En física , el movimiento es cuando un objeto cambia de posición con respecto a un punto de referencia en un tiempo determinado . El movimiento se describe matemáticamente en términos de desplazamiento , distancia , velocidad , aceleración , rapidez y marco de referencia de un observador, midiendo el cambio de posición del cuerpo con respecto a ese marco con un cambio en el tiempo. La rama de la física que describe el movimiento de los objetos sin hacer referencia a su causa se llama cinemática , mientras que la rama que estudia las fuerzas y su efecto sobre el movimiento se llama dinámica .
Si un objeto no está en movimiento con respecto a un sistema de referencia determinado, se dice que está en reposo , inmóvil , inmóvil , estacionario o que tiene una posición constante o invariante en el tiempo con respecto a su entorno. La física moderna sostiene que, como no existe un marco de referencia absoluto, el concepto de movimiento absoluto de Newton no puede determinarse. [1] Como tal, se puede considerar que todo en el universo está en movimiento. [2] : 20-21
El movimiento se aplica a diversos sistemas físicos: objetos, cuerpos, partículas de materia , campos de materia, radiación , campos de radiación, partículas de radiación, curvatura y espacio-tiempo . También se puede hablar del movimiento de imágenes, formas y límites. En general, el término movimiento significa un cambio continuo en la posición o configuración de un sistema físico en el espacio. Por ejemplo, se puede hablar del movimiento de una onda o del movimiento de una partícula cuántica , donde la configuración consiste en las probabilidades de que la onda o partícula ocupe posiciones específicas.
En física, el movimiento de cuerpos masivos se describe mediante dos conjuntos de leyes de la mecánica relacionados. Mecánica clásica para objetos superatómicos (más grandes que un átomo) (como automóviles , proyectiles , planetas , células y humanos ) y mecánica cuántica para objetos atómicos y subatómicos (como helio , protones y electrones ). Históricamente, Newton y Euler formularon tres leyes de la mecánica clásica :
La mecánica clásica se utiliza para describir el movimiento de objetos macroscópicos que se mueven a velocidades significativamente más lentas que la velocidad de la luz, desde proyectiles hasta partes de maquinaria , así como objetos astronómicos , como naves espaciales , planetas , estrellas y galaxias . Produce resultados muy precisos dentro de estos dominios y es una de las descripciones científicas más antiguas y amplias en ciencia , ingeniería y tecnología .
La mecánica clásica se basa fundamentalmente en las leyes del movimiento de Newton . Estas leyes describen la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento de ese cuerpo. Fueron compiladas por primera vez por Sir Isaac Newton en su obra Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , que se publicó por primera vez el 5 de julio de 1687. Las tres leyes de Newton son:
Las tres leyes del movimiento de Newton fueron las primeras en proporcionar con precisión un modelo matemático para comprender los cuerpos en órbita en el espacio exterior . Esta explicación unificó el movimiento de los cuerpos celestes y el movimiento de los objetos en la Tierra.
La cinemática moderna se desarrolló con el estudio del electromagnetismo y refiere todas las velocidades a su relación con la velocidad de la luz . La velocidad se interpreta entonces como rapidez , el ángulo hiperbólico para el cual funciona la tangente hiperbólica . La aceleración , el cambio de velocidad en el tiempo, luego cambia la rapidez según las transformaciones de Lorentz . Esta parte de la mecánica es la relatividad especial . WK Clifford y Albert Einstein realizaron esfuerzos para incorporar la gravedad a la mecánica relativista . El desarrollo utilizó geometría diferencial para describir un universo curvo con gravedad; el estudio se llama relatividad general .
La mecánica cuántica es un conjunto de principios que describen la realidad física a nivel atómico de la materia ( moléculas y átomos ) y de las partículas subatómicas ( electrones , protones , neutrones e incluso partículas elementales más pequeñas como los quarks ). Estas descripciones incluyen el comportamiento simultáneo de onda y partícula tanto de la materia como de la energía de radiación , como se describe en la dualidad onda-partícula . [6]
En la mecánica clásica se pueden calcular mediciones y predicciones precisas del estado de los objetos, como la ubicación y la velocidad . En mecánica cuántica, debido al principio de incertidumbre de Heisenberg , no se puede determinar simultáneamente el estado completo de una partícula subatómica, como su ubicación y su velocidad. [7]
Además de describir el movimiento de los fenómenos a nivel atómico, la mecánica cuántica es útil para comprender algunos fenómenos a gran escala como la superfluidez , la superconductividad y los sistemas biológicos , incluida la función de los receptores del olfato y las estructuras de las proteínas . [8]
Los humanos, como todas las cosas conocidas en el universo, estamos en constante movimiento; [2] : 8–9 sin embargo, aparte de los movimientos obvios de las diversas partes externas del cuerpo y la locomoción , los humanos se mueven de diversas maneras que son más difíciles de percibir . Muchos de estos "movimientos imperceptibles" sólo son perceptibles con la ayuda de herramientas especiales y una observación cuidadosa. Las escalas más grandes de movimientos imperceptibles son difíciles de percibir para los humanos por dos razones: las leyes del movimiento de Newton (particularmente la tercera), que impiden la sensación de movimiento en una masa a la que el observador está conectado, y la falta de un marco de referencia obvio. lo que permitiría a las personas ver fácilmente que se están moviendo. [9] Las escalas más pequeñas de estos movimientos son demasiado pequeñas para ser detectadas convencionalmente con los sentidos humanos .
El espacio-tiempo (la estructura del universo) se está expandiendo , lo que significa que todo en el universo se está estirando, como una banda elástica . Este movimiento es el más oscuro ya que no es un movimiento físico, sino más bien un cambio en la naturaleza misma del universo. La principal fuente de verificación de esta expansión fue proporcionada por Edwin Hubble quien demostró que todas las galaxias y objetos astronómicos distantes se estaban alejando de la Tierra, lo que se conoce como ley de Hubble , predicha por una expansión universal. [10]
La Vía Láctea se mueve a través del espacio y muchos astrónomos creen que la velocidad de este movimiento es de aproximadamente 600 kilómetros por segundo (1.340.000 mph) en relación con las ubicaciones observadas de otras galaxias cercanas. Otro marco de referencia lo proporciona el fondo cósmico de microondas . Este marco de referencia indica que la Vía Láctea se mueve a alrededor de 582 kilómetros por segundo (1.300.000 mph). [11] [ verificación fallida ]
La Vía Láctea gira alrededor de su denso centro galáctico , por lo que el Sol se mueve en un círculo dentro de la gravedad de la galaxia . Lejos del abultamiento central, o borde exterior, la velocidad estelar típica es de entre 210 y 240 kilómetros por segundo (470.000 y 540.000 mph). [12] Todos los planetas y sus lunas se mueven con el Sol. Así, el Sistema Solar está en movimiento.
La Tierra está girando o girando alrededor de su eje . Esto se evidencia durante el día y la noche , en el ecuador la Tierra tiene una velocidad hacia el este de 0,4651 kilómetros por segundo (1.040 mph). [13] La Tierra también está orbitando alrededor del Sol en una revolución orbital . Una órbita completa alrededor del Sol tarda un año , o unos 365 días; tiene una velocidad promedio de unos 30 kilómetros por segundo (67.000 mph). [14]
La teoría de la tectónica de placas nos dice que los continentes se desplazan por corrientes de convección dentro del manto , lo que hace que se muevan por la superficie del planeta a una velocidad lenta de aproximadamente 2,54 centímetros (1 pulgada) por año. [15] [16] Sin embargo, las velocidades de las placas varían ampliamente. Las placas que se mueven más rápido son las placas oceánicas, con la Placa de Cocos avanzando a un ritmo de 75 milímetros (3,0 pulgadas) por año [17] y la Placa del Pacífico moviéndose de 52 a 69 milímetros (2,0 a 2,7 pulgadas) por año. En el otro extremo, la placa de movimiento más lento es la Placa Euroasiática , que avanza a un ritmo típico de unos 21 milímetros (0,83 pulgadas) por año.
El corazón humano se contrae constantemente para hacer circular la sangre por todo el cuerpo. A través de venas y arterias más grandes del cuerpo, se ha descubierto que la sangre viaja a aproximadamente 0,33 m/s. Aunque existe una variación considerable y se han encontrado flujos máximos en las venas cavas entre 0,1 y 0,45 metros por segundo (0,33 y 1,48 pies/s). [18] Además, los músculos lisos de los órganos internos huecos se mueven. La más familiar sería la aparición de peristalsis , que es donde los alimentos digeridos son forzados a través del tracto digestivo . Aunque los diferentes alimentos viajan por el cuerpo a diferentes velocidades, la velocidad promedio a través del intestino delgado humano es de 3,48 kilómetros por hora (2,16 mph). [19] El sistema linfático humano también provoca constantemente movimientos de exceso de líquidos , lípidos y productos relacionados con el sistema inmunológico por todo el cuerpo. Se ha descubierto que el líquido linfático se mueve a través de un capilar linfático de la piel a aproximadamente 0,0000097 m/s. [20]
Las células del cuerpo humano tienen muchas estructuras y orgánulos que se mueven a lo largo de ellas. La transmisión citoplasmática es una forma en que las células mueven sustancias moleculares a lo largo del citoplasma , [21] varias proteínas motoras funcionan como motores moleculares dentro de una célula y se mueven a lo largo de la superficie de varios sustratos celulares, como los microtúbulos , y las proteínas motoras generalmente funcionan con la hidrólisis. de trifosfato de adenosina (ATP) y convertir la energía química en trabajo mecánico. [22] Se ha descubierto que las vesículas propulsadas por proteínas motoras tienen una velocidad de aproximadamente 0,00000152 m/s. [23]
Según las leyes de la termodinámica , todas las partículas de materia están en constante movimiento aleatorio mientras la temperatura esté por encima del cero absoluto . Así, las moléculas y átomos que componen el cuerpo humano vibran, chocan y se mueven. Este movimiento puede detectarse como temperatura; Las temperaturas más altas, que representan una mayor energía cinética en las partículas, resultan cálidas para los humanos, que sienten la energía térmica que se transfiere del objeto que se toca a sus nervios. De manera similar, cuando se tocan objetos de temperatura más baja, los sentidos perciben la transferencia de calor fuera del cuerpo como una sensación de frío. [24]
Dentro del modelo orbital atómico estándar , los electrones existen en una región alrededor del núcleo de cada átomo. Esta región se llama nube de electrones . Según el modelo atómico de Bohr , los electrones tienen una alta velocidad y cuanto más grande sea el núcleo en el que orbitan, más rápido tendrían que moverse. Si los electrones se movieran alrededor de la nube de electrones siguiendo trayectorias estrictas de la misma manera que los planetas orbitan alrededor del Sol, entonces se necesitaría que lo hicieran a velocidades que excederían con creces la velocidad de la luz. Sin embargo, no hay ninguna razón por la que uno deba limitarse a esta conceptualización estricta (que los electrones se mueven en trayectorias de la misma manera que lo hacen los objetos macroscópicos), sino que uno puede conceptualizar a los electrones como "partículas" que existen caprichosamente dentro de los límites de la nube de electrones. [25] Dentro del núcleo atómico , los protones y neutrones probablemente también se estén moviendo debido a la repulsión eléctrica de los protones y a la presencia del momento angular de ambas partículas. [26]
La luz se mueve a una velocidad de 299.792.458 m/s, o 299.792,458 kilómetros por segundo (186.282,397 mi/s), en el vacío. La velocidad de la luz en el vacío (o ) es también la velocidad de todas las partículas sin masa y campos asociados en el vacío, y es el límite superior de la velocidad a la que la energía, la materia, la información o la causalidad pueden viajar. La velocidad de la luz en el vacío es, por tanto, el límite superior de velocidad para todos los sistemas físicos.
Además, la velocidad de la luz es una cantidad invariante : tiene el mismo valor, independientemente de la posición o la velocidad del observador. Esta propiedad hace que la velocidad de la luz c sea una unidad de medida natural de la velocidad y una constante fundamental de la naturaleza.
En 2011, la velocidad de la luz se redefinió junto con las siete unidades básicas del SI utilizando lo que llama "la formulación constante explícita", donde cada "unidad se define indirectamente especificando explícitamente un valor exacto para una constante fundamental bien reconocida", como se hizo para la velocidad de la luz. Se propuso una redacción nueva, pero completamente equivalente, para la definición del metro: "El metro, símbolo m, es la unidad de longitud; su magnitud se establece fijando el valor numérico de la velocidad de la luz en el vacío para que sea exactamente igual a299 792 458 cuando se expresa en la unidad SI ms −1 ". [27] Este cambio implícito en la velocidad de la luz fue uno de los cambios que se incorporó en la redefinición de 2019 de las unidades base SI , también denominada Nuevo SI. [28 ]
Al observador le parece que algún movimiento excede la velocidad de la luz. Las ráfagas de energía que se mueven a lo largo de los chorros relativistas emitidos por estos objetos pueden tener un movimiento propio que parece mayor que la velocidad de la luz. Se cree que todas estas fuentes contienen un agujero negro , responsable de la eyección de masa a altas velocidades. Los ecos de luz también pueden producir un aparente movimiento superlumínico. [29] Esto ocurre debido a cómo a menudo se calcula el movimiento a largas distancias; Muchas veces los cálculos no tienen en cuenta el hecho de que la velocidad de la luz es finita. Al medir el movimiento de objetos distantes a través del cielo, hay un gran retraso de tiempo entre lo observado y lo ocurrido, debido a la gran distancia que tiene que recorrer la luz del objeto distante para llegar a nosotros. El error en el ingenuo cálculo anterior proviene del hecho de que cuando un objeto tiene un componente de velocidad dirigido hacia la Tierra, a medida que el objeto se acerca a la Tierra, el retraso de tiempo se vuelve menor. Esto significa que la velocidad aparente calculada anteriormente es mayor que la velocidad real. En consecuencia, si el objeto se aleja de la Tierra, el cálculo anterior subestima la velocidad real. [30]
Medios relacionados con Motion en Wikimedia Commons
