MSc. Francisco Pedroso Camejo

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¿Cómo describir el movimiento de rotación de diferentes sistemas de interés?

T1. ¿Cómo describir el movimiento de rotación de la Tierra, una molécula, el cuerpo humano, un disco compacto, una estrella, entre otros?

T2. ¿Qué magnitudes físicas estudiadas por usted permiten describir el movimiento de traslación de un cuerpo?

Como parte de la descripción del movimiento de rotación de un sistema, ante todo es importante profundizar en la definición de este tipo de cambio. Estamos en presencia de un movimiento de rotación cuando todos los puntos del cuerpo se mueven describiendo circunferencias con diferentes velocidades entorno a un eje. Este eje, denominado eje de rotación, lo forman puntos inmóviles y puede estar dentro del cuerpo o fuera de este. A diferencia del movimiento de traslación cada punto del cuerpo que rota realiza un movimiento con características diferentes (rapidez, aceleración). Esta es una importante razón por lo que no podemos analizar el movimiento de un solo punto (modelo de la partícula), como en el caso de la traslación pura. En el caso del movimiento de rotación debemos considerar todos los puntos del cuerpo, es decir considerar sus dimensiones.

Para el estudio del movimiento de rotación vamos a considerar el movimiento de sólidos que no se deforman, por tanto la distancia entre los puntos que lo forman es siempre constante. Este modelo de sólido que no se deforma recibe el nombre de sólido rígido. La introducción de este modelo nos permitirá estudiar el movimiento de rotación de muchos sistemas reales, que para deformarlos se requiere una interacción de gran magnitud, comportándose, con muy buena aproximación, como sólidos rígidos.

T3. ¿Qué magnitudes físicas nos permitirán describir el movimiento de rotación de un sistema?

T4. ¿Cómo determinar el desplazamiento angular y la velocidad angular de un sistema que rota?

Al describir el movimiento de traslación de un sistema fueron caracterizadas las siguientes magnitudes físicas: posición, desplazamiento, rapidez, velocidad, aceleración.

Cuando analizamos el movimiento circunferencial uniforme de una partícula se definió la posición y el desplazamiento angular de una partícula, así como la velocidad angular de la misma. Estos conceptos debemos retomarlos en el estudio del movimiento de rotación de un sólido, considerando que todas sus partículas describen circunferencias alrededor del eje de rotación.

Si examinamos el movimiento de rotación de un disco o una rueda de bicicleta, podemos analizar la posición angular y el desplazamiento angular de uno de sus puntos.

U3.1

En la figura se representa dos posiciones de un punto del cuerpo que rota. En el instante inicial la posición angular del punto se denota por el ángulo de amplitud con respecto al eje x. Al transcurrir el intervalo de tiempo Dt, el cuerpo se encuentra en otra posición angular q . La magnitud que caracteriza el cambio en la posición angular del cuerpo se denomina desplazamiento angular y se denota por Dq , esto lo conocías del estudio del movimiento circunferencial uniforme.

En el sistema internacional de unidades la posición angular y el desplazamiento angular se miden en radian. Debemos recordar que las magnitudes vectoriales tienen módulo, dirección, sentido y cumplen con determinadas operaciones básicas, como la suma vectorial. Para cambios en la posición angular de un cuerpo lo suficientemente pequeños, el desplazamiento angular puede considerarse una magnitud física vectorial. El desplazamiento angular coincide con la dirección del eje fijo de rotación.

El sentido del vector desplazamiento angular puede determinarse aplicando la regla de la mano derecha. En este caso se toma el eje de rotación con la mano derecha y cerramos los cuatro dedos en el sentido de giro y el dedo pulgar indicará el sentido del vector desplazamiento angular.
Continuación

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