Cinemática
La cinemática es la parte de la mecánica que describe el movimiento de los cuerpos sin estudiar las fuerzas que lo producen.
La cinemática es la rama de la mecánica que describe el movimiento de los cuerpos —su posición, su velocidad y su aceleración en cada instante— sin preguntarse qué fuerzas lo causan. Es el primer paso para entender desde la trayectoria de una pelota hasta el recorrido de un satélite.
¿Qué es la cinemática?
El término viene del griego kínēma, «movimiento», y fue propuesto por el físico André-Marie Ampère en el siglo XIX para designar el estudio del movimiento «en sí mismo», separado de sus causas. De estas se ocupa la dinámica, que utiliza las leyes de Newton.
Para describir un movimiento hace falta siempre un sistema de referencia: un origen, unos ejes y un reloj. Un pasajero está en reposo respecto al tren y en movimiento respecto al andén; el movimiento es siempre relativo.
Magnitudes básicas
| Magnitud | Qué describe | Unidad (SI) |
|---|---|---|
| Posición (x, r) | Lugar que ocupa el cuerpo respecto al origen | m |
| Desplazamiento (Δx) | Cambio de posición, con dirección y sentido | m |
| Trayectoria / distancia recorrida | Camino real seguido por el cuerpo | m |
| Velocidad (v) | Cambio de posición por unidad de tiempo (vector) | m/s |
| Rapidez | Módulo de la velocidad (escalar) | m/s |
| Aceleración (a) | Cambio de velocidad por unidad de tiempo | m/s² |
| Tiempo (t) | Duración del movimiento | s |
Tipos de movimiento
Movimiento rectilíneo uniforme (MRU)
La trayectoria es una recta y la velocidad es constante, por lo que la aceleración es cero.
Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)
La trayectoria es recta y la aceleración es constante.
x = x₀ + v₀·t + ½·a·t²
v² = v₀² + 2·a·Δx
Caída libre y tiro vertical
Son casos de MRUA en los que la aceleración es la de la gravedad, g ≈ 9,8 m/s², dirigida hacia abajo. Se estudian con más detalle en el tiro vertical.
Movimiento parabólico
Combina un MRU horizontal con un MRUA vertical. Un proyectil lanzado con velocidad v₀ y ángulo θ alcanza un alcance máximo de R = v₀²·sen(2θ)/g, que es máximo para 45° si se desprecia el rozamiento del aire.
Movimiento circular uniforme (MCU)
El cuerpo recorre una circunferencia con rapidez constante. Se describe con la velocidad angular ω (rad/s), el periodo T y la frecuencia f:
Movimiento armónico simple
Oscilación en torno a una posición de equilibrio, como la de un muelle o un péndulo para ángulos pequeños, descrita por x = A·cos(ω·t + φ).
Gráficas del movimiento
Las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo resumen el movimiento: la pendiente de la gráfica x(t) es la velocidad; la pendiente de v(t) es la aceleración, y el área bajo v(t) es el desplazamiento. En un MRU, x(t) es una recta; en un MRUA, una parábola.
Aplicaciones
La cinemática se usa en el cálculo de distancias de frenado, el diseño de levas y mecanismos, la robótica (cinemática directa e inversa de un brazo), la animación por ordenador, la balística y la planificación de trayectorias de naves espaciales. También es la base de los sistemas GPS, que determinan posición y velocidad a partir de señales y tiempos.
Ejercicios resueltos
1. Un tren circula a 25 m/s con velocidad constante. ¿Qué distancia recorre en 20 minutos?
t = 20 · 60 = 1200 s. x = v·t = 25 · 1200 = 30 000 m = 30 km.
2. Un coche parte del reposo y acelera a 3 m/s² durante 8 s. Calcula su velocidad final y la distancia recorrida.
v = a·t = 3 · 8 = 24 m/s. x = ½·a·t² = ½ · 3 · 64 = 96 m.
3. Se deja caer una piedra desde un puente y tarda 3 s en llegar al agua. ¿Qué altura tiene el puente y con qué velocidad llega? (g = 9,8 m/s²)
h = ½·g·t² = ½ · 9,8 · 9 = 44,1 m. v = g·t = 9,8 · 3 = 29,4 m/s.
4. Una rueda de 0,3 m de radio gira a 120 revoluciones por minuto. ¿Cuál es su velocidad angular y la rapidez de un punto del borde?
ω = 120 · 2π / 60 = 4π ≈ 12,57 rad/s. v = ω·r = 12,57 · 0,3 ≈ 3,77 m/s.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre cinemática y dinámica?
La cinemática describe cómo se mueve un cuerpo (posición, velocidad, aceleración) sin considerar las causas. La dinámica estudia por qué se mueve así, relacionando el movimiento con las fuerzas y las masas.
¿Qué diferencia hay entre distancia y desplazamiento?
La distancia es la longitud del camino recorrido y es siempre positiva. El desplazamiento es el vector que une la posición inicial con la final; si un corredor da una vuelta completa a una pista, su distancia es la longitud de la pista y su desplazamiento es cero.
¿Por qué es importante el sistema de referencia?
Porque posición, velocidad y trayectoria dependen del observador. Un objeto puede estar en reposo respecto a un sistema y en movimiento respecto a otro, y las ecuaciones deben escribirse siempre respecto a uno elegido.
¿Qué son las ecuaciones del movimiento?
Son las expresiones que dan la posición y la velocidad en función del tiempo. En el MRU y el MRUA son sencillas, y permiten predecir dónde estará un cuerpo y con qué velocidad.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
- Resnick, R., Halliday, D. y Krane, K. Física. Cecsa.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Cinemática». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/cinematica/
