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Momento angular, características y ejemplos, Monografías, Ensayos de Física

Momento angular, características y ejemplos

Tipo: Monografías, Ensayos

2018/2019

Subido el 21/09/2021

juan-angel-hernandez-antonio
juan-angel-hernandez-antonio 🇲🇽

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bg1
Javier Junquera
Momento angular
In Chapter 9, we began by developing the mathematical form of linear momentum
and then proceeded to show how this new quantity was valuable in problem-solving.
We will follow a similar procedure for angular momentum.
Consider a particle of mass mlocated at the vector position rand moving with linear
momentum pas in Figure 11.4. In describing linear motion, we found that the net force
on the particle equals the time rate of change of its linear momentum, F!dp/dt
(see Eq. 9.3). Let us take the cross product of each side of Equation 9.3 with r, which
gives us the net torque on the particle on the left side of the equation:
Now let us add to the right-hand side the term , which is zero because dr/dt !
vand vand pare parallel. Thus,
We recognize the right-hand side of this equation as the derivative of r!p(see Equa-
tion 11.6). Therefore,
(11.9)
This looks very similar in form to Equation 9.3, F!dp/dt. This suggests that the
combination r!pshould play the same role in rotational motion that pplays in trans-
lational motion. We call this combination the angular momentum of the particle:
!
!
"
! d(r!p)
dt
!
"
! r!dp
dt "dr
dt
!p
d r
dt
!p
r!
!
F !
!
"
! r!dp
dt
!
340 CHAPTER 11 • Angular Momentum
This allows us to write Equation 11.9 as
(11.11)
which is the rotational analog of Newtons second law, F!dp/dt. Note that torque
causes the angular momentum Lto change just as force causes linear momentum pto
change. Equation 11.11 states that the torque acting on a particle is equal to the
time rate of change of the particles angular momentum.
Note that Equation 11.11 is valid only if
"
and Lare measured about the same ori-
gin. (Of course, the same origin must be used in calculating all of the torques.) Fur-
thermore, the expression is valid for any origin fixed in an inertial frame.
The SI unit of angular momentum is kg ·m2/s. Note also that both the magnitude
and the direction of Ldepend on the choice of origin. Following the right-hand rule,
we see that the direction of Lis perpendicular to the plane formed by rand p. In
Figure 11.4, rand pare in the xy plane, and so Lpoints in the zdirection. Because
p!mv, the magnitude of Lis
L!mvr sin
#
(11.12)
where
#
is the angle between rand p. It follows that Lis zero when ris parallel to
p(
#
!0 or 180°). In other words, when the linear velocity of the particle is along a
line that passes through the origin, the particle has zero angular momentum with
respect to the origin. On the other hand, if ris perpendicular to p(
#
!90°), then
L!mvr.At that instant, the particle moves exactly as if it were on the rim of a wheel
rotating about the origin in a plane defined by rand p.
!
!
!
"
! dL
dt
The instantaneous angular momentum Lof a particle relative to the origin Ois
defined by the cross product of the particles instantaneous position vector rand its
instantaneous linear momentum p:
L"r!p(11.10)
Active Figure 11.3 As the skater
passes the pole, she grabs hold of
it. This causes her to swing around
the pole rapidly in a circular path.
Active Figure 11.4 The angular
momentum Lof a particle of mass
mand linear momentum plocated
at the vector position ris a vector
given by L!r!p. The value of L
depends on the origin about which
it is measured and is a vector per-
pendicular to both rand p.
At the Active Figures link
at http://www.pse6.com, you
can change the speed of the
skater and her distance to the
pole and watch her spin when
she grabs the pole.
At the Active Figures link
at http://www.pse6.com, you
can change the position vector
r and the momentum vector p
to see the effect on the angular
momentum vector.
O
z
L = r × p
rmp
φ
y
x
Angular momentum of a particle
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd
pfe
pff
pf12
pf13
pf14
pf15
pf16
pf17
pf18
pf19
pf1a
pf1b
pf1c
pf1d
pf1e
pf1f
pf20
pf21
pf22
pf23
pf24

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¡Descarga Momento angular, características y ejemplos y más Monografías, Ensayos en PDF de Física solo en Docsity!

Javier Junquera

Momento angular

This allows us to write Equation 11. which is the rotational analog of Newt causes the angular momentum L to ch change. Equation 11.11 states that the time rate of change of the particle’s Note that Equation 11.11 is valid on gin. (Of course, the same origin must thermore, the expression is valid for The SI unit of angular momentum and the direction of L depend on the we see that the direction of L is perp Figure 11.4, r and p are in the xy pla p! m v, the magnitude of L is L

where # is the angle between r and p

p ( #! 0 or 180 °). In other words, wh

line that passes through the origin, t respect to the origin. On the other h

The instantaneous angular momen defined by the cross product of the p instantaneous linear momentum p: L Active Figure 11.4 The angular momentum L of a particle of mass m and linear momentum p located at the vector position r is a vector given by L! r! p. The value of L depends on the origin about which it is measured and is a vector per- pendicular to both r and p. At the Active Figures link at http://www.pse6.com, you can change the position vector r and the momentum vector p O z L = r × p r m^ p φ y x Angular momentum of a particle

ibliografía FUENTE PRINCIPAL Física, Volumen 1, 3° edición Raymod A. Serway y John W. Jewett, Jr. Ed. Thomson ISBN: 84-9732-168- Capítulo 10 Física para Ciencias e Ingeniería, Volumen 1, 7° edición Raymod A. Serway y John W. Jewett, Jr. Cengage Learning ISBN 978-970-686-822- Capítulo 11 Tips on Physics R. P. Feynman, R. B. Leighton, y M. Sands Ed. Pearson Addison Wesley ISBN: 0-8053-9063- Capítulo 3-3 y siguientes

efinición de momento angular o cinético Consideremos una partícula de masa m , con un vector de posición y que se mueve con una cantidad de movimiento Unidades SI: kg • m 2 /s Dirección: perpendicular al plano formado por y Sentido: regla de la mano derecha Módulo: This allows us to write Equation 11. which is the rotational analog of Newt causes the angular momentum L to ch change. Equation 11.11 states that the time rate of change of the particle’s Note that Equation 11.11 is valid on gin. (Of course, the same origin must thermore, the expression is valid for The SI unit of angular momentum and the direction of L depend on the we see that the direction of L is perp Figure 11.4, r and p are in the xy pla p! m v, the magnitude of L is L

where # is the angle between r and p

p ( #! 0 or 180 °). In other words, wh

line that passes through the origin, t respect to the origin. On the other h ! The instantaneous angular momen defined by the cross product of the p instantaneous linear momentum p: L Active Figure 11.4 The angular momentum L of a particle of mass m and linear momentum p located at the vector position r is a vector given by L! r! p. The value of L depends on the origin about which it is measured and is a vector per- pendicular to both r and p. At the Active Figures link at http://www.pse6.com, you can change the position vector r and the momentum vector p O z L = r × p r m^ p φ y x Angular momentum of a particle anto el módulo, la dirección como el sentido del momento angular dependen del origen que se elija

omento angular o cinético: asos particulares cuando es paralelo a. Es decir, cuando la partícula se mueve a lo largo de una línea recta que pasa por el origen tiene un momento angular nulo con respecto a ese origen máxima cuando es perpendicular a. En ese momento la partícula se mueve exactamente igual que si estuviera en el borde de una rueda que gira alrededor del origen en el plano definido por y (movimiento circular). Módulo Dirección y sentido

onservación del momento angular Si sto se verifica si: La fuerza se anula (caso, por ejemplo, de la partícula libre) La fuerza es paralela a la posición (fuerzas centrales) (ley de Gravitación Universal)

nalogías entre rotaciones y traslaciones Una fuerza neta sobre una partícula produce un cambio en el momento lineal de la misma Traslaciones Rotaciones Un torque neto sobre una partícula produce un cambio en el momento angular de la misma Una fuerza neta actuando sobre una partícula es igual a la razón de cambio temporal del momento lineal de la partícula Una torque neto actuando sobre una partícula es igual a la razón de cambio temporal del momento angular de la partícula

omento angular total de un sistema de partículas El momento angular total de un sistema de partículas con respecto a un determinado punto se define como la suma vectorial de los momento angulares de las partículas individuales con respecto a ese punto. En un sistema continuo habría que reemplazar la suma por una integral

omento angular total de un sistema de partículas A priori, para cada partícula i tendríamos que calcular el torque asociado con:

**- fuerzas internas entre las partículas que componen el sistema

  • fuerzas externas Sin embargo, debido al principio de acción y reacción, el torque neto debido a las fuerzas internas se anula. Se puede concluir que el momento angular total de un sistema de partículas puede variar con el tiempo si y sólo si existe un torque neto debido a las fuerzas externas que actúan sobre el sistema**

Consideremos una placa que rota alrededor de un eje perpendicular y que coincide con el eje z de un sistema de coordenadas Cada partícula del objeto rota en el plano xy alrededor del eje z con una celeridad angular El momento angular de una partícula de masa que rota en torno al eje z es Y el momento angular del sistema angular (que en este caso particular sólo tiene componente a lo largo de z ) omento angular de un sólido rígido en rotación

Y el momento angular del sistema angular (que en este caso particular sólo tiene componente a lo largo de z ) Donde se ha definido el momento de inercia del objeto con respecto al eje z como En este caso particular, el momento angular tiene la misma dirección que la velocidad angular omento angular de un sólido rígido en rotación

cuación del movimiento para la rotación e un sólido rígido Supongamos que el eje de rotación del sólido coincide con uno de sus ejes principales, de modo que el momento angular tiene la misma dirección que la velocidad angular Derivando esta expresión con respecto al tiempo Si asumimos que el momento de inercia no cambia con el tiempo (esto ocurre para un cuerpo rígido) El torque externo neto que actúa sobre un sólido rígido que rota alrededor de un eje fijo es igual al momento de inercia con respecto al eje de rotación multiplicado por la aceleración angular del objeto con respecto a ese eje

cuación del movimiento para la rotación e un sólido rígido Supongamos que el eje de rotación del sólido no coincide con uno de sus ejes principales, de modo que el momento angular tiene la misma dirección que la velocidad angular Pero como el momento angular ya no es paralelo a la velocidad angular, ésta no tiene por qué ser constante

onservación del momento angular El momento angular total de un sistema es contante, tanto en dirección como en módulo si el torque resultante debido a las fuerzas externas se anula Para un sistema aislado consistente en un conjunto de partículas, la ley de conservación se escribe como

onservación del momento angular Si la masa de un sistema aislado que rota sufre un redistribución, el momento de inercia cambia Como la magnitud del momento angular del sistema es La ley de conservación del momento angular requiere que el producto de I por ω permanezca constante Es decir, para un sistema aislado, un cambio en I requiere un cambio en ω Esta expresión es válida para:

**- una rotación en torno a un eje fijo.

  • una rotación alrededor de un eje que pase por el centro de masas de un sistema que rota. Lo único que se requiere es que el torque neto de la fuerza externa se anule**