Movimiento armónico simple para niños
En el campo de la física, el movimiento armónico simple (MAS) es un tipo de movimiento periódico que se repite una y otra vez. Imagina un objeto que se mueve de un lado a otro, pasando siempre por el mismo punto central, y que tarda el mismo tiempo en completar cada viaje. Esto es el MAS.
Algunos ejemplos que puedes ver a tu alrededor son el balanceo de un péndulo o el movimiento de un objeto atado a un resorte que se estira y se encoge. En estos casos, el objeto siempre vuelve a su posición de equilibrio.
Cuando este movimiento ocurre en línea recta, la partícula se aleja y se acerca de un punto central de su trayectoria. Su posición, vista a lo largo del tiempo, forma una curva suave como una sinusoide. La fuerza que hace que la partícula se mueva de esta manera siempre la empuja hacia el centro de su trayectoria, y es más fuerte cuanto más lejos está la partícula de ese centro.
Contenido
Movimiento Armónico Simple (MAS)
¿Qué es el Movimiento Armónico Simple?
El movimiento armónico simple es un movimiento de vaivén que se repite. Un objeto se mueve de un lado a otro de su punto de equilibrio, siempre en la misma dirección y en el mismo tiempo. Por ejemplo, si cuelgas un objeto de un muelle y lo estiras, verás cómo sube y baja. El objeto se mueve alrededor de su posición de equilibrio después de que lo separas y lo sueltas.
Otro ejemplo es lo que ocurre con cada pequeño punto de la cuerda de una guitarra cuando la tocas. Cada punto vibra con un movimiento armónico simple. Es importante recordar que no es el movimiento de toda la cuerda lo que es MAS, sino el movimiento individual de cada uno de sus puntos. El movimiento de la cuerda en su conjunto es una onda, que es el resultado de que todos sus puntos se muevan al mismo tiempo.
Características del MAS
En el MAS, la fuerza que actúa sobre el objeto siempre lo empuja hacia su posición de equilibrio. Si el objeto se mueve a lo largo de una línea, esta fuerza es proporcional a qué tan lejos está el objeto de su centro. Cuanto más se aleja, más fuerte es la fuerza que lo jala de vuelta.
La posición en el MAS
La posición de un objeto que realiza un MAS se puede describir con una fórmula que usa la función coseno. Esta fórmula nos dice dónde estará el objeto en cualquier momento.
- x es la posición del objeto respecto al punto de equilibrio.
- A es la amplitud, que es la distancia máxima a la que el objeto se aleja del centro.
- t es el tiempo.
La velocidad en el MAS
La velocidad del objeto en un MAS cambia constantemente. Es máxima cuando el objeto pasa por el punto de equilibrio y es cero cuando llega a los extremos de su recorrido (donde se detiene un instante antes de cambiar de dirección).
La aceleración en el MAS
La aceleración también cambia. Es máxima en los extremos del recorrido (donde la fuerza es mayor) y es cero en el punto de equilibrio. La aceleración siempre apunta hacia el centro de la trayectoria.
Amplitud y Periodo
La amplitud (A) es la distancia máxima que el objeto se mueve desde su posición de equilibrio. Es como el "tamaño" del balanceo.
El periodo (T) es el tiempo que tarda el objeto en completar un ciclo completo de su movimiento, es decir, en ir y volver a su posición inicial. Por ejemplo, el tiempo que tarda un péndulo en ir de un lado al otro y regresar.
La frecuencia (f) es el número de ciclos que el objeto completa en un segundo. Es lo contrario del periodo. Si el periodo es de 2 segundos, la frecuencia es 0.5 ciclos por segundo.
La Energía en el MAS
En el movimiento armónico simple, la energía total del sistema se mantiene constante. Esta energía se transforma entre dos tipos:
- Energía potencial: Es la energía que se "guarda" debido a la posición del objeto. Es máxima cuando el objeto está en los extremos de su recorrido (más lejos del centro) y es cero cuando pasa por el punto de equilibrio.
- Energía cinética: Es la energía del movimiento. Es máxima cuando el objeto pasa por el punto de equilibrio (donde su velocidad es mayor) y es cero en los extremos de su recorrido (donde se detiene un instante).
La suma de la energía potencial y la energía cinética siempre es la misma. Esto significa que la energía se transforma de una a otra, pero nunca se pierde.
Ejemplos
Medición de masa en el espacio
En lugares donde no hay gravedad, como en una estación espacial, no podemos usar una balanza normal para medir la masa de un objeto, porque no tiene "peso". Sin embargo, podemos usar el principio del movimiento armónico simple.
En la estación espacial Skylab, se usó un aparato especial para medir la masa de los astronautas. Era una silla que oscilaba como un muelle. Al medir el tiempo que tardaba la silla en oscilar con el astronauta sentado en ella (su periodo), y conociendo la fuerza del resorte, los científicos podían calcular la masa del astronauta.
Véase también
En inglés: Simple harmonic motion Facts for Kids
- Péndulo
- Péndulo simple
- Oscilador armónico
- Movimiento circular uniforme
