Momento cinético de una barra
De Laplace
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1 Enunciado
Una barra homogénea de masa m y longitud h gira en torno a un eje perpendicular a ella y que pasa
por su centro, con velocidad angular uniforme .
- Calcula el momento angular de la barra respecto a su punto central.
- Ahora el eje de giro pasa por uno de sus extremos. Calcula el momento angular de la barra en este caso, respecto a un punto del eje de giro.
- En la situación anterior, la longitud de la barra se multiplica por dos, mientras que su masa permanece constante. ¿Cómo cambia la velocidad angular? ¿Y si se divide por dos?
2 Rotación en torno al centro
Tomamos un sistema de ejes fijos en el cual el origen de coordenadas es el centro de la barra, el eje Z es el eje instantáneo de rotación (por lo que ) y X es el eje a lo largo de la barra.
El momento cinético respecto al centro de la barra (que es también su centro de masas) será, para una distribución continua
![\mathbf{L}_C=\int \mathrm{d}m\,\mathbf{r}\times\mathbf{v}](/wiki/images/math/8/4/a/84a99bf5cfdce18239f5edf3ae163559.png)
Para calcular esta integral identificamos los puntos de la barra por su coordenada x definida en el intervalo
![x\in\left(-\frac{h}{2},\frac{h}{2}\right)](/wiki/images/math/2/2/a/22ae6516b29c1602aa0378472ed377c2.png)
Dividimos entonces la barra en porciones de longitud diferencial dx siendo la masa, y posición de cada elemento
![\mathrm{d}m=\left(\frac{M}{L}\right)\mathrm{d}x](/wiki/images/math/d/f/2/df23de328625ee2c4732f0019e4bbfd5.png)
![\mathbf{r}=x\mathbf{i}](/wiki/images/math/e/0/9/e091ead933158027833da58df1d3ae40.png)
La velocidad de cada elemento la da el que la barra está sometida a una rotación pura
![\mathbf{v}^P_{21}=\vec{\omega}_{21}\times\mathbf{r}^P_{21}=(\omega\mathbf{k})\times(x\mathbf{i})=\omega x\mathbf{j}](/wiki/images/math/4/d/e/4decf4189c8e87e1aa156b354b388584.png)