Unidad 1 · Movimiento rectilíneo
Trabajo experimental y cinemática en el entorno
Un compañero sostiene una regla en el aire, la suelta sin avisar y tú intentas atraparla con los dedos. La regla cae unos centímetros antes de que reacciones: en esos pocos centímetros está escondido tu tiempo de reacción. Toda la cinemática que aprendiste esta unidad sirve, al final, para medir el mundo real y tomar decisiones más seguras.
Durante toda la unidad describimos el movimiento con conceptos y ecuaciones: posición, velocidad, aceleración, gráficos, caída libre. Este último tema cierra el círculo: usamos esa cinemática para investigar el mundo real. Investigar en ciencias no es adivinar ni opinar; es seguir un método ordenado —las habilidades de investigación científica— que permite pasar de una pregunta a una conclusión respaldada por evidencia.
Cómo se diseña una medición
Antes de medir hay que decidir qué se cambia y qué se observa. La variable independiente es la que el investigador controla o modifica; la variable dependiente es la que se mide como respuesta. En el experimento de la regla, por ejemplo, la distancia que cae la regla es lo que medimos (dependiente) y de ella deducimos el tiempo de reacción. Todo lo demás —la misma regla, la misma persona, la misma posición de la mano— se mantiene fijo para no ensuciar la comparación.
Una sola medición nunca basta. Cada intento trae pequeños errores: una demora distinta, un pestañeo, un dedo más tenso. Por eso se repite la medición varias veces y se calcula el promedio, que es un valor más confiable que cualquier medida aislada. Repetir y promediar es una de las ideas más importantes de todo el trabajo experimental.
El experimento del tiempo de reacción
El tiempo de reacción es el lapso que transcurre entre percibir un estímulo y empezar a responder. Es corto —unas décimas de segundo— pero se puede medir con un truco de cinemática. Un compañero sostiene una regla vertical de unos 50 cm; tú pones los dedos abiertos junto al extremo de abajo, sin tocarla. Cuando la suelta sin aviso, la regla cae en caída libre y tú la atrapas lo más rápido que puedas. La marca donde la agarraste indica cuánto Δx alcanzó a caer antes de que reaccionaras.
Como la regla cae en caída libre partiendo del reposo, es un movimiento uniformemente acelerado (MRUA) con aceleración g ≈ 10 m/s². De la ecuación de caída Δx = ½ · g · t² despejamos el tiempo:
t = √( 2 · Δx / g )
Ejemplo resuelto
Supongamos que, tras soltar la regla, la atrapas cuando ya cayó Δx = 20 cm = 0,20 m. Con g ≈ 10 m/s²:
t = √( 2 · 0,20 / 10 ) = √( 0,04 ) = 0,2 s
Tu tiempo de reacción fue de dos décimas de segundo. Fíjate en la relación: el tiempo crece con la raíz de la distancia, así que no es proporcional. La tabla siguiente muestra tres casos con números limpios.
| Δx caído | Cálculo | Tiempo de reacción |
|---|---|---|
| 5 cm (0,05 m) | √(2·0,05/10) = √0,01 | 0,10 s |
| 20 cm (0,20 m) | √(2·0,20/10) = √0,04 | 0,20 s |
| 45 cm (0,45 m) | √(2·0,45/10) = √0,09 | 0,30 s |
Un experimento bien hecho no termina en el número: hay que evaluarlo. ¿Qué limitaciones tiene? La persona podría anticipar el momento del suelto; la regla podría rozar los dedos; el borde exacto es difícil de leer. ¿Cómo mejorarlo? Soltar en un instante realmente impredecible, repetir muchas veces, promediar y descartar los intentos claramente fallidos.
Del laboratorio a la carretera: la distancia de detención
El tiempo de reacción no es un dato de laboratorio sin importancia: en el tránsito decide vidas. Cuando aparece un peligro, un conductor no frena al instante. Primero pasa su tiempo de reacción —percibir, decidir, mover el pie al freno— y durante ese lapso el auto sigue avanzando a la misma rapidez. Ese tramo es la distancia de reacción. Recién después el freno actúa y el auto desacelera a lo largo de la distancia de frenado. La distancia total para detenerse es la suma de ambas.
dtotal = dreacción + dfrenado
Ejemplo resuelto
Un auto viaja a v = 20 m/s (equivale a 72 km/h). El conductor tiene un tiempo de reacción de 0,5 s y, al frenar, el auto desacelera a 5 m/s². Calculemos cada tramo.
- Distancia de reacción (MRU, velocidad constante): dreacción = v · t = 20 · 0,5 = 10 m.
- Distancia de frenado (MRUA, hasta detenerse): dfrenado = v² / (2·a) = 400 / 10 = 40 m.
- Distancia total = 10 + 40 = 50 m.
Ahora repitamos a la mitad de la rapidez, v = 10 m/s (36 km/h): dreacción = 10·0,5 = 5 m y dfrenado = 100/10 = 10 m, es decir 15 m en total. Al duplicar la rapidez, la distancia de frenado no se duplica: se cuadruplica (de 10 a 40 m), porque depende de v². Ahí está la razón física de por qué el exceso de velocidad es tan peligroso.
Las rapideces del entorno
La investigación no siempre exige un laboratorio: también se investiga documentalmente, buscando datos confiables y ordenándolos para compararlos. Las rapideces del mundo abarcan un rango enorme, desde un caracol de jardín hasta la luz. Para que quepan en un mismo gráfico se usa una escala logarítmica, donde cada paso hacia la derecha significa multiplicar por diez.
El otro extremo del entorno son las grandes aceleraciones. Un piloto de acrobacias, un astronauta en el despegue o el cuerpo de un pasajero en una frenada violenta soportan aceleraciones de varias veces g. El cuerpo humano las siente porque la sangre y los órganos tienen masa: acelerar fuerte exige fuerzas grandes sobre ellos. Por eso los pilotos entrenan y usan trajes especiales, y por eso un choque —una aceleración enorme en una fracción de segundo— es tan dañino aunque las rapideces parezcan «normales».