La Cinemática

Para entender la dinámica, es preciso tener nociones de cinemática, que es el estudio del movimiento como tal, sin tener en cuenta qué es lo que lo produce. El concepto más básico de la cinemática es el del desplazamiento de una partícula; éste consiste en la longitud y dirección de la línea a lo largo de la que se mueve la partícula a partir de un punto fijo, llamado origen. Como el desplazamiento consiste a la vez en la longitud y en la dirección de esa línea, nos dice sobre la partícula algo más que su distancia del punto fijo. Esa cantidad, en la que se especifican a la vez la magnitud, la dirección y el sentido, se llama vector. Los vectores tienen gran importancia en la física.

El concepto siguiente es el de la velocidad de la partícula, definida como el coeficiente de cambio de desplazamiento en el tiempo; en la mayoría de los usos cotidianos, la velocidad se mide en kilómetros por hora (km/h), pero en física se mide normalmente en metros por segundo (m/s). Como depende también de otra cantidad vectorial -el desplazamiento-, la velocidad constituye de suyo un vector. El término físico velocidad, especifica únicamente la magnitud de la velocidad de un objeto y no su dirección. Cualquier cantidad que mide únicamente la magnitud de cualquier fenómeno sin especificar su dirección se conoce como cantidad escalar. Si multiplicamos la velocidad de un objeto por su masa tendremos otra cantidad vectorial muy útil, la cantidad de movimiento, concepto muy empleado en la dinámica.

Cuando dos objetos se mueven, uno respecto a otro, es útil el concepto de velocidad relativa; por ejemplo, un coche que viaja a 85 k/h se mueve a esa velocidad con respecto a la superficie de la Tierra. Pero la Tierra en sí se mueve a unos 107 000 km/h en relación con el Sol.

El modo de combinarse dos velocidades cuando dos objetos se mueven en direcciones paralelas se puede verificar fácilmente desde un coche que circula en una carretera de mucho tráfico. Un coche que nos rebasa se mueve desde luego muy rápidamente con relación a la Tierra, pero lo hace sin duda muy despacio respecto a nuestro coche. En cambio, otro que se mueve a la misma velocidad que el nuestro, pero en sentido contrario, se mueve a gran velocidad en relación con el nuestro. La regla general, en el caso de objetos que viajan en la misma dirección, paralelos entre sí, nos dice que la velocidad relativa del más rápido respecto del más lento se halla restando las velocidades. Si dos objetos se mueven en la misma dirección pero en sentido contrario, la velocidad relativa se halla sumando las dos velocidades. (Aunque esta ley es efectiva a velocidades bajas, no lo es a velocidades que se aproximan a la de la luz.)

Al cambiar la velocidad de un objeto, o se acelera o decelera. El coeficiente del cambio de velocidad respecto del tiempo se mide en metros por segundo en un segundo () o una unidad equivalente, como kilómetros por hora en una hora (). Por ejemplo, si la velocidad de un objeto aumenta de 10 m/s a 15 m/s en un segundo, su aceleración media es de 5 ; el caso contrario, si su velocidad disminuye de 260 m/s a 10 m/s en 20 segundos, su deceleración media (aceleración negativa) es de 12,5

La aceleración puede variar, además, con el tiempo; la resistencia del aire, en la que la deceleración producida depende de la velocidad del objeto, es un ejemplo de aceleración variable.