Movimiento (física)

En física, el movimiento es el fenómeno en el que un objeto cambia su posición con respecto al tiempo. El movimiento se describe matemáticamente en términos de desplazamiento, distancia, velocidad, aceleración, velocidad 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 referencia a su causa es la cinemática; la rama que estudia las fuerzas y su efecto sobre el movimiento es la 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 que tiene una posición constante o invariable en el tiempo con respecto a su entorno. Como no existe un marco de referencia absoluto, no se puede determinar el movimiento absoluto. Por lo tanto, 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.

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 continúa moviéndose en línea recta a una velocidad constante, a menos que una fuerza neta actúe sobre él.
Segunda ley:	En un marco de referencia inercial, la suma vectorial de las fuerzas F sobre un objeto es igual a la masa m de ese objeto multiplicada por la aceleración a del objeto: F = m a.Si la fuerza resultante F que actúa sobre un cuerpo o un objeto no es igual a cero, el cuerpo tendrá una aceleración a que tiene 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 de igual magnitud y dirección opuesta sobre el primer cuerpo.

Mecanica clasica

La mecánica clásica se utiliza para describir el movimiento de objetos macroscópicos, 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. Fueron compiladas por primera vez por Sir Isaac Newton en su obra Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, publicada 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 una fuerza externa actúe sobre él.(Esto se conoce como la ley de la inercia.)
2. La fuerza es igual al cambio en el impulso (mv) por cambio en el tiempo. Para una masa constante, la fuerza es igual a la masa por la aceleración (F = ma).
3. Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta.es decir, cada vez que un cuerpo ejerce una fuerza F sobre un segundo cuerpo (en algunos casos, que está parado) el segundo cuerpo ejerce la fuerza −F de vuelta sobre el primer cuerpo. F y −F son iguales en magnitud y opuestas en dirección. Entonces, el cuerpo que ejerce F 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

La cinemática moderna se desarrolló con el estudio del electromagnetismo y refiere todas las velocidades v a su relación con la velocidad de la luz c. La velocidad se interpreta entonces como rapidez, el ángulo hiperbólico φ para el cual la función tangente hiperbólica tanh φ = v / c. La aceleración, el cambio de velocidad, luego cambia la rapidez según las transformaciones de Lorentz. Esta parte de la mecánica es la relatividad especial. WK Clifford y Albert Einstein hicieron esfuerzos para incorporar la gravedad en la mecánica relativista. El desarrollo usó geometría diferencial para describir un universo curvo 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 un marco de referencia obvio. lo 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. Por lo tanto, el Sistema Solar se está moviendo.

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 de 52 a 69 milímetros (2,0 a 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 encontrado 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 que se mueven a lo largo de ellas. La transmisión citoplasmática 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 encontrado 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 temperatura más baja, los sentidos perciben la transferencia de calor fuera del cuerpo como una sensación de frío.

Partículas subatómicas

Dentro de cada átomo, existen electrones en una región alrededor del núcleo. 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 mueven' 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 superan con creces la velocidad de la luz. Sin embargo, no hay razón para que uno deba limitarse a esta conceptualización estricta (que los electrones se mueven en caminos de la misma manera que lo hacen los objetos macroscópicos), sino que uno puede conceptualizar los electrones como "partículas" que existen caprichosamente 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 el vacío. La velocidad de la luz en el vacío (oc) es también la velocidad de todas las partículas sin masa y los campos asociados en el vacío, y es el límite superior de la velocidad a la que pueden viajar la energía, la materia, la información o la causalidad. La velocidad de la luz en el vacío es, por lo tanto, el límite superior de velocidad para 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 sea una unidad de medida natural de la velocidad y una constante fundamental de la naturaleza.

Tipos de movimiento

• Movimiento armónico simple: movimiento en el que el cuerpo oscila de tal manera que la fuerza restauradora que actúa sobre él es directamente proporcional al desplazamiento del cuerpo. Matemáticamente, la fuerza es directamente proporcional al negativo del desplazamiento. El signo negativo significa la naturaleza restauradora de la fuerza. (por ejemplo, la de un péndulo).
• Movimiento lineal: movimiento que sigue una trayectoria lineal recta y cuyo desplazamiento es exactamente el mismo que su trayectoria. [También conocido como movimiento rectilíneo]
• movimiento recíproco
• Movimiento browniano (es decir, el movimiento aleatorio de partículas)
• Movimiento circular
• Movimiento de rotación: un movimiento sobre un punto fijo. (por ejemplo, rueda de la fortuna).
• Movimiento curvilíneo: se define como el movimiento a lo largo de una trayectoria curva que puede ser plana o en tres dimensiones.
• Movimiento rodante – (como el de la rueda de una bicicleta)
• Oscilatorio – (balanceo de lado a lado)
• movimiento vibratorio
• Mociones combinadas (o simultáneas): combinación de dos o más mociones enumeradas anteriormente
• Movimiento de proyectil: movimiento horizontal uniforme + movimiento vertical acelerado

Movimientos fundamentales

• Movimiento lineal
• Movimiento circular
• Oscilación
• Ola
• Movimiento relativo
• Movimientos fundamentales