5: Movimiento Rotacional, Torsión y Momentum Angular
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- 5.1: Conceptos básicos de rotación
- Hasta ahora, hemos estado viendo el movimiento que se describe fácilmente en coordenadas cartesianas, a menudo moviéndose a lo largo de líneas rectas. Ese tipo de movimiento ocurre mucho, pero también hay una segunda clase común: el movimiento rotacional. No sorprenderá que para describir el movimiento rotacional, las coordenadas polares (o sus contrapartes 3D las coordenadas cilíndricas y esféricas) sean mucho más prácticas que las cartesianas.
- 5.2: Fuerza centrípeta
- 'Centripetal' significa 'búsqueda de centro' (del latín 'centrum' = centro y 'petere' = buscar). Es importante recordar que se trata de una fuerza neta resultante, no una fuerza 'nueva' como la que ejerce la gravedad o un resorte comprimido.
- 5.3: Torque
- Cualquiera que alguna vez haya usado una palanca -eso es todo el mundo, presumiblemente- sabe lo útiles que son para aumentar la fuerza: empujas con una pequeña fuerza en el extremo largo, para producir una gran fuerza en el extremo corto, y hacer que la manivela gire, el elevador de piedra o la tapa de la botella se desprenda.
- 5.4: Momento de inercia
- En analogía con la masa que representa la inercia de un cuerpo sometido a aceleración lineal, identificaremos esta cantidad como la inercia de un cuerpo sometido a aceleración rotacional, que llamaremos el momento de inercia y denotaremos por I.
- 5.5: Energía Cinética de Rotación
- Naturalmente, un objeto giratorio tiene energía cinética: sus partes se mueven después de todo (incluso si solo están girando alrededor de un eje fijo). La energía cinética total de rotación es simplemente la suma de las energías cinéticas de todas las partes giratorias, al igual que la energía cinética traslacional total fue la suma de las energías cinéticas individuales de las partículas constituyentes.
- 5.6: Momentum Angular
- Definimos el momento angular\(\boldsymbol{L}\) como la contraparte rotacional del momento.
- 5.7: Conservación del Momentum Angular
- Dado que el par es el análogo rotacional de la fuerza, y el momento angular es el del momento lineal, no sorprenderá que la segunda ley de movimiento de Newton tenga una contraparte rotacional que relacione el par neto con la derivada de tiempo del momento angular.
- 5.8: Movimiento Rodante y Deslizante
- Se puede comprobar fácilmente que al girar, el objeto pierde mucha menos energía cinética para trabajar que cuando se desliza - tomar una botella de agua, ya sea en su parte inferior (solo deslizante) o de costado (un poco deslizante más rodante), empujarla con la misma fuerza inicial, y soltarla: la botella rodante llega mucho más lejos. No obstante, algo irónicamente, la botella sólo puede rodar gracias a la fricción.
- 5.9: Precesión y Nutación
- La acción de un par provoca un cambio en el momento angular, expresado por la Ecuación 5.7.1. Un caso especial surge cuando el par es perpendicular al momento angular: en ese caso el cambio afecta solo la dirección del vector de momento angular, no su magnitud.
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