Corresponde a la resistencia de un objeto a los cambios en su movimiento de rotación, es decir, los objetos en rotación tienden a permanecer en este estado, mientras que los objetos que no giran tienden a permanecer sin girar.
Analicemos el enunciado anterior con un ejemplo. La figura muestra una rueda que gira debido a la energía que le proporciona el peso del agua que está en los recipientes unidos al borde. A esta rueda se la conoce con el nombre de rueda hidráulica. Antes de comenzar el movimiento, la rueda hidráulica está en reposo y al “agua” le cuesta lograr que comience a girar, es decir, la rueda quiere seguir en reposo. Una vez que la rueda está girando y queremos detener su movimiento, nos resulta difícil, puesto que la rueda quiere seguir girando.
Inercia de rotación
La inercia de rotación, cuya dificultad es la que presenta el cuerpo a que le modifiquen su estado de movimiento, se ve afectada directamente por la forma en que se distribuye la masa en torno al eje de giro.
Si la mayoría de la masa está ubicada muy lejos del centro de rotación, la inercia de rotación será muy alta y costará hacerlo girar o detener su rotación.
Si la masa está cerca del centro de rotación de un determinado objeto, la inercia será menor y será más fácil hacerlo girar.
Hemos señalado que los cuerpos siempre se oponen a cambiar su estado de movimiento y que esto depende directamente de la distribución de la masa en torno al eje de giro. La forma en que se distribuye la masa en torno al eje de giro se llama momento de inercia. Por ejemplo, para una misma varilla que gira en torno a dos ejes distintos, los momentos de inercia también son distintos. Se puede apreciar en las fórmulas que la varilla que gira en torno a su extremo presenta una mayor inercia de rotación, esto implica que le será más difícil cambiar su estado de movimiento.
Momento de Inercia de algunos objetos de masa m que giran en torno a los ejes indicados
Como puedes observar, para distintos cuerpos y dependiendo de la ubicación del eje de giro, todos ellos presentan distintos momentos de inercia, es decir, como cambia la distribución de la masa en torno al eje de giro, cambia el momento de inercia.
Momento de Inercia
Al observar el comportamiento que tienen los cilindros huecos y sólidos al dejarlos simultáneamente rodar por un plano inclinado, se obtiene que:
Cualquier cilindro sólido rueda por una pendiente inclinada con más aceleración que cualquier otro cilindro hueco, sin importar su masa o su radio. Un cilindro hueco tiene más resistencia al giro por unidad de masa que un cilindro sólido.
Los objetos que tienen la misma forma, pero distinto tamaño, ruedan con la misma aceleración por un plano inclinado. En efecto, si se tienen dos cilindros huecos, por ejemplo, el cilindro pequeño gira más veces que el cilindro más grande, pero ambos llegan simultáneamente al pie del plano. Esto se debe a que los cuerpos con la misma forma tienen la misma relación de “inercia por unidad de masa”.
El momento angular se refiere a la cantidad de movimiento que tiene un cuerpo que está girando el momento angular o cantidad de movimiento angular es una magnitud que resulta del producto entre el momento de inercia (I) y la velocidad angular (w) de un cuerpo en rotación. Es un vector que se determina con la regla de la mano derecha. Por ejemplo, para la esfera de la figura, si gira en sentido contrario a las manecillas del reloj, el vector momento angular es hacia arriba; si gira a favor de las manecillas del reloj, el vector momento angular es hacia abajo.
Su Módulo es L=I · ?
Donde I = momento de inercia. ?= Velocidad Angular. Sus Unidades * Sistema Internacional: Kg·m2/s * CGS: g·cm2/s
Momento Angular (L)
Se relaciona con el hecho de que un objeto en rotación persiste en este tipo de movimiento. El momento angular produce una cierta estabilidad de giroen el eje de rotación.
Por eso es fácil mantener el equilibrio en una bicicleta en movimiento, ya que al girar las ruedas se produce este fenómeno, es decir, si la rueda esta girando verticalmente tiende a seguir girando en esa misma posición.
Por otro lado, si hiciéramos girar la rueda de bicicleta en forma vertical, ésta trataría de seguir girando en esa posición.
A mayor velocidad angular, mayor es el momento angular y con ello aumenta también la estabilidad.
Torque (t)
Es la acción rotatoria que resulta de la aplicación de una fuerza perpendicular a cierta distancia del eje de rotación de un cuerpo. La distancia que va desde el punto de giro hasta el punto de aplicación de la fuerza se llama brazo.
El torque se puede calcular con la siguiente fórmula:
t = F·d
Donde F = fuerza perpendicular al brazo d = brazo
Unidades para torque S.I.: (N · m) C.G.S.: (dina · cm)
El torque sirve para que un cuerpo inicie o modifique su rotación, es decir, si un cuerpo está rotando con velocidad constante y sobre él se aplica una fuerza perpendicular al radio de giro (un torque), se obtiene lo siguiente:
Si se aplica el torque a favor del movimiento, el cuerpo que está rotando aumenta su velocidad angular.
Si se aplica el torque en contra del movimiento, el cuerpo que está rotando disminuye su velocidad angular, incluso puede llegar a detenerse.
Conservación del momento angular.
Cuando un cuerpo se encuentra girando, su momento angular permanece constante, a no ser que sobre él actúe un torque externo que lo haga modificar su estado de rotación. Por lo tanto, si el torque externo es cero, el momento angular final (Lf) es igual al momento angular inicial (Li).
|inicial· ?inicial = |final· ?final
Es decir, al no existir un torque externo sobre un cuerpo que está girando, y se hace variar ya sea la velocidad angular o el momento de inercia, el producto de la velocidad angular y el momento de inercia se mantiene constante, es decir, el momento angular permanece constante. Esto se debe a que son directamente proporcionales, pues cuando aumenta la velocidad angular disminuye el momento de inercia y viceversa.
Ahora trabaja con el ejemplo interactivo y fíjate como cambia el sentido del vector momento angular. Además fíjate como cambia en la fórmula el momento de inercia y la velocidad angular.
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