Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU)

Conceptos básicos

Movimiento: Un cuerpo está en movimiento si cambia de posición con respecto a un sistema de referencia establecido; en caso contrario, se dice que está en reposo.

Posición: Se define la posición de un cuerpo en un instante determinado como el punto exacto  del espacio que ocupa en ese instante.

Trayectoria: Llamamos trayectoria a la línea formada por los sucesivos puntos que ocupa un móvil en su movimiento.

Rapidez: Caracteriza qué tan rápido se mueve algo, es decir, la distancia que recorre un cuerpo en una unidad del tiempo.

Velocidad: magnitud física de carácter vectorial (indica dirección del desplazamiento y módulo) que describe la rapidez con que un móvil cambia de posición.

Velocidad media: Es la relación cociente entre la distancia recorrida por el móvil y el tiempo empleado en recorrerla.

Tiempo: Magnitud fundamental de la física que indica la duración de un evento, suceso o fenómeno.

Movimiento rectilíneo uniforme

El movimiento rectilíneo uniforme, abreviadamente MRU, es conocido por su importancia y sencillez en el área de la cinemática. Dentro de las características principales están:

·           La trayectoria del cuerpo se da en una línea recta.

·         La velocidad es constante, es decir, no cambia ni su magnitud, ni su dirección a medida que transcurre el tiempo

·           La aceleración es nula.

Cuando se cumplen las características anteriores, se puede afirmar que se está frente a un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme y además, se concluye que recorre distancias iguales en tiempos iguales  tal y como se muestra en la figura 1.

Figura No. 1. Descripción gráfica del movimiento rectilíneo uniforme (MRU)

Por lo tanto, partiendo de la definición de velocidad, y dado que esta se mantiene constante en todo momento, se llega a la siguiente ecuación:

                              

A partir de la relación descrita en la ecuación 1, se puede  deducir la ecuación de la posición en función del tiempo:

                              

Donde:

x: Posición final o distancia recorrida

x₀: Posición inicial

v: Velocidad a la que se mueve el cuerpo

t: Tiempo final

t₀: Tiempo inicial

La expresión anterior describe la ecuación del movimiento rectilíneo uniforme y permite obtener la posición que ocupa un móvil en cualquier instante. Es común que  se inicie a medir el tiempo cuando el móvil se encuentra en la posición inicial , y que esta posición  sea 0 respecto al sistema de referencia establecido por lo que se llega a la siguiente ecuación simplificada:

                                         

Por otra parte, cuando se procede a graficar distintas posiciones (eje de las ordenadas y) respecto a los tiempos respectivos (eje de las abscisas x) se obtiene una recta en la cual, la pendiente representa la velocidad a la cual se mueve el cuerpo. Por otra parte, si se grafica la velocidad reportada (eje de las ordenadas y) según el tiempo (eje de las abscisas x) se espera observar una  línea recta pues una de las características principales de este movimiento es una velocidad constante en todo instante.

Relación de MRU con otras áreas de la física

Fuerza y leyes de Newton

            Las leyes del movimiento del físico inglés Isaac Newton, describen el comportamiento de los cuerpos según su movimiento. Sus leyes son los siguientes:

·         I Ley de Newton: también se conoce como la ley de inercia y describe la tendencia de un cuerpo a permanecer en su estado original. Se define el estado original como permanecer en el reposo a perpetuidad, o bien, mantener un movimiento constante (MRU) en un entorno ideal donde no existan agentes externos que perturben al cuerpo en movimiento.

Figura No. 2. I Ley de Newton, un cuerpo que permanece en reposo

·         II Ley de Newton: describe matemáticamente la relación que genera a una fuerza, esta es el producto de la masa y la aceleración de un cuerpo. La unidad que mide la fuerza es 1 kg*m/s² o también conocido como 1 N.

         

Figura No. 2. II Ley de Newton definición de fuerza

·         III Ley de Newton: conocida como acción reacción; esta ley indica que toda fuerza aplicada sobre un cuerpo recibirá una fuerza equivalente en sentido contrario. Por ejemplo, si una persona golpea con su puño una pared con una fuerza de 20 N, la pared ejerce una fuerza de 20 N sobre el puño de la persona; en este caso las fuerzas son equivalentes, pero en direcciones opuestas. Otro ejemplo es el de la imagen siguiente, donde dos personas juegan a tirar ambos de un extremo de la cuerda, ambas personas tiran con la misma fuerza con el objetivo de ganar.

Figura No. 4. III Ley de Newton, fuerza de igual magnitud en sentidos contrarios

           

Una vez definidas las leyes de Newton, vemos como la segunda Ley de Newton es de las herramientas principales de la física para analizar problemas relacionados a fuerza. Conociendo la (ecuación 4) se describe que la fuerza depende de la masa del cuerpo y a la aceleración que experimenta; por lo tanto, se define la aceleración del movimiento como lo expresa la (ecuación 5)

       

Nótese que la aceleración depende del cambio de la velocidad dividida entre el cambio del tiempo; en el caso donde hay presencia de M.R.U, la velocidad final debe ser igual a la velocidad inicial, entonces la aceleración va a ser 0 m/s² y por ende la fuerza va a ser 0 N.

Trabajo

Existen dos factores que están presentes cuando se realiza un trabajo: la aplicación de una fuerza y el movimiento del objeto por efecto de esa fuerza. Los cambios en el movimiento de un cuerpo dependen de la fuerza aplicada en determinada distancia. Cuando se considera la cantidad de fuerza a lo largo de cierta distancia se está hablando de una cantidad de trabajo, se refiere al resultado de aplicar una fuerza a un cuerpo produciéndole desplazamiento. De manera matemática, el trabajo se define a través de la siguiente fórmula:

Se define el concepto de trabajo para cada fuerza que interactúa sobre el cuerpo en cuestión, por lo que se puede hacer el cálculo de trabajo para cada fuerza de manera independiente; de esta manera se define el trabajo neto como:

Donde el resultado del trabajo neto presenta las siguientes connotaciones:

• ·         W_N > 0 indica que la velocidad del cuerpo aumenta.
• ·         W_N < 0 indica que la velocidad del cuerpo disminuye.
• ·         W_N > 0 indica que la velocidad del cuerpo es constante (MRU)

  En el último escenario, se hace la salvedad de su importancia en la resolución de ejercicios de esta índole, ya que es un caso meramente conceptual y conocer las relaciones que lo componen permitirá un mejor entendimiento de la materia. A su vez, cabe destacar como un concepto tan elemental de la física como el MRU se encuentra en temas un poco más avanzados de las ramas de la física; de este modo, se recomienda no perder la línea de continuidad de los conocimientos adquiridos porque en las ciencias naturales y exactas, estos son acumulativos.