No Boletín - Detección de identidad falsa (Ex.Jun/13)
De Laplace
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1 Enunciado
Sean tres sólidos rígidos ("0", "1" y "2") en movimiento relativo. ¿Cuál de las siguientes identidades es falsa?
1)
2)
3)
4)
2 Identidad 1: Correcta
La identidad 1 se obtiene de sustituir la ecuación del campo de velocidades del movimiento {01} (aplicada a los puntos y
):
![\vec{v}_{01}^{\, P}=\vec{v}_{01}^{\, Q}+\vec{\omega}_{01}\times\overrightarrow{QP}](/wiki/images/math/d/c/3/dc3f6f18da1665e0b98fe38b53058b6d.png)
en la ley de composición de velocidades (aplicada en el punto ):
![\vec{v}_{21}^{\, P}=\vec{v}_{20}^{\, P}+\vec{v}_{01}^{\, P}=\vec{v}_{20}^{\, P}+\vec{v}_{01}^{\, Q}+\vec{\omega}_{01}\times\overrightarrow{QP}](/wiki/images/math/b/a/1/ba19d139aa9a10d968c1513dd856b7e8.png)
Por tanto, la identidad 1 es correcta.
3 Identidad 2: Correcta
La identidad 2 se obtiene de sustituir las definiciones de y
:
![\vec{a}_{20}^{\, P}=\displaystyle\left.\frac{d\vec{v}_{20}^{\, P}}{dt}\right|_0\,\,;\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,
\vec{a}_{01}^{\, P}=\displaystyle\left.\frac{d\vec{v}_{01}^{\, P}}{dt}\right|_1](/wiki/images/math/1/5/3/15349e94da51fb988ba348c3eb134cda.png)
en la ley de composición de aceleraciones o teorema de Coriolis (aplicada en el punto ):
![\vec{a}_{21}^{\, P}=\vec{a}_{20}^{\, P}+\vec{a}_{01}^{\, P}+2\,\vec{\omega}_{01}\times\vec{v}_{20}^{\, P}=\displaystyle\left.\frac{d\vec{v}_{20}^{\, P}}{dt}\right|_0+\left.\frac{d\vec{v}_{01}^{\, P}}{dt}\right|_1+2\,\vec{\omega}_{01}\times\vec{v}_{20}^{\, P}](/wiki/images/math/2/0/9/209d009d99a63827ee1f5137dd093b9a.png)
Por tanto, la identidad 2 es correcta.
4 Identidad 3: Falsa
Si se sustituyen las definiciones de y
:
![\vec{\alpha}_{20}=\displaystyle\left.\frac{d\vec{\omega}_{20}}{dt}\right|_0\,\,;\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,
\vec{\alpha}_{01}=\displaystyle\left.\frac{d\vec{\omega}_{01}}{dt}\right|_1](/wiki/images/math/9/e/7/9e73800bdf0deabbc5ece78222e6ea96.png)
en la ley de composición de aceleraciones angulares:
![\vec{\alpha}_{21}=\vec{\alpha}_{20}+\vec{\alpha}_{01}+\vec{\omega}_{01}\times\vec{\omega}_{20}](/wiki/images/math/6/e/9/6e96e029abde01bdbabf682d8bee7a70.png)
se obtiene la identidad:
![\vec{\alpha}_{21}=\displaystyle\left.\frac{d\vec{\omega}_{20}}{dt}\right|_0+\left.\frac{d\vec{\omega}_{01}}{dt}\right|_1+
\vec{\omega}_{01}\times\vec{\omega}_{20}](/wiki/images/math/7/9/b/79b6a8faf258a6b59f8a74908f89d800.png)
Pero observamos que la identidad 3 difiere de ésta en el último sumando, cuyo producto vectorial aparece permutado (lo cual equivale a un cambio de signo).
Por tanto, la identidad 3 es la falsa.
5 Identidad 4: Correcta
La identidad 4 se obtiene realizando el producto escalar de la ley de composición de aceleraciones angulares por el vector , operación que provoca la desaparición del último término debido a la ortogonalidad entre los vectores
y
:
![\vec{\alpha}_{21}=\vec{\alpha}_{20}\,+\,\vec{\alpha}_{01}\,+\,\vec{\omega}_{01}\times\,\vec{\omega}_{20}\,\,\,\,\,\longrightarrow\,\,\,\,\,
\vec{\omega}_{01}\cdot\,\vec{\alpha}_{21}=\vec{\omega}_{01}\cdot\,(\vec{\alpha}_{20}\,+\,\vec{\alpha}_{01})\,+\,\vec{\omega}_{01}\cdot\,(\vec{\omega}_{01}\times\,\vec{\omega}_{20})=\vec{\omega}_{01}\cdot\,(\vec{\alpha}_{20}\,+\,\vec{\alpha}_{01})](/wiki/images/math/e/0/6/e060711b957bbb305b9cb89611956acf.png)
Por tanto, la identidad 4 es correcta.