¿Qué es aceleración en física? - Conoce los cambios de velocidad

Es bien sabido que en física existen muchos fenómenos que, al día de hoy, cuentan con una ecuación que logra explicar el comportamiento del mismo. Gracias a los avances y los aportes que se han tenido en los últimos 500 años, la física actual es bastante sólida y puede explicar muchas cosas. Desde las ecuaciones de Einstein, hasta la física detrás de la transferencia de calor. El hecho es que lo mejor que hemos logrado entender, es el concepto tras el movimiento de partículas, masa o un cuerpo.

Términos como velocidad y aceleración tienden a ser confundidos en muchos casos. Aunque estos tienen mucha relación entre sí, se utilizan de forma separada y cuentan con variables o unidades de medidas distintas. En todo caso, esto lo veremos a lo largo del artículo de forma más detallada y mejor explicado.

Significado de aceleración en física

Se considera como aceleración a aquella variación que existe en función del movimiento o un proceso el cual tiene un aumento o disminución de su velocidad. Esta variación está en función del tiempo. ¿Qué quiere decir esto? Que si en un periodo de tiempo (5 segundos) existe variación en la velocidad, se dice que existe aceleración. Por otro lado, cuando la misma variable deja de tener cambios, ya la aceleración “deja de existir” y pasa a ser una velocidad constante.

Ahora bien, hay dos maneras en la que la aceleración de un cuerpo o partícula pueda tener lugar. La primera de ella, es con la variación en la rapidez con la que esta se desplaza por el espacio o algún medio. Por ejemplo, lanzamos una pelota en el vacío del espacio. Según la fuerza de gravedad que se aplique, obtendrá una velocidad constante debido a la ausencia de materia y rozamiento. Sin embargo, al darle un nuevo impulso con una fuerza mayor, esta alcanzará una nueva velocidad gracias a la aceleración que le hemos dado.

La segunda manera es cuando cambia la dirección del cuerpo. Para que exista este cambio en el movimiento, de por sí tiene que existir una modificación de la velocidad. Imagina que vas en un coche en una autopista recta a cierta velocidad. De pronto, giras en una curva y ya no vas en la misma dirección, sino que esta cambia. Para que esto pueda ocurrir, la velocidad a la que viajas tiene que cambiar. En este caso en particular, ocurre lo que se llama desaceleración, sin embargo, sigue siendo la misma variable física y cuenta con las mismas magnitudes.

Ahora bien, sin importar qué tan rápido vayas o si tu dirección no está cambiando, sencillamente carecen de aceleración. Así que, en términos de velocidad, si pasas de 0 km/h a 200 km/s en 10 segundos, allí existe una aceleración. Que la misma sea constante o no, dependerá si hay variación en la rapidez con la que estás desplazándote en el vehículo. Ahora bien, un ejemplo clásico en el que la aceleración es constante, se trata de la gravedad de la tierra. Gracias a las leyes de Newton, esto ya es conocido por el planeta entero. Pero de esto hablaremos al finalizar el artículo.

¿Cuáles son los componentes de la aceleración?

Cuando se habla de componentes de la aceleración, esto está orientado principalmente a la trayectoria del cuerpo en movimiento, de los cambios de velocidad en sí y el tiempo en el que esto ocurre. Por ejemplo, existe algo que se llama Componente normal, el cual representa la aceleración de un cuerpo manteniéndose perpendicular a su trayectoria. Por ende, para este componente, tiene que haber 90° en función de la dirección del movimiento a la que te diriges. Un ejemplo práctico de esto es el movimiento y lo generado por la fuerza centrípeta o centrífuga.

Ahora bien, existe otro componente que se le atribuye el término Tangencial, que, como su propio nombre lo indica, es más una trayectoria de origen tangencial. Esto quiere decir que es posible identificar la dirección del movimiento en cada punto de su trayectoria. Es más, o menos como, saber en qué punto estaremos en función del tiempo si seguimos con una aceleración constante.

¿Qué importancia tiene la aceleración en física?

Aunque no lo parezca, la vida como la conocemos depende en cierto grado de la aceleración. Resulta que esta fuerza o magnitud física está presente en el día a día de cada una de nuestras vidas. Sin embargo, el mejor ejemplo que podemos darte sobre la importancia de la misma es la gravedad.

De cierta manera, se le considera aceleración a la gravedad que genera y posee nuestro planeta. Sin esta, la vida como la conocemos no existiría, de hecho, no existiría planeta alguno en el que podamos vivir, puesto que no existiría algo que permita mantener unida a la materia. Ahora bien, esta no es la única ventaja que tenemos gracias a la aceleración. Existen otros aspectos comunes en donde se puede evidenciar un aumento en la velocidad de objetos. Tal es el caso de los siguientes ejemplos:

• El arranque de un coche que va desde una velocidad inicial cero, hasta conseguir una velocidad constante.
• El traslado de un avión comercial desde un punto A, hasta un punto B.
• El caminar de las personas, el cual puede hacerse más rápido o más lento según sus necesidades.
• El poder mantener en órbita a satélites artificiales o a la estación espacial internacional.
• Practicar lanzamiento de proyectiles como deporte.
• Disparar proyectiles sin importar el calibre del mismo.
• Que un triatleta tenga la capacidad de aumentar su velocidad para cumplir con su objetivo en el menor tiempo posible.

Como podrás notar, la aceleración se encuentra presente en nuestra vida, aunque no la percibamos como tal. En un caso mucho más extremo, existe un laboratorio en el que hacen colisionar partículas a una altísima velocidad. Esto es posible gracias a la aceleración de las mismas durante un periodo de tiempo específico. Así que sus aplicaciones son bastante amplias.

¿Qué tipos de aceleración existen?

Aunque hemos mencionado a la aceleración o desaceleración como algo en general, no siempre cuenta con las mismas características. Es decir, que el valor de este vector puede cambiar y no ser el mismo según el tipo de modificación que se esté hablando. Lo que hemos explicado hasta ahora es tan solo una representación de muchas que existen. Por ello, ahora te presentaremos las más conocidas en el ámbito de la física.

Aceleración constante

Por una parte, tenemos a la definición clásica que es el cambio de velocidad y por otro, tenemos un valor que es constante en el tiempo. Por ello, de forma general, podemos decir que la aceleración constante es aquella perturbación o cambio que sufre un cuerpo en su movimiento y trayectoria de manera uniforme por un periodo de tiempo. Sin embargo, esto es algo que resulta muy complicado de conseguir, puesto que son muy pocas las cosas que pueden mantener una aceleración constante.

En primer lugar, porque a mayor velocidad, mayor será la masa y, por ende, más grande será la energía que se necesita para mover esa partícula o cuerpo. Es por esta razón que nada puede ir tan rápido como la luz. Ahora bien, llevándolo a un caso mucho más práctico, imaginemos que nos montamos en un coche. Estamos en velocidad cero y comenzamos a acelerar 50 km cada 15 minutos, ¿Qué pasa? Llegará un punto en el que la aceleración dejará de ser constante debido a que se habrá alcanzado el tope del vehículo.

Aceleración media

Para entender esta variación del concepto es importante entender que no se trata de un único valor como lo hemos venido comentando. Es decir, que, para la aceleración media, no hay solo una magnitud, no dos que van en función del tiempo. Es decir, tienes un tiempo A con una aceleración A1, y tienes un tiempo B con una aceleración B1. La división que se produce entre ambos valores es el resultado que se conoce como aceleración media.

Claro, en el campo de la física, esto tiene su propia ecuación con variables que van en función de la velocidad y del tiempo. Es decir, que, al tratarse de una división, en la parte del numerador tendremos una resta o diferencia entre A y B y en el denominador, tendremos una diferencia entre A1 y B1. El resultado de esta operación queda expresado en metros/segundos al cuadrado.

Aceleración angular

Esta es una operación matemática en la que es necesario obtener unos cuantos valores antes de conseguir el valor de la aceleración angular. Como tal, se define como la división entre la variación de velocidad angular y el periodo de tiempo que tarda en efectuar tales cambios. Es decir, que cuando existe una variación en la velocidad angular, se dice que hay aceleración angular.

Una forma de entenderlo mejor, es teniendo en cuenta la definición de la palabra angular. Esto se encuentra vinculado a los ángulos en matemática y física. Por lo que la aceleración angular sería la variación de velocidad que ese ángulo tiene en función del tiempo o un periodo determinado. De cualquier forma, puedes encontrar todos los detalles matemáticos si decides entender a fondo cuáles son las ecuaciones para calcular la aceleración angular.

Aceleración negativa

Lo normal es que, al momento de hablar de cambios de velocidades, se tienda a utilizar términos de aumento de la misma. Por ende, suponemos que tienen un valor positivo a la hora de hacer algún cálculo. Sin embargo, existe un término el cual está asociado a la disminución de la velocidad. A esto se le conoce como aceleración negativa o desaceleración. Sucede que no todos los cuerpos tienen la capacidad de aumentar su velocidad, sino que también pueden disminuirla.

Al cumplir con los requisitos de cambios o variación en este vector, se considera un tipo de aceleración. Pero para no generar confusión a la hora de los cálculos, se le acuñó esta terminología. A nivel práctico y matemático, algunos suelen utilizar el símbolo “-” para identificar que se trata de una desaceleración. Es importante aclarar que este no implica que sea un valor negativo al momento de hacer los cálculos, sino que indica que la variación de la velocidad va en descenso.

Aceleración centrípeta

Para no complicar más este tema de velocidades y cambios en su dirección, primero entendamos que la aceleración centrípeta es distinta a la centrífuga. Esta en particular se enfoca en el movimiento uniforme que tiene un cuerpo en dirección hacia el centro del círculo. Por ejemplo, imaginemos que tienes una cuerda que sostienes en uno de los extremos, mientras que en el otro hay una bola de metal.

Cuando comienzas a mover este sistema formando un círculo, estás provocando una aceleración centrípeta en el objeto hacia el centro. Es decir, hacia tu mano, quien es la causante de que se produzca un cambio en su velocidad. Entonces, con esto podemos decir que este concepto hace alusión a los cambios de velocidad que se generan en función del centro de su rotación.

¿Cuál es la fórmula para la aceleración?

En primer lugar, debemos decir que es la aceleración normal que todos conocemos y que, de cierta manera, es la más sencilla de calcular y entender. Sin embargo, no todas las aceleraciones se calculan de la misma manera. Por ejemplo, en el caso típico, para poder calcular la aceleración, debemos tener valores como la velocidad final y la inicial. Además de esto, tiene que existir un tiempo en el que se ha efectuado ese cambio de velocidad.

Por ende, para el cálculo de la aceleración general, tenemos que restar la velocidad menos la velocidad inicial y el resultado de esta, dividirla entre el tiempo que le ha tomado a la velocidad cambiar de valor. Esta es la razón del por qué se utiliza la expresión metro/segundos al cuadrado, ya que, en la parte del numerador, tenemos la magnitud de distancia y en el denominador, la magnitud del tiempo a su segunda potencia.

Si nos vamos a una de sus variantes, para poder calcular la aceleración centrípeta de un cuerpo en movimiento circular, hay que tener los valores de la velocidad lineal y el radio de la curvatura en función del trayecto. Una vez que se tiene estos dos parámetros, se utiliza una fórmula en el que tenemos que dividir la velocidad entre el radio que ya tenemos.

Ahora bien, la ventaja que la física nos ofrece, es que podemos conseguir hallar este valor cambiando los parámetros utilizados. Es decir, que, en lugar de emplear la velocidad, podemos hacer el cálculo en función de la velocidad angular. Para ello, debemos contar nuevamente con el radio, con la diferencia que debemos elevar al cuadrado la velocidad angular y multiplicar ambos parámetros.

¿Cómo se mide la aceleración?

Un punto importante es que medir y calcular no son lo mismo. Por una parte, tenemos que utilizar una ecuación matemática que nos permita hallar el valor de la aceleración en función de otros parámetros. Mientras que, por otro lado, contamos con un instrumento de medición física que hace el trabajo de forma automática y nos ofrece un valor real de nuestro estudio.

Así que, para poder medir este cambio de velocidad, es necesario utilizar un acelerómetro. Sin embargo, no es una herramienta de medición como la que conocemos en el resto de cosas. Esta es más como un componente el cual es capaz de medir la aceleración de algo. Claro por sí sola no es capaz de hacer este trabajo, por lo que es parte de un sistema más complejo y esto da lugar a lo que conocemos como acelerómetros.

Gracias a esto, podemos tener diferentes tipos de acelerómetros actualmente. Entre los más comunes que podemos mencionar, se encuentran los siguientes:

• Mecánicos.
• Capacitivos.
• Piezoeléctricos.
• Micro-electromecánicos.

Ejemplos de la aplicación de la aceleración

El caso más típico que aplica los principios de la aceleración son todos los vehículos terrestres, aéreos y marítimos. Gracias a esto, pueden pasar de una velocidad inicial 0, a alcanzar altas velocidades en un periodo de tiempo determinado. Es decir, que esto aplica tanto a coches, motocicletas o bicicletas, hasta aviones y transbordadores espaciales que llevan personas y equipos tecnológicos al espacio exterior.

Lo bueno es que la aceleración la podemos tener presente en cosas tan pequeñas como aumentar las revoluciones de un taladro dental, hasta aumentar la velocidad en las turbinas de un avión. Todo lo que conlleva una variación en la velocidad, estará aplicando los principios de la aceleración.