Movimientos

Te habrás percatado que la Física es la ciencia que busca descubrir las leyes que gobiernan los cambios en el universo. El cambio de posición aparente de los cuerpos es, justamente, uno de los fenómenos más manifiestos y más sencillos de estudiar. A eso llamamos movimiento, pero está plagado de sutilezas.

Sistema de Referencia

Decir aparente, por ejemplo, alude a que lo que para un observador puede parecer un movimiento para otro puede no serlo y para otro más puede parecer un movimiento radicalmente diferente al primero. Un ejemplo sencillo de esto es el siguiente. Vos estás sentado frente a tu computadora o tu teléfono y podés asegurar que está quieto. Pero un observador que te mira desde la Luna con un súper telescopio diría que tanto vos como tu dispositivo están desplazándose de Oeste a Este junto con toda la Tierra (espero que recuerdes que la Tierra gira dando una vuelta completa cada 24 horas).

Esta sutileza de malas interpretaciones nos obligará a indicar cuál es el observador que describe (o al que le describimos) el movimiento, al que le referimos el movimiento. Y lo hacemos indicando un sistema de referencia, SR, que constituye una pieza fundamental en la cinemática y que merece un apunte aparte.

Cuerpos puntuales

Otra sutileza importante es que los cuerpos reales -vos, por ejemplo- manifiestan múltiples movimientos simultáneamente, cada una de sus partes. Abordar la descripción del movimiento de cada una de ellas sería una tarea imposible. Pero podemos tomar sólo un punto de cada cuerpo: el ombligo, o el centro de masa, o una marca hecha en la frente, o el centro de la esfera si se trata de una pelota o de un planeta, o cualquier punto que pertenezca al cuerpo que se mueve. Un punto de referencia. Ese punto sí tiene un único movimiento y eso nos permite concentrarnos en el asunto del movimiento en sí mismo, como fenómeno universal al que están sujetos todos los cuerpos del universo y todas sus partes.

Para hacerlo más sencillo supondremos por ahora, para empezar, que nuestros móviles son cuerpos puntuales, sin partes, con un único movimiento por vez. Todo cuerpo, por voluminoso y complejo que sea en la realidad, un elefante, un planeta, un sistema solar, puede considerarse como un cuerpo puntual para estudiar un movimiento.

Posiciones e instantes

Entendemos por movimiento al cambio de posición en distintos momentos. Luego, para estudiarlos tendremos que disponer de sistemas capaces de identificar posiciones diferentes y momentos diferentes.

En un espacio tridimensional necesitaremos 3 números para identificar una posición. Por ejemplo, la posición 1 de identificará con x₁, y₁, z₁, tres números reales. Pero si de antemano sabemos que las posiciones están restringidas a una línea (que puede ser curva o recta), entonces, bastará con un solo número para identificar cada posición y lo consideraremos un movimiento unidimensional. En particular si se trata de una línea recta ese movimiento lo llamaremos rectilíneo.

En cuanto al tiempo bastará siempre con un único número para identificar cada instante. El nombre correcto es instante de tiempo y cuando no tenga un número asignado lo simbolizamos con la letra t minúscula (en No me salen agregaremos negrita e italic), t. El instante en el que el móvil se encuentra en la posición 1 será t₁.

Escalas relativas y absolutas

Con sólo números no basta para identificar ni posiciones ni instantes. Por ejemplo: ¿tu celular está a 1 metro de suelo o a 2 metros del techo? ¿Cuál es el número 1 o 2? Para identificar sin ambigüedades necesitamos que los números esté referidos a escalas de medición adecuadas, con un cero de referencia (generalmente arbitrario), un sentido de crecimiento de los números y una unidad de comparación (siempre arbitraria).

Cuando el cero es natural, y sólo se puede medir desde ahí, se trata de una escala absoluta y los números negativos en esa escala no tienen sentido. Por ejemplo, la escala Kelvin de temperaturas, o la escala de tiempo que tiene su cero en el inicio de los tiempos, el Big-Bang, el inicio del universo hace 13.500 millones de años. Usar esa escala de tiempo sería harto incómodo para estudiar el movimiento de una flecha lanzada por Guillermo Tell, o el ingreso de un tren subterráneo en la estación Primera Junta. Preferimos poner un cero arbitrario, una convención, que nos permita manejarnos con número más pequeños y cómodos.

Y además debemos agregar una unidad (otra convención). Para las posiciones se trata de unidades de longitud (el metro, el centímetro, el kilómetro, la pulgada, etcétera). Y para los instantes de tiempo una unidad de tiempo (el segundo, el minuto, el año, etcétera). Esto nos recuerda y nos remite a la esencia de la Física, que es medir, que no es otra cosa que comparar con una medida anterior con la que definieron un patrón de medida (dos marcas separadas en una regla, por ejemplo).

Tipos de movimientos

Hay infinitos tippos de movimientos, de lo más variados y complejos. Pero a la Física le interesan, sobre todo, aquellos en los que la posición y el instante de tiempo se pueden asociar una función matemática. La pretensión es muy razonable ya que si tanto las posiciones como los instantes de tiempo se representan con números siemre habrá alguna función, f(t), que represente a cada movimiento, sea cual sea.

De los infinitos movimientos posibles (y sus infinitas funciones que los representan) en este curso abordaremos apenas un número muy limitado, pero que nos enseñarán muchas cosas que son aplicables a cualquier movimiento. Los conceptos y las estrategias para hacer cinemática son siempre los mismos.

• Podemos clasificar los sistemas de referencia en dos grupos: los inerciales y los no-inerciales. En este curso utilizaremos sólo sistemas inerciales que son aquellos en los que se cumple el principio de inercia que estudiarás cuando llegues a dinámica. Para decirlo mal y pronto los sistemas inerciales son los que no estan acelerados respecto a otro sistema inercial, lo cual nos mete en un círculo vicioso que no tiene salida. Pero, con tu benevolencia, podemos decir que uno de ellos es el integrado por las estrellas del cielo, aparentemente quieto.

• ¿Podrías decir en qué año vivimos según tres escalas de tiempo relativas?
  
• Si medir es comparar, ¿cuáles son los patrones utilizados para medir longitud y tiempo?
• Matemáticamente hablando... ¿qué características tenía que tener una relación matemática entre dos conjuntos numéricos para que esa relación sea considerada una función?