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No Boletín - Cuestión sobre velocidad y aceleración en el triedro de Frenet (Ex.Oct/13)

De Laplace

1 Enunciado

Para un instante dado, se representan la velocidad \vec{v}\, y la aceleración \vec{a}\, de una partícula en sus orientaciones relativas a algún plano del triedro de Frenet \{\vec{T},\vec{N},\vec{B}\}\,. (Nota: se utiliza \odot\, para vectores perpendiculares al plano del papel y de sentido saliente, y \otimes\, para vectores perpendiculares al plano del papel y de sentido entrante).

¿Cuál es el diagrama correcto si se sabe que el movimiento es uniforme no rectilíneo?

Archivo:frenet-sol.png

2 Solución

El diagrama (2) se descarta de inmediato porque sabemos que el vector aceleración de una partícula puede tener componente tangencial y/o componente normal, pero jamás tiene componente binormal (en dicho diagrama observamos un vector aceleración \vec{a}\, no ortogonal al vector binormal \vec{B}\,).

El diagrama (4) también es manifiestamente erróneo porque sabemos que la componente normal de la aceleración jamás puede ser negativa (en dicho diagrama observamos un vector aceleración \vec{a}\, formando un ángulo obtuso con el vector normal principal \vec{N}\,).

El diagrama (1) se descarta cuando leemos en el enunciado que el movimiento de la partícula es uniforme, lo cual significa que su celeridad es constante en el tiempo y por tanto su aceleración tangencial ha de ser nula (en dicho diagrama observamos un vector aceleración \vec{a}\, no ortogonal al vector tangente unitario \vec{T}\,).

Así que el diagrama (3) es el correcto. En él se observa un vector velocidad colineal con el vector tangente unitario \vec{T}\, (el vector velocidad siempre es tangente a la trayectoria), y un vector aceleración \vec{a}\, dirigido en la misma dirección y en el mismo sentido que el vector normal principal \vec{N}\,, lo cual es compatible con que el movimiento de la partícula sea uniforme (aceleración tangencial nula) y no rectilíneo (si fuese rectilíneo además de uniforme, el vector aceleración tendría que ser nulo).

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