3.7: Momentum Angular
- Page ID
- 131441
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\ket}[1]{\left| #1 \right>}\)
\(\newcommand{\bra}[1]{\left< #1 \right|}\)
\(\newcommand{\braket}[2]{\left< #1 \vphantom{#2} \right| \left. #2 \vphantom{#1} \right>}\)
\(\newcommand{\braopket}[3]{\left< #1 \vphantom{#2}\vphantom{#3} \right| #2 \vphantom{#1}\vphantom{#3} \left| #3 \vphantom{#1}\vphantom{#2} \right>}\)
\(\newcommand{\qmvec}[1]{\mathbf{\vec{#1}}}\)
\(\newcommand{\op}[1]{\hat{\mathbf{#1}}}\)
\(\newcommand{\expect}[1]{\langle #1 \rangle}\)
\(\newcommand{\dfn}[1]{\emph{\textbf{#1}}}\)
Notación:
- \(\textbf{L}_{C}\)= momento angular del sistema con respecto al centro de masa C.
- \(\textbf{L}\)= momento angular del sistema relativo a algún otro origen O.
- \(\overline{\textbf{r}}\)= vector de posición de C con respecto a O.
- \(\textbf{P}\)= impulso lineal del sistema con respecto a O.
- (El impulso lineal con respecto a C es, por supuesto, cero.)
\[ \textbf{L} = \textbf{L}_{C} + \overline{\textbf{r}} \times \textbf{P} \tag{3.7.1}\label{eq:3.7.1} \]
Así:
\[ \begin{align*} \textbf{L} &= \sum \textbf{r}_{i}\times \textbf{p}_{i} = \sum m_{i}(\textbf{r}_{i}\times \textbf{v}_{i}) = \sum m_{i}(\overline{\textbf{r}} + \textbf{r}_{i}^{\prime})\times(\overline{\textbf{v}} + \textbf{v}_{i}^{\prime}) \\[5pt] &=(\overline{\textbf{r}}\times \overline{\textbf{v}})\sum m_{i} + \overline{\textbf{r}}\times \sum m_{i}\textbf{v}_{i}^{\prime} + (\sum m_{i}\textbf{r}_{i}^{\prime}) \times \overline{\textbf{v}} + \sum \textbf{r}_{i}^{\prime} \times \textbf{p}_{i}^{\prime} \\[5pt] &=M(\overline{\textbf{r}}\times \overline{\textbf{v}}) +\overline{\textbf{r}}\times 0 + 0 \times \overline{\textbf{v}} + \textbf{L}_{C} \end{align*} \nonumber \]
por lo tanto
\[\qquad \textbf{L} =\textbf{L}_{C} + \overline{\textbf{r}} \times \textbf{P} \nonumber \]
Un aro de radio a rodando a lo largo del suelo (Figura III.6):
El momento angular con respecto a C es L C =\(I_{C \omega}\) donde\( I_{C}\) está la inercia rotacional alrededor de C. El momento angular alrededor de O es por lo tanto
\[ I = I_{C}\omega+M\overline{v}a=I_{C}\omega+Ma^{2}\omega=(I_{C}+Ma^{2})=I\omega \nonumber \]
donde
\[ I = I_{C}+Ma^{2} \nonumber \]
es la inercia rotacional alrededor de O.