La aceleración en dinámica y cinemática es una magnitud física que determina el cambio en la velocidad de un objeto. En el sistema internacional de unidades debemos expresar el valor de esta magnitud en metros por segundo al cuadrado (m/s²).
En los cálculos de cinemática es importante establecer un sistema de referencia. La velocidad de una persona caminando dentro de un tren no es la misma por un observador situado dentro del tren que por un observador situado en el andén. El sistema de referencia es la posición del observador.
Definición de aceleración en física
La aceleración se define como el cambio de velocidad de un objeto en un intervalo de tiempo dado.
Puede ser positiva, negativa o nula, lo que significa que un objeto puede estar acelerando (aumentando su velocidad), desacelerando (disminuyendo su velocidad) o manteniendo una velocidad constante. La aceleración positiva se produce cuando un objeto se mueve más rápido con el tiempo, mientras que la aceleración negativa se produce cuando disminuye su velocidad.
Características de la aceleración
A continuación, se detallan algunas de las características clave de la aceleración:
Cantidad vectorial: La aceleración es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene magnitud y dirección. Esto implica que puede cambiar en dirección además de en magnitud, lo que se traduce en cambios en la velocidad.
Unidad de medida: En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de medida de la aceleración es el metro por segundo cuadrado (m/s²). Esta unidad expresa cuántos metros por segundo cambia la velocidad de un objeto cada segundo.
Relación con la fuerza: La aceleración está relacionada con la fuerza que actúa sobre un objeto. De acuerdo con la segunda ley de Newton, la fuerza neta aplicada a un objeto es igual al producto de su masa y su aceleración (F = m * a). Cuanto mayor sea la fuerza aplicada, mayor será la aceleración resultante.
Causas de la aceleración: La aceleración puede ser causada por diversas fuerzas y factores. Algunas de las causas comunes de la aceleración incluyen la aplicación de una fuerza externa, la gravedad, la fricción, la resistencia del aire y otras interacciones físicas. La dinámica es la rama de la física que se encarga de estudiar las causas que provocan una aceleración en un objeto. En particular, la aceleración desempeña un papel fundamental en las leyes de Newton.
Tipos de Aceleración
La aceleración puede manifestarse de diversas formas según las condiciones y el contexto. A continuación, se presentan algunos de los tipos más comunes de aceleración:
1. Aceleración lineal
La aceleración lineal se refiere al cambio en la velocidad de un objeto en una dirección específica a lo largo de una línea recta. Puede ser positiva, negativa o nula dependiendo de si la velocidad aumenta, disminuye o se mantiene constante respectivamente.
2. Aceleraciones tangencial y centrípeta
Cuando un objeto se mueve a lo largo de una trayectoria curva, experimenta cambios en su velocidad en la dirección tangencial a la curva. El vector de la aceleración de un cuerpo puede tener una dirección diferente a la velocidad con la que se mueve. Este vector se puede dividir en dos componentes: la tangencial y la normal.
La aceleración tangencial es una forma específica de aceleración lineal que provoca un cambio en la velocidad de un objeto. Esta componente tiene una dirección tangencial al movimiento.
Por otro lado, la aceleración normal tiene una dirección perpendicular al movimiento del cuerpo y apunta hacia en centro del movimiento circular. La componente normal de la aceleración es la que provoca el cambio de dirección generando la curvatura de la trayectoria.
4. Aceleración angular
La aceleración angular se relaciona con el cambio en la velocidad angular de un objeto en movimiento rotativo.
Se mide en radianes por segundo cuadrado (rad/s²) y puede ser positiva o negativa, dependiendo de si la velocidad angular aumenta o disminuye con el tiempo.
5. Aceleración gravitatoria
La aceleración gravitatoria se refiere a la aceleración debida a la gravedad en la superficie de la Tierra o en la cercanía de otros cuerpos celestes.
En la Tierra, esta aceleración se conoce como la aceleración de la gravedad y tiene un valor aproximado de 9.81 m/s² y actúa hacia abajo.
6. Aceleración relativa
La aceleración relativa se refiere a la aceleración de un objeto en relación con otro objeto en movimiento. Puede ocurrir cuando dos objetos se mueven uno respecto al otro y experimentan aceleraciones relativas en diferentes direcciones.
Un ejemplo común de aceleración relativa es la sensación de aceleración que experimentas al montar en un automóvil que arranca desde el reposo. Desde la perspectiva del automóvil, estás acelerando hacia atrás, mientras que desde tu propia perspectiva, sientes que estás acelerando hacia adelante.
7. Aceleración de Coriolis
La aceleración de Coriolis es un tipo de aceleración que se manifiesta en objetos que se mueven en un sistema de referencia no inercial, como la rotación de la Tierra.
Esta aceleración es responsable de efectos como la desviación de los vientos y las corrientes oceánicas, así como la rotación de la Tierra alrededor de su eje.