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Ejemplo paramétrico de movimiento plano

De Laplace

Contenido

1 Enunciado

La escuadra O2X2Y2 (sólido “2”) se mueve respecto a la escuadra O1X1Y1 (sólido “1”) de forma que su origen de coordenadas, O2, verifica la ecuación paramétrica

\overrightarrow{O_1O_2} =A(\cos(\theta)+\theta \,\mathrm{sen}(\theta))\vec{\imath}_1 + A(\mathrm{sen}(\theta)-\theta \cos(\theta))\vec{\jmath}_1

siendo θ = θ(t) el ángulo que el eje O2X2 forma con el O1X1.

  1. Calcule la velocidad y la aceleración instantáneas del punto O1 en el movimiento {21}: \vec{v}^{O_1}_{21} y \vec{a}^{O_1}_{21}.
  2. Determine la posición del CIR I21 y exprésela empleando el sistema de referencia ligado al sólido “1”.
  3. Exprese la posición del mismo punto I21 en el sistema de referencia ligado al sólido “2”.

2 Velocidad y aceleración

2.1 Velocidad

La velocidad del punto O1, como parte del sólido “2” respecto al “1”,
\vec{v}^{O_1}_{21}
puede calcularse de diferentes formas.

2.1.1 Empleando el sistema de referencia “1”

Debemos hallar la velocidad cuya posición no conocemos en todo instante. El punto cuya posición sí conocemos y podemos derivar es O2. Por ello, debemos usar la expresión del campo de velocidades

\vec{v}^{O_1}_{21}=\vec{v}^{O_2}_{21} + \omega_{21}\vec{k}\times\overrightarrow{O_2O_1}

Veamos cada término por separado.

La velocidad de
O2
en el movimiento {21} sí puede hallarse derivando respecto al tiempo, por aplicación de la regla de la cadena.
\vec{v}^{O_2}_{21}=\left.\frac{\mathrm{d}\ }{\mathrm{d}t}\overrightarrow{O_1O_2}\right|_1=A\dot{\theta}\theta\left(\cos(\theta)ºvec{\imath}_1+\mathrm{sen}(\theta)\vec{\jmath}_1\right)

La velocidad angular es inmediata, puesto que conocemos el ángulo que forman los ejes OX1 y OX2

\vec{\omega}_{21}=\dot{\theta}\vec{k}

El vector de posición relativo es el opuesto al que aparece en el enunciado

3 CIR en el sistema “1”

4 CIR en el sistema “2”

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