¿Por qué es importante la cinemática en la vida cotidiana?

La cinemática es la rama de la mecánica clásica que describe el movimiento de puntos, objetos y sistemas de grupos de objetos, sin hacer referencia a las causas del movimiento (es decir, las fuerzas). El estudio de la cinemática suele denominarse «geometría del movimiento».

Los objetos están en movimiento a nuestro alrededor. Todo, desde un partido de tenis hasta el vuelo de una sonda espacial sobre el planeta Neptuno, está en movimiento. Cuando uno está en reposo, el corazón mueve la sangre por las venas. Incluso en los objetos inanimados hay un movimiento continuo en las vibraciones de los átomos y las moléculas. Pueden surgir preguntas interesantes sobre el movimiento: ¿cuánto tardará una sonda espacial en viajar a Marte? ¿Dónde caerá un balón de fútbol si se lanza en un ángulo determinado? Sin embargo, la comprensión del movimiento también es clave para entender otros conceptos de la física. La comprensión de la aceleración, por ejemplo, es crucial para el estudio de la fuerza.

Para describir el movimiento, la cinemática estudia las trayectorias de puntos, líneas y otros objetos geométricos, así como sus propiedades diferenciales (como la velocidad y la aceleración). La cinemática se utiliza en astrofísica para describir el movimiento de los cuerpos y sistemas celestes; y en ingeniería mecánica, robótica y biomecánica para describir el movimiento de sistemas compuestos por piezas unidas (como un motor, un brazo robótico o el esqueleto del cuerpo humano).

Importancia de la cinemática en la ingeniería civil

A menudo se oye el término «física newtoniana» cuando se estudia física. La física newtoniana también se conoce como mecánica clásica. La mecánica clásica se ocupa de cuerpos físicos relativamente grandes (desde algo del tamaño de una célula hasta planetas y sistemas solares) que se mueven a velocidades relativamente lentas (básicamente, cualquier cosa inferior a la velocidad de la luz). La mecánica cuántica es otra área de la mecánica que se ocupa de los cuerpos físicos a nivel atómico (átomos, quarks, cuerdas) que se mueven a la velocidad de la luz o cerca de ella.

En esta unidad nos centraremos en la cinemática. La cinemática es la base de la física y es muy importante entender bien los conceptos de la cinemática antes de pasar a áreas más complejas de la física. Describiremos cómo se mueven las cosas sin entrar en las causas del movimiento.

Qué es la cinemática en física

En la mecánica clásica, la «cinemática» se refiere generalmente al estudio de las propiedades del movimiento -posición, velocidad, aceleración, etc.- sin ninguna consideración de por qué esas cantidades tienen los valores que tienen. «Dinámica» se refiere al estudio de las reglas que rigen las interacciones de estas partículas, que permiten determinar por qué las cantidades tienen los valores que tienen.

Así, por ejemplo, los problemas que implican un movimiento con aceleración constante («Un coche parte del reposo y acelera a 4m/s/s. ¿Cuánto tarda en recorrer 100 m?») se clasifican como cinemáticos, mientras que los problemas que implican fuerzas («Una masa de 100 g está unida a un muelle con una constante de muelle de 10 N/m y cuelga verticalmente de un soporte. ¿Cuánto se estira el muelle?») se clasifican como «dinámicos».

No te preocupes por ello. Es una distinción arbitraria hecha por los humanos. A la naturaleza no le importa si algún fenómeno puede ser descrito/explicado puramente desde consideraciones cinemáticas o no. No es una distinción fundamental.

Supongo que has entendido que en física hacemos esto todo el tiempo. Si no lo hiciéramos, muchos problemas serían imposibles de abordar sin recurrir a extensas simulaciones por ordenador todo el tiempo. En la mayoría de los problemas que consideramos, ya tenemos alguna idea de la cinemática, lo que permite reducir el espacio de soluciones aceptables. A veces de forma tan drástica (pero eso es sólo para los problemas más sencillos) que podemos resolverlos mediante consideraciones puramente cinemáticas.

Distancia

La cinemática es el estudio del movimiento, en el que nos interesa encontrar información sobre la posición y la velocidad de una partícula a lo largo del tiempo de interés. Nótese que aquí no nos interesa la causa del movimiento, es decir, aquí no nos centraremos en las fuerzas que actúan sobre la partícula. Sino que se nos dará alguna información sobre la posición o la velocidad o la aceleración de la partícula en algún momento $t$ y entonces utilizaremos las ecuaciones cinemáticas para encontrar las incógnitas sobre el movimiento de la partícula.

Por lo tanto, basándonos en los cuestionarios de años anteriores, en el JEE Main podemos esperar de 1 a 2 preguntas de cinemática, mientras que en el JEE advanced (Paper 1 y Paper 2 juntos) podemos esperar de 0 a 1 pregunta. Y podría ser útil señalar que en el JEE Main 2020 y 2021, vimos la misma distribución de preguntas entre el movimiento 1D (1 dimensión) y el movimiento 2D (2 dimensiones) (incluyendo vectores), pero en el JEE Advanced la pregunta implica principalmente el movimiento de 2 dimensiones, ya que las preguntas 2D tienden a tener una mayor complejidad. Pero debes recordar que la cinemática es la base de los capítulos siguientes. Así que es importante que te sientas muy cómodo con este capítulo.