la ayuda de herramientas especiales y una cuidadosa observación. Las escalas más grandes de movimientos imperceptibles son difíciles de percibir para los humanos por dos razones: las leyes de movimiento de Newton (particularmente la tercera) que evita la sensación de movimiento en una masa a la que está conectado el observador, y la falta de una marco de referencia obvio que permitiría a las personas ver fácilmente que se están moviendo. Las escalas más pequeñas de estos movimientos son demasiado pequeñas para ser detectadas convencionalmente con los sentidos humanos.

Universo

El espacio-tiempo (el tejido del universo) se está expandiendo, lo que significa que todo en el universo se está estirando, como una banda elástica. Este movimiento es el más oscuro, ya que no es un movimiento físico, sino un cambio en la naturaleza misma del universo. La principal fuente de verificación de esta expansión fue proporcionada por Edwin Hubble, quien demostró que todas las galaxias y los objetos astronómicos distantes se alejaban de la Tierra, lo que se conoce como la ley de Hubble, predicha por una expansión universal.

Galaxia

La Vía Láctea se mueve por el espacio y muchos astrónomos creen que la velocidad de este movimiento es de aproximadamente 600 kilómetros por segundo (1 340 000 mph) en relación con las ubicaciones observadas de otras galaxias cercanas. Otro marco de referencia lo proporciona el fondo de microondas cósmico. Este marco de referencia indica que la Vía Láctea se mueve a unos 582 kilómetros por segundo (1 300 000 mph).

Sol y Sistema Solar

La Vía Láctea gira alrededor de su denso centro galáctico, por lo que el Sol se mueve en un círculo dentro de la gravedad de la galaxia. Lejos de la protuberancia central, o borde exterior, la velocidad estelar típica es de entre 210 y 240 kilómetros por segundo (470 000 y 540 000 mph). Todos los planetas y sus lunas se mueven con el Sol. Así, el Sistema Solar está en movimiento.

Tierra

La Tierra gira o gira alrededor de su eje. Esto se evidencia por el día y la noche, en el ecuador la tierra tiene una velocidad hacia el este de 0,4651 kilómetros por segundo (1040 mph). La Tierra también está orbitando alrededor del Sol en una revolución orbital. Una órbita completa alrededor del sol toma un año, o alrededor de 365 días; promedia una velocidad de unos 30 kilómetros por segundo (67,000 mph).

Continentes

La teoría de la tectónica de placas nos dice que los continentes están a la deriva en las corrientes de convección dentro del manto, lo que hace que se muevan por la superficie del planeta a una velocidad lenta de aproximadamente 2,54 centímetros (1 pulgada) por año. Sin embargo, las velocidades de las placas varían ampliamente. Las placas de movimiento más rápido son las placas oceánicas, con la placa de Cocos avanzando a una velocidad de 75 milímetros (3,0 pulgadas) por año y la placa del Pacífico moviéndose entre 52 y 69 milímetros (2,0–2,7 pulgadas) por año. En el otro extremo, la placa de movimiento más lento es la placa euroasiática, que avanza a un ritmo típico de unos 21 milímetros (0,83 pulgadas) por año.

Cuerpo interno

El corazón humano se contrae constantemente para mover la sangre por todo el cuerpo. A través de las venas y arterias más grandes del cuerpo, se ha descubierto que la sangre viaja a aproximadamente 0,33 m/s. Aunque existe una variación considerable, se han encontrado flujos máximos en las venas cavas entre 0,1 y 0,45 metros por segundo (0,33 y 1,48 pies/s). además, los músculos lisos de los órganos internos huecos se están moviendo. El más familiar sería la aparición de peristalsis, que es donde los alimentos digeridos se fuerzan a lo largo del tracto digestivo. Aunque diferentes alimentos viajan a través del cuerpo a diferentes velocidades, la velocidad promedio a través del intestino delgado humano es de 3,48 kilómetros por hora (2,16 mph). El sistema linfático humano también está provocando constantemente movimientos de exceso de líquidos, lípidos y productos relacionados con el sistema inmunitario por todo el cuerpo. Se ha descubierto que el líquido linfático se mueve a través de un capilar linfático de la piel a aproximadamente 0,0000097 m/s.

Células

Las células del cuerpo humano tienen muchas estructuras y orgánulos que se mueven a lo largo de ellas. La transmisión citoplásmica es una forma en que las células mueven sustancias moleculares por todo el citoplasma, varias proteínas motoras funcionan como motores moleculares dentro de una célula y se mueven a lo largo de la superficie de varios sustratos celulares, como los microtúbulos, y las proteínas motoras normalmente funcionan con la hidrólisis del trifosfato de adenosina. (ATP), y convertir la energía química en trabajo mecánico. Se ha descubierto que las vesículas impulsadas por proteínas motoras tienen una velocidad de aproximadamente 0,00000152 m/s.

Partículas

De acuerdo con las leyes de la termodinámica, todas las partículas de materia están en constante movimiento aleatorio siempre que la temperatura esté por encima del cero absoluto. Así, las moléculas y los átomos que componen el cuerpo humano vibran, chocan y se mueven. Este movimiento puede detectarse como temperatura; las temperaturas más altas, que representan una mayor energía cinética en las partículas, se sienten cálidas para los humanos que sienten que la energía térmica se transfiere del objeto que se toca a sus nervios. De manera similar, cuando se tocan objetos de menor temperatura, los sentidos perciben la transferencia de calor fuera del cuerpo como una sensación de frío.

Partículas subatómicas

Dentro del modelo orbital atómico estándar, los electrones existen en una región alrededor del núcleo de cada átomo. Esta región se llama la nube de electrones. De acuerdo con el modelo del átomo de Bohr, los electrones tienen una alta velocidad, y cuanto más grande sea el núcleo que orbitan, más rápido necesitarán moverse. Si los electrones se movieran alrededor de la nube de electrones en trayectorias estrictas de la misma manera que los planetas orbitan alrededor del sol, entonces se requeriría que los electrones lo hicieran a velocidades que superarían con creces la velocidad de la luz. Sin embargo, no hay ninguna razón por la que uno deba limitarse a esta conceptualización estricta (que los electrones se mueven en trayectorias de la misma manera que lo hacen los objetos macroscópicos), sino que uno puede conceptualizar a los electrones como 'partículas'; que caprichosamente existen dentro de los límites de la nube de electrones. Dentro del núcleo atómico, los protones y neutrones probablemente también se están moviendo debido a la repulsión eléctrica de los protones y la presencia del momento angular de ambas partículas.

Luz

La luz se mueve a una velocidad de 299,792,458 m/s, o 299,792.458 kilómetros por segundo (186,282.397 mi/s), en un vacío. La velocidad de la luz en vacío (o c{displaystyle c}) es también la velocidad de todas las partículas sin masa y campos asociados en un vacío, y es el límite superior en la velocidad a la que puede viajar energía, materia, información o causación. La velocidad de la luz en vacío es así el límite superior para la velocidad de todos los sistemas físicos.

Además, la velocidad de la luz es una cantidad invariable: tiene el mismo valor, independientemente de la posición o la velocidad del observador. Esta propiedad hace que la velocidad de la luz c sea una unidad de medida natural para la velocidad y una constante fundamental de la naturaleza.

En 2011, la velocidad de la luz se redefinió junto con las siete unidades básicas del SI mediante lo que se denomina "formulación constante explícita", en la que cada "unidad se define indirectamente especificando explícitamente una valor para una constante fundamental bien reconocida", como se hizo para la velocidad de la luz. Se propuso una redacción nueva, pero completamente equivalente, de la definición del metro: "El metro, símbolo m, es la unidad de longitud; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la velocidad de la luz en el vacío para que sea exactamente igual a 299792458 cuando se expresa en la unidad SI ms⁻¹." Este cambio implícito en la velocidad de la luz fue uno de los cambios que se incorporaron en la redefinición de las unidades base SI de 2019, también denominada Nuevo SI.

Movimiento superlumínico

Algún movimiento le parece a un observador que excede la velocidad de la luz. Los estallidos de energía que se mueven a lo largo de los chorros relativistas emitidos por estos objetos pueden tener un movimiento propio que parece mayor que la velocidad de la luz. Se cree que todas estas fuentes contienen un agujero negro, responsable de la eyección de masa a altas velocidades. Los ecos de luz también pueden producir un movimiento superlumínico aparente. Esto ocurre debido a cómo se suele calcular el movimiento a largas distancias; a menudo, los cálculos no tienen en cuenta el hecho de que la velocidad de la luz es finita. Al medir el movimiento de objetos distantes a través del cielo, hay un gran retraso entre lo que se observa y lo que ocurre, debido a la gran distancia que la luz del objeto distante tiene que viajar para llegar a nosotros. El error en el cálculo ingenuo anterior proviene del hecho de que cuando un objeto tiene un componente de velocidad dirigido hacia la Tierra, a medida que el objeto se acerca a la Tierra, ese retraso de tiempo se vuelve más pequeño. Esto significa que la velocidad aparente calculada arriba es mayor que la velocidad real. En consecuencia, si el objeto se aleja de la Tierra, el cálculo anterior subestima la velocidad real.

Tipos de movimiento

• Movimiento armónico simple – movimiento en el que el cuerpo oscila de tal manera que la fuerza restauradora que actúa en él es directamente proporcional al desplazamiento del cuerpo. La fuerza matemática es directamente proporcional al negativo del desplazamiento. El signo negativo significa la naturaleza restauradora de la fuerza. (por ejemplo, el de un péndulo).
• Movimiento lineal – movimiento que sigue un camino lineal recto, y cuyo desplazamiento es exactamente igual a su trayectoria. [También conocido como movimiento rectilineal]
• moción recíproca
• Movimiento marroniano (es decir, el movimiento aleatorio de partículas)
• Movimiento circular
• Moción rotatoria – una moción sobre un punto fijo. (por ejemplo, la rueda Ferris).
• Movimiento Curvilinear – Se define como el movimiento a lo largo de un camino curvado que puede ser planificado o en tres dimensiones.
• Movimiento de rodamiento – (como la rueda de una bicicleta)
• Oscilante – (de lado a lado)
• Movimiento vibratorio
• Movimientos combinados (o simultáneos) – Combinación de dos o más movimientos enumerados arriba
• Movimiento proyectil – movimiento horizontal uniforme + movimiento acelerado vertical

Movimientos fundamentales

• Movimiento lineal
• Movimiento circular
• Oscilación
• Wave
• Moción relativa
• Mociones fundamentales