Sistemas de referencia | Física | Khan Academy en Español
Summary
TLDREl video ofrece una introducción a los sistemas de referencia, fundamentales en la Física clásica y la Mecánica, basados en las Leyes de Newton. Se explica cómo establecer un sistema de referencia para medir variables físicas como posición, velocidad y aceleración. A través de un ejemplo práctico, se muestra cómo registrar la posición de un móvil a lo largo del tiempo, resaltando la importancia de la elección del sistema de referencia y cómo esta afecta las mediciones. Además, se ilustra cómo el mismo movimiento puede tener diferentes representaciones dependiendo del sistema de referencia utilizado.
Takeaways
- 📚 Los sistemas de referencia son fundamentales en la física clásica, la mecánica y la física relativista, pero el video se centra en la mecánica clásica y la física de Newton.
- 📏 Para describir el movimiento, es necesario un sistema de referencia que establezca un punto de partida para las mediciones de posición, velocidad y aceleración.
- 📏️ Un sistema de referencia es un conjunto de convenciones para medir variables físicas y utiliza ejes coordinados y planos cartesianos.
- 🛌 Un sistema de referencia inercial cumple con las leyes de Newton y es esencial para el estudio del movimiento.
- ⏱️ El tiempo se puede medir en diferentes unidades, y es uno de los datos clave en el registro del movimiento.
- 📏️ La posición se puede medir en unidades de longitud y es registrada en función del tiempo.
- 🎾 En el ejemplo dado, la posición de una pelota se registra en una tabla, mostrando su movimiento horizontal a través del tiempo.
- 📍 El sistema de referencia depende de la elección del punto de partida y es arbitrario en su selección.
- 🔄 El cambio en la selección del sistema de referencia afecta las mediciones y la interpretación del movimiento.
- 🔢 La convención numérica indica que los valores negativos representan posiciones a la izquierda del observador y los positivos a la derecha.
- 📊 La misma trayectoria del movimiento puede tener diferentes representaciones en diferentes sistemas de referencia inerciales.
- 🔚 El video concluye con la comparación de las posiciones de la pelota según dos sistemas de referencia diferentes, destacando la importancia de la selección del sistema de referencia en la medición del movimiento.
Q & A
¿Qué son los sistemas de referencia y cómo se relacionan con la física?
-Los sistemas de referencia, también conocidos como marcos de referencia, son conjuntos de convenciones establecidos para medir variables físicas como la posición, velocidad o aceleración de un objeto en movimiento. Se utilizan en física clásica, mecánica y física relativista para describir el movimiento según la descripción de la física de Newton.
¿Por qué es importante definir un punto de partida en el estudio del movimiento?
-Es importante definir un punto de partida para poder hacer mediciones precisas de la posición, velocidad y aceleración de un objeto. Este punto de partida actúa como referencia para comparar y analizar el movimiento de un objeto a lo largo del tiempo.
¿Qué es un sistema de referencia inercial y cómo se relaciona con las Leyes de Newton?
-Un sistema de referencia inercial es aquel que cumple con las Leyes de Newton. Es decir, en un sistema inercial, las fuerzas se relacionan directamente con la masa y la aceleración de un objeto, y no hay efectos de la relatividad o fuerzas ficticias.
¿Cómo se representa la medición del movimiento en una tabla?
-En una tabla, se representa el movimiento registrando el tiempo en una columna y la posición del móvil en columnas sucesivas. Esto permite observar cómo varía la posición con el tiempo y analizar el tipo de movimiento, como si es uniforme o no.
¿Cómo se elige el sistema de referencia y el origen para medir el movimiento de un objeto?
-El sistema de referencia y el origen se eligen de manera arbitraria, pero su elección debe ser coherente para todas las mediciones. Se suele utilizar un eje coordenado en la dirección del movimiento para simplificar los cálculos.
¿Qué sucede si cambiamos la posición del observador en el sistema de referencia?
-Al cambiar la posición del observador, las posiciones registradas del objeto en la tabla también cambian, pero el movimiento real del objeto permanece el mismo. Esto demuestra que los resultados de las mediciones dependen de la selección del sistema de referencia.
¿Cómo se interpreta la posición negativa en el sistema de referencia?
-En el sistema de referencia, una posición negativa indica que el objeto está a la izquierda del observador o, en general, en la dirección opuesta a la que se ha establecido como positiva.
¿Cómo se relaciona el sistema de referencia con la idea de la relatividad del movimiento?
-La relatividad del movimiento se refleja en que los resultados de las mediciones pueden variar dependiendo del sistema de referencia seleccionado. Esto muestra que la percepción del movimiento es relativa al observador y su punto de vista.
¿Por qué es útil registrar el movimiento de un objeto en diferentes momentos?
-Registrar el movimiento en diferentes momentos permite construir un perfil del movimiento, analizar su velocidad y aceleración, y predecir su trayectoria futura. Es una herramienta fundamental para el estudio de la física del movimiento.
¿Cómo se puede determinar si un movimiento es de velocidad constante a partir de las mediciones?
-Si en las mediciones el cambio en la posición es proporcional y constante con respecto al tiempo, se puede determinar que el movimiento es de velocidad constante, lo cual se refleja en una trayectoria lineal en el gráfico posición vs. tiempo.
¿Qué se aprende al comparar los resultados de mediciones tomadas desde dos sistemas de referencia diferentes?
-Al comparar los resultados de dos sistemas de referencia diferentes, se aprende sobre la dependencia de las mediciones en la perspectiva del observador y se profundiza en el concepto de relatividad del movimiento, lo cual es crucial para entender la física clásica y la relatividad.
Outlines
📏 Introducción a los Sistemas de Referencia en Mecánica Clásica
Este primer párrafo introduce los conceptos básicos de los sistemas de referencia, también conocidos como marcos de referencia, en el contexto de la Mecánica clásica. Se explica que estos sistemas son esenciales para describir la posición, velocidad y aceleración de un objeto en movimiento. Se menciona la importancia de definir un punto de partida para las mediciones y cómo los ejes coordinados y el plano cartesiano son herramientas utilizadas para establecer un sistema de referencia. Además, se define un sistema de referencia inercial como aquel que cumple con las Leyes de Newton. Se utiliza el ejemplo de registrar la posición de una pelota a lo largo del tiempo para ilustrar cómo se aplican estos conceptos.
🔄 El Impacto de Cambiar el Sistema de Referencia
El segundo párrafo profundiza en cómo cambiar la selección del sistema de referencia afecta las mediciones de la posición de un objeto en movimiento. Se describe cómo, a pesar de que el movimiento de la pelota es el mismo, la posición relativa varía dependiendo del punto de observación. Se utiliza la convención de los números negativos para indicar posiciones a la izquierda del observador y positivos para la derecha. Se actualiza la tabla de posiciones de la pelota según este nuevo sistema de referencia, mostrando cómo las mismas medidas pueden tener valores distintos pero corresponden al mismo evento físico. Se enfatiza que los resultados de las mediciones en la Mecánica clásica dependen de la elección del sistema o marco de referencia.
Mindmap
Keywords
💡Sistemas de referencia
💡Marcos de referencia
💡Mecánica clásica
💡Ejes coordinados
💡Plano cartesiano
💡Sistema de referencia inercial
💡Mediciones
💡Velocidad
💡Aceleración
💡Observador
Highlights
Los sistemas de referencia son esenciales en la Física clásica, Mecánica y Física relativista.
Un sistema de referencia es un conjunto de convenciones para medir variables físicas.
Para medir el movimiento, se necesita un punto de partida o un sistema de referencia inercial.
Los ejes coordinados y el plano cartesiano son herramientas comunes para establecer un sistema de referencia.
El tiempo y la posición son variables medibles en un sistema de referencia.
La selección del sistema de referencia es arbitraria y depende de la situación a medir.
La posición de un móvil se registra en una tabla con el tiempo y la distancia del origen.
El movimiento se puede describir como constante o variable según los datos registrados.
Los resultados de la medición dependen de la selección del sistema de referencia.
Cambiando el sistema de referencia, las posiciones registradas varían a pesar del mismo movimiento.
La convención de signo negativo para la izquierda y positivo para la derecha es útil para registrar posiciones.
El movimiento de la pelota se registra de manera diferente según el sistema de referencia seleccionado.
El análisis de movimientos es consistente a pesar de la variación en los sistemas de referencia.
Los sistemas de referencia inerciales son fundamentales en la descripción del movimiento en la Mecánica clásica.
La posición relativa del observador y el móvil es crucial para la medición en diferentes sistemas de referencia.
La tabla de posiciones muestra cómo varía la percepción del movimiento con el sistema de referencia.
El video concluye con una revisión de los sistemas de referencia y su impacto en la medición del movimiento.
Transcripts
Lo que vamos a hacer en este video es hablar de los sistemas de referencia, también se les
conoce como marcos de referencia. Los sistemas de referencia se utilizan en la Física clásica,
en la Mecánica y en la Física relativista; pero este video es introductorio, por lo que vamos
a referirnos sólo a la Mecánica clásica, a la descripción del movimiento en términos de la
Física de Newton. En el estudio del movimiento nos interesa poder describir la posición de un
móvil o su velocidad o aceleración. Para hacer esto necesitamos definir un punto de partida,
un punto a partir del cual hacer mediciones. Así que un sistema de referencia es un conjunto de
convenciones que establecemos para medir alguna variable física. Para establecer un sistema de
referencia en una situación determinada y poder realizar mediciones, utilizamos los
ejes coordinados, el plano cartesiano, y decimos que un sistema de referencia es inercial si se
cumplen las Leyes de Newton. Hagamos un ejemplo. Vamos a registrar la posición de un móvil a través
del tiempo en una tabla. Ojo, podríamos hacer lo mismo para la velocidad o la aceleración. En
la primera columna vamos a poner el tiempo. El tiempo puede estar medido en segundos, minutos,
horas o días, semanas o años, funciona cualquier unidad pertinente. Y en la siguiente columna vamos
a registrar la posición del móvil en diferentes momentos. La posición la podemos medir en metros,
centímetros o kilómetros, según sea el caso. En este ejemplo, vamos a registrar la posición
de esta pelota que rueda sobre el piso, un movimiento en la dirección horizontal. Bien,
ya casi estamos listos, pero necesitamos establecer primero un sistema de referencia
del que dependerán las mediciones. El análisis del movimiento de la pelota sólo tendrá sentido
si todas las mediciones parten del mismo sistema. Veamos con mayor detalle esto. En este ejemplo
voy a usar esta regla o cinta de medir para poder saber la posición de la pelota, es una
especie de eje horizontal coordenado, y en este ejemplo voy a establecer que el punto de partida,
el punto en donde el observador se encuentra, es éste que está aquí, en donde la regla indica
0. Éste mi sistema de referencia. Generalmente seleccionamos el sistema de referencia utilizando
un eje coordenado en la misma dirección de lo que deseamos medir, esto simplifica mucho los
cálculos. Te recomiendo que tú lo hagas así también. Ya tengo la tabla en donde registrar
el tiempo y las posiciones de la pelota, tenemos las marcas para las posiciones en 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8 , 9 y 10 unidades de longitud. Digamos que esta pelota se mueve así. Esto se parece a
un movimiento con velocidad constante, pero podría ser cualquier clase de movimiento, y vamos a medir
el tiempo con este cronómetro. En el tiempo 0 la pelota está en la posición 0, en el tiempo
1 la pelota está a 2 unidades del origen, en el tiempo 2 la pelota está a 4 unidades del origen,
en el tiempo 3 la pelota está a 6, en el tiempo 4 la pelota está a 8, en el tiempo 5 la pelota está
a 10. Perfecto, esta tabla muestra el registro de las posiciones de la pelota en diferentes momentos
de acuerdo al sistema de referencia que elegimos, que indica desde dónde se observa el fenómeno. El
punto central de nuestro tema, los sistemas de referencia e inerciales, es que los resultados
de la medición de las magnitudes físicas en el estudio del movimiento de la Mecánica clásica
dependen de la selección del sistema o marco de referencia. Vamos a repetir nuestro ejemplo,
pero esta vez vamos a cambiar la selección del sistema de referencia, la posición del observador:
ahora la posición del observador estará a 4 unidades del 0, del origen. Como se puede
observar, la selección del sistema de referencia y el origen se hace de manera arbitraria. Voy a
agregar una nueva columna a nuestra tabla para registrar las posiciones de la pelota a partir
de esta nueva posición del observador. Y ya tenemos las posiciones de la pelota, así que
vamos a ver con cuidado cuáles son las posiciones de acuerdo al nuevo sistema de referencia, a la
selección de la nueva posición del observador; la regla graduada está en el mismo lugar. Veamos. En
el tiempo 0 la pelota está a cuatro unidades a la izquierda del observador, entonces ponemos aquí
un 4, pero, ¿cómo sabemos que es a la izquierda del observador? Bien, usaremos la convención de
la recta numérica que dice que los números a la izquierda tienen signo negativo, entonces,
para indicar que la pelota está a cuatro unidades a la izquierda, le pondremos un signo negativo al
número 4. Ahora, en el tiempo 1, la pelota está a 2 unidades a la izquierda del observador, así que
ahora registro 2 e indico que es a la izquierda con un signo negativo: tenemos -2. Sigamos. En
el tiempo 2 la pelota está en la misma posición que el observador, a 0 unidades del observador;
en el tiempo 3 la pelota está a 2 unidades a la derecha del observador. Esta vez la convención
nos dice que ese 2 es un número positivo. En el tiempo 4 la pelota está a 4 unidades a la derecha
del observador, con base en la convención, ese 4 es un número positivo, y en el tiempo 5 la pelota
está a 6 unidades a la derecha del observador, también es un 6 positivo. Y eso es todo respecto
a las posiciones de la pelota de acuerdo a la nueva selección del sistema de referencia
de la posición del observador. Es muy importante mencionar que en ambos casos el movimiento de la
pelota es el mismo: se trata de un solo movimiento registrado desde dos puntos de vista diferentes,
dos sistemas de referencia e inerciales distintos. El primero coincide con el 0 del instrumento de
medición y el segundo está a cuatro unidades del 0 del mismo instrumento. Para terminar,
vamos a revisar nuestra tabla observando las posiciones que seleccionamos para nuestros
dos sistemas de referencia. En el tiempo cero la pelota está en la posición 0 de la regla,
si lo vemos de acuerdo al observador uno, está a cero unidades de él, y de acuerdo al
observador dos está a -4 unidades. En el tiempo 1, la pelota está en la posición 2 de la regla;
si lo vemos de acuerdo al observador uno, está a 2 unidades de él, y de acuerdo al observador dos,
está a -2 unidades. En el tiempo 2, la pelota está en la posición 4 de la regla;
si lo vemos de acuerdo al observador uno, está a 4 unidades de él, y de acuerdo al observador dos,
está a 0 unidades, coincide con la posición del segundo observador. En el tiempo 3, la pelota
está en la posición 6 de la regla; si lo vemos de acuerdo al observador uno, está a 6 unidades
de él, y de acuerdo al observador dos, está a 2 unidades. En el tiempo 4, la pelota está en la
posición 8 de la regla; si lo vemos de acuerdo al observador uno, está a 8 unidades de él,
y de acuerdo al observador 2 está a 4 unidades. Y, por último, en el tiempo 5, la pelota está en
la posición 10 de la regla; si lo vemos de acuerdo al observador uno, está a 10 unidades de él y de
acuerdo al observador dos, está a 6 unidades. Con esto terminamos. Nos vemos en el siguiente video.
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