semana 7 dinámica rotacional
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DINAMICA ROTACIONAL
Lic. Fis. Carlos Lévano Huamaccto
FISICA I
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• Energía Cinética de Rotación• Inercia de Rotacional• Momento de Inercia• Teorema de ejes paralelos• Momento Angular• Conservación del Momento Angular
CONTENIDOS TEMÁTICOS
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ENERGÍA CINÉTICA DE ROTACIÓN
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Es la energía de movimiento rotacional .
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Ejemplos
K=(1/2)(2Kgm2)( 2 rad/s)2= 4J
I=(2Kg)(1m)2=2 Kgm2
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INERCIA ROTACIONAL
Es la resistencia de un objeto a los cambios en su movimiento de rotación, es decir, los objetos en rotación tienden a permanecer en este estado, mientras que los objetos que no giran tienden a permanecer sin girar.
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Si la mayoría de la masa está ubicada muy lejos del centro de rotación, la inercia de rotación será muy alta y costará hacerlo girar o detener su rotación.
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Si la masa está cerca del centro de rotación de un determinado objeto, la inercia será menor y será más fácil hacerlo girar.
Eje de giro
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MOMENTO DE INERCIA
Es la medida de la inercia rotacional.
Discreto
Continuo
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EJEMPLOS: Momento de inercia de cuatro cuerpos puntuales.
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EJEMPLOS: Determinar el momento de inercia del sistema de cuatro partículas puntuales.
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Ejercicios: Determine el momento de inercia para cada eje.
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EJEMPLO: Momento de Inercia de una barrra
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Ejemplo: Determinar el momento de inercia del sistema
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M0MENTO DE INERCIA DE ALGUNOS CUERPOS
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TEOREMA DE EJES PARALELOS
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TORQUE Y MOMENTO ANGULAR
Recuerden
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Relación entre torque y aceleración angular
Partícula
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Cuerpo
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EJEMPLOS: Determinar la aceleración tangencial
Determine la aceleración angular de la rueda.
Solución:
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MOMENTUM ANGULAR
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MOMENTO ANGULAR
El momento angular o cantidad de movimiento angular es una magnitud que resulta del producto entre el momento de inercia(I) y la velocidad angular () de un cuerpo en rotación. Es un vector que se determina con la regla de la mano derecha y su módulo es
L L = I · = I · ωω
Sus unidadesSus unidades
Sistema Internacional: kg·mSistema Internacional: kg·m²²/s/s
CGS: g·cmCGS: g·cm²²/s/s
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Momento Angular (L)
Se relaciona con el hecho de que un objeto en rotación persiste en este tipo de movimiento. El momento angular produce una cierta estabilidad de giro en el eje de rotación. Por eso es fácil mantener el equilibrio en una bicicleta en movimiento, ya que al girar las ruedas se produce este fenómeno.
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Conservación del momento angular
Cuando un cuerpo se encuentra girando , su momento angular permanece constante a no ser que sobre él actúe un torque externo que lo haga modificar su estado de rotación. Luego si el torque externo es cero, el momento angular final (Lf)Es igual al momento angular inicial(Li).
IIinicialinicial · · ωωinicialinicial = I= Ifinalfinal · · ωωfinalfinal
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Ejemplo.- Una rueda de bicicleta girando horizontalmente experimenta una variación en su velocidad angular. Esto significa que pudo variar.I. su inercia rotacional.II. su momento angular.III. el torque neto sobre ella.
Es o son verdadera(s):
A) sólo IB) sólo IIC) sólo IIID) sólo I y IIE) sólo II y III
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Ejemplo: Calcular el momento de inercia de disco
X
Y
Z
R R
O dmrI
0
2 4
0 3
2
1
2
1Rr
R 2
2
1 MR
R
drrr
0
2 2
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Ejemplo.-Calcular el momento de inercia de un rectángulo homogéneo cuyas dimensiones son ab, su densidad superficial es y su espesor despreciable, respecto a los ejes X, Y, Z indicados en la figura.
solución
X
Y
Z a
b
a
b
baM
La masa de la figura es su área por su densidad superficial
Momento de inercia respecto al eje X
Y
X
2/
2/
22
b
b
xx dmzyI
2/
2/
2
b
b
dmy
2/
2/
2
b
b
xx dyyaI 2/
2/3
3
1 b
bya
8-
8
3
1 33 bbaI xx 3
12
1ba 2
12
1bM
En función de la masa M
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Y
X
a
b
2/
2/
22
a
a
yy dmzxI
2/
2/
2
a
a
dmx
2/
2/
2
a
a
dxxb 2/
2/3
3
1 a
axb
8-
8
3
1 33 aab 3
12
1ab 2
12
1aM
Primero consideremos el momento de inercia respecto al centro O
dmzyxIO222 dmyx 22
figura plana
yyxx II
Ozzyyxx IIII 2
zzyyzzyyxx IIIII 2Por lo tanto, para una figura plana
yyxxzz III
Usando los resultados anteriores 22 12
1baMI zz
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5 5
4R
R
O drrrdmrI
0
222 4
R
drr
0
4 4 23
3
4
5
3RR
2
5
3RMIO
Ejemplo:-Calcular el momento de inercia de una esfera homogénea de radio R y densidad respecto a uno de sus diámetros. Y
O
Ya que todos los puntos materiales de cada una de esas capas está
situado a la misma distancia r del centro, el momento de inercia
respecto de O es:
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GRACIAS