Física 2 - Conservación de la cantidad de movimiento angular PDF

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Resumen de clase de Física 2 sobre Conservación de la cantidad de movimiento angular...

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Física moderna – Resumen Conservación de la cantidad de movimiento angular Así como la cantidad de movimiento lineal de cualquier sistema se conserva si sobre el sistema no actúa ninguna fuerza neta, la cantidad de movimiento angular se conserva si no actúa un momento de torsión neto. La ley de conservación de la cantidad de movimiento angular afirma: Si sobre un sistema en rotación no actúa ningún momento de torsión externo neto, la cantidad de movimiento angular de dicho sistema permanece constante. Esto significa que, sin un momento de torsión externo, el producto de la inercia rotacional y la velocidad rotacional en un momento será el mismo que en cualquier otro momento. Un ejemplo interesante que ilustra la conservación de la cantidad de movimiento angular se muestra en la Figura 8.52. El hombre está de pie sobre una tornamesa de baja fricción con pesas extendidas. Su inercia rotacional, 𝐼, con la ayuda de las pesas extendidas, es relativamente grande en esta posición. A medida que gira lentamente, su cantidad de movimiento angular es el producto de su inercia rotacional y velocidad rotacional, . Cuando lleva las pesas hacia adentro, la inercia rotacional de su cuerpo y las pesas se reduce en forma considerable. ¿Cuál es el resultado? ¡Aumenta su rapidez rotacional! Este ejemplo lo aprecia mejor la persona que gira, quien siente cambios en la rapidez rotacional que parecen misteriosos. ¡Pero es física pura! Este procedimiento lo usa un patinador de figura que comienza a girar con los brazos y acaso una pierna extendidos y luego retrae los brazos y la pierna para obtener una mayor rapidez rotacional. Siempre que un cuerpo en rotación se contrae, su rapidez rotacional aumenta.

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Física moderna – Resumen

De igual modo, cuando un gimnasta gira libremente en ausencia de momentos de torsión desbalanceados sobre su cuerpo, la cantidad de movimiento angular no cambia. Sin embargo, la rapidez rotacional puede cambiar con sólo realizar variaciones en la inercia rotacional. Para hacer esto, se acerca o se aleja alguna parte del cuerpo del eje de rotación. Si un gato se mantiene boca arriba y se suelta a una corta distancia del suelo, es capaz de ejecutar un giro y aterrizar erguido, incluso si no tiene cantidad de movimiento angular inicial. Para realizar giros y vueltas con cantidad de movimiento angular cero se gira una parte del cuerpo contra la otra. Mientras cae, el gato dobla su columna vertebral y la balancea para girar en la dirección opuesta. Durante esta maniobra la cantidad de movimiento angular total permanece en cero (Figura 8.54). Cuando termina, el gato no

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Física moderna – Resumen está girando. Esta maniobra gira el cuerpo a través de un ángulo, pero no crea rotación continua. Hacerlo violaría la conservación de la cantidad de movimiento angular.

Los seres humanos pueden realizar giros similares sin dificultad, aunque no tan rápido como un gato. Los astronautas aprenden a realizar rotaciones con cantidad de movimiento angular cero conforme orientan sus cuerpos en las direcciones que prefieren cuando flotan libremente en el espacio. La ley de conservación de la cantidad de movimiento angular se observa en los movimientos de los planetas y las formas de las galaxias. Es fascinante observar que la conservación de la cantidad de movimiento angular indica que la Luna se aleja cada vez 3

Física moderna – Resumen más de la Tierra. Esto se debe a que la rotación diaria de la Tierra se reduce lentamente debido a la fricción de las aguas oceánicas sobre el fondo marino, tal como las ruedas de un automóvil frenan cuando se aplican los frenos. Esta disminución de la cantidad de movimiento angular de la Tierra se acompaña de un aumento igual de la cantidad de movimiento angular de la Luna en su movimiento orbital alrededor de la Tierra, lo que resulta en la distancia cada vez mayor de la Luna respecto de la Tierra y en rapidez decreciente. Este aumento de la distancia representa un cuarto de centímetro por rotación. ¿Haz notado que la Luna últimamente se aleja más de nosotros? Bueno, lo hace; cada vez que veas otra Luna llena, ¡estará un cuarto de centímetro más lejos! ¡Oh, sí! Antes de terminar este capítulo, se dará la respuesta a la pregunta 3 del Punto de control de la página 138. Las tapas de las alcantarillas son circulares porque una tapa circular es la única forma que no puede caer en el agujero. Una tapa cuadrada, por ejemplo, puede inclinarse verticalmente y girar de modo que puede caer diagonalmente en el agujero. Lo mismo ocurre con todas las demás formas. Si trabajas en una alcantarilla y algunos chicos traviesos tontean por ahí, ¡estarás agradecido de que la tapa sea redonda!

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