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Rotación tridimensional de una partícula

De Laplace

(Diferencias entre revisiones)
(→Aceleración tangencial)
(→Componentes intrínsecas de la aceleración)
Línea 71: Línea 71:
<center><math>a_t=\frac{\vec{a}_t\cdot\vec{v}}{|\vec{v}|}=-0.125\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}</math></center>
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Esta aceleración tangencial también puede calcularse observando que:
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* Es tangente a la velocidad, es decir, es paralela a
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<center><math>\vec{T}=\frac{\vec{v}}{|\vec{v}|}=-\frac{3.75\vec{\imath}+5\vec{k}}{6.25}=</math></center>
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===Aceleración normal===
==Vectores tangente y normal==
==Vectores tangente y normal==
==Radio y centro de curvatura==
==Radio y centro de curvatura==
[[Categoría:Problemas de cinemática tridimensional de la partícula (GIE)]]
[[Categoría:Problemas de cinemática tridimensional de la partícula (GIE)]]

Revisión de 10:21 13 ene 2014

Contenido

1 Enunciado

Una partícula describe un movimiento circular alrededor del origen de forma que en un cierto instante su posición la da el vector

\vec{r}=(16\vec{\imath}+15\vec{\jmath} -12\vec{k})\,\mathrm{cm}

La velocidad angular de la partícula en el mismo instante es

\vec{\omega}=(-12\vec{\imath}+20\vec{\jmath}+9\vec{k})\frac{\mathrm{rad}}{\mathrm{s}}

En el mismo instante la aceleración angular tiene sentido opuesto a la velocidad angular y módulo 0.50 rad/s². Para este instante, calcule:

  1. La velocidad lineal y la rapidez de la partícula.
  2. La aceleración tangencial y la aceleración normal, tanto escalares como vectores.
  3. Los vectores tangente y normal.
  4. El radio de curvatura y el centro de curvatura.

2 Velocidad y rapidez

En lo que sigue, en todos los cálculos se usará el SI, por lo que escribiremos la posición como

\vec{r}=(0.16\vec{\imath}+0.15\vec{\jmath} -0.12\vec{k})\,\mathrm{m}

2.1 Velocidad lineal

Para una partícula que describe un movimiento de rotación alrededor del origen, su velocidad instantánea la da

\vec{v}=\vec{\omega}\times\vec{r}=\left|\begin{matrix} \vec{\imath} & \vec{\jmath} & \vec{k} \\ -12 & 20 & 9 \\ 0.16 & 0.15 & -0.12\end{matrix}\right|=(-3.75\vec{\imath}+5.00\vec{k})\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}

2.2 Rapidez

La rapidez o celeridad es igual al módulo de la velocidad

\left|\vec{v}\right| = \sqrt{3.75^2+5.00^2}=6.25\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}

Esta rapidez es igual a

\left|\vec{v}\right| = \left|\vec{\omega}\right|\left|\vec{r}\right|

donde

\left|\vec{\omega}\right|=\sqrt{12^2+20^2+9^2}=25\,\frac{\mathrm{rad}}{\mathrm{s}}

y

\left|\vec{r}\right|=\sqrt{0.16^2+0.15^2+0.12^2}=0.25\mathrm{m}

3 Componentes intrínsecas de la aceleración

La aceleración de una partícula en un movimiento circular alrededor del origen lo da la expresión vectorial

\vec{a}=\vec{\alpha}\times\vec{r}+\vec{\omega}\times\vec{v}

donde el primer término es la aceleración tangencial

\vec{a}_t=\vec{\alpha}\times\vec{r}

y el segundo la normal

\vec{a}_n=\vec{\omega}\times\vec{v}

3.1 Aceleración tangencial

Para calcular la aceleración tangencial necesitamos antes la aceleración angular. Por tratarse de un movimiento circular, la aceleración angular es paralela a la velocidad angular

\vec{\alpha}=\alpha\,\vec{u}_\omega = \alpha\frac{\vec{\omega}}{|\vec{\omega}|}

Puesto que se nos dice que su módulo es 0.50rad/s² y su sentido opuesto al de la velocidad angular, el vector aceleración angular vale

\vec{\alpha}=-0.50\frac{-12\vec{\imath}+20\vec{\jmath}+9\vec{k}}{25}=\left(0.24\vec{\imath}-0.40\vec{\jmath}-0.18\vec{k}\right)\frac{\mathrm{rad}}{\mathrm{s}^2}

Esto nos da la aceleración angular

\vec{a}_t=\vec{\alpha}\times\vec{r}=0.075\vec{\imath}+0.10\vec{k}

En forma escalar, proyectamos sobre la velocidad

a_t=\frac{\vec{a}_t\cdot\vec{v}}{|\vec{v}|}=-0.125\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}

Esta aceleración tangencial también puede calcularse observando que:

  • Es tangente a la velocidad, es decir, es paralela a
\vec{T}=\frac{\vec{v}}{|\vec{v}|}=-\frac{3.75\vec{\imath}+5\vec{k}}{6.25}=

3.2 Aceleración normal

4 Vectores tangente y normal

5 Radio y centro de curvatura

Obtenido de "http://tesla.us.es/wiki/index.php/Rotaci%C3%B3n_tridimensional_de_una_part%C3%ADcula"

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