Problemas de dinámica del sólido rígido (GIOI)

De Laplace

Revisión de 16:56 16 dic 2019

1 Momento de inercia de un sistema de partículas

Se tiene un sólido formado por ocho partículas de masa m situadas en los vértices de un cubo de arista b.

Halle el momento de inercia del cubo respecto a los siguientes ejes:

1. Uno perpendicular a una cara y que pase por el centro del cubo.
2. Uno que pase por dos vértices opuestos.
3. Uno que pase por los centros de dos aristas opuestas.
4. Uno que pase por una arista

Solución

2 Momento de inercia de sólidos esféricos

Calcule el momento de inercia de una esfera maciza, de masa M y radio R alrededor de de un eje que pasa por su centro.

A partir del resultado anterior, halle el momento de inercia de una esfera hueca, de masa M, radio interior R₁ y exterior R₂ respecto a un eje que pasa por su centro. ¿A qué se reduce el resultado cuando la corona se reduce a una superficie esférica de radio R?

Solución

3 Momento de inercia de sólidos cilíndricos

Halle los siguientes momentos de inercia de sólidos de densidad homogénea:

1. Una superficie cilíndrica hueca, de masa M, radio R y altura H.
2. Un cilindro macizo, de masa M, radio R y altura H.
3. Una corona cilíndrica de masa M, radio interior R₁ y exterior R₂, con altura H

En todos los casos, el momento de inercia debe hallarse respecto al eje del cilindro.

Solución

4 Barra sujeta por un cable

Una mesa plegable está articulada a la pared por un extremo, y cuelga de la pared por un cable tirante. En dos dimensiones esto se puede modelar como una barra de longitud b y masa m distribuida uniformemente. La barra está articulada por su extremo A y atada por su extremo B a una pared vertical, de forma que el cable forma un ángulo de 45° con la vertical.

Calcule la tensión del cable, así como la fuerza de reacción en el punto A.

Solución

5 Equilibrio de una tabla

Se tiene una plataforma de masa y longitud (estando la masa distribuida uniformemente) que se apoya horizontalmente sobre dos caballetes de forma que los puntos de apoyo A y B están a 60 cm y 20 cm del centro C de la tabla, respectivamente.

1. Calcule la fuerza que cada caballete ejerce sobre la tabla.
2. Halle el valor máximo de la masa que se puede apoyar en el borde izquierdo de la plataforma si no se quiere que esta vuelque.
3. Suponga que sobre el extremo derecho de la plataforma se apoya una masa de 2.2 kg. ¿Volcará la tabla? Si es así, determine la aceleración angular que adquiere la tabla el comenzar a girar en torno al punto de apoyo, así como la fuerza que ejerce ese caballete sobre la mesa en el instante en que empieza a volcar.

Tómese .

Dato: Momento de inercia de una barra de masa m y longitud b respecto a un eje perpendicular a ella y que pasa por su centro: I = mb²; / 12.

Solución

6 Barra apoyada en bloque

Una barra homogénea de 10 N de peso y 150 cm de longitud está articulada por uno de sus extremos, O. La barra está apoyada sin rozamiento sobre un bloque cuadrado homogéneo de h = 60cm de lado y 9.6 N de peso fijado al suelo, de manera que su borde está a de O. Sea A el punto del bloque donde se apoya la barra.

1. Determine la fuerza que se ejerce sobre la barra en O y en A.

Suponga ahora que el bloque no está soldado al suelo, sino solo apoyado en él, y es mantenido en su posición por la fuerza de rozamiento estático.

2. Calcule la resultante de las fuerzas de reacción que el suelo ejerce sobre el bloque.
3. Determine el valor mínimo del coeficiente de rozamiento μ para que el sistema se quede en equilibrio.
4. Halle el momento resultante de las fuerzas de reacción del suelo sobre el bloque respecto a la esquina B de éste.

Solución

7 Péndulo compuesto

Se tiene un péndulo compuesto consistente en una barra de longitud b y masa M suspendida por un punto situado a una distancia d del centro de la barra (d < b / 2). Suponiendo que la barra se desvía un ángulo pequeño θ₀ respecto de la vertical y a partir de ahí se suelta:

1. Determine el periodo de oscilación de la barra
2. Suponga ahora que la barra se sitúa horizontalmente y desde ahí se suelta. Para el instante en que pasa por la vertical, calcule:
   1. La velocidad angular de la barra y la velocidad lineal de los extremos de la barra.
   2. Calcule la fuerza ejercida sobre el punto de anclaje.
   3. Calcule la tensión en cada punto de la barra.

Solución