Física · Glosario

¿Qué es Pivote perfecto?

Definición 1.11 Física universitaria — segundo año · Capítulo 1 — Mecánica del sólido rígido

Un sólido gira en torno a un eje fijo Δ\Delta mediante un pivote perfecto (un cojinete ideal) cuando las fuerzas de contacto del cojinete tienen momento nulo respecto de Δ\Delta; entonces no desarrollan potencia alguna (vA=0\vect v_A = \vect 0 sobre el eje, MΔ=0\mathcal M_\Delta = 0). Un cojinete real añade un par de rozamiento Γfsgnω-\Gamma_f\operatorname{sgn}\omega, o uno viscoso hω-h\omega.

A la izquierda, el péndulo físico: el momento del peso respecto del pivote impulsa la rotación y la fuerza del pivote no tiene momento. A la derecha, las fuerzas sobre una rueda que rueda por un suelo horizontal: peso, reacción normal N y rozamiento tangencial T en el punto de contacto, cuyo módulo acota la ley de Coulomb.
A la izquierda, el péndulo físico: el momento del peso respecto del pivote impulsa la rotación y la fuerza del pivote no tiene momento. A la derecha, las fuerzas sobre una rueda que rueda por un suelo horizontal: peso, reacción normal N\vect N y rozamiento tangencial T\vect T en el punto de contacto, cuyo módulo acota la ley de Coulomb.

Ejemplos

Ejemplo 1.13 (La regla de un metro)

Una regla de un metro con pivote en un extremo: J=13M2J = \tfrac13M\ell^2 (Huygens a partir de 112M2\tfrac1{12}M\ell^2), d=/2d = \ell/2, eq=23=0.667m\ell_{\text{eq}} = \tfrac23\ell = 0.667\,\mathrm{m} y T=1.64sT = 1.64\,\mathrm{s} — el péndulo formado por la regla entera bate más despacio que una masa puntual colgada de su centro (1.42s1.42\,\mathrm{s}) y más deprisa que una colgada de su extremo (2.0s2.0\,\mathrm{s}).

Ejemplo 1.9 (Un volante de inercia)

Un disco de acero de 50kg50\,\mathrm{kg} y radio 30cm30\,\mathrm{cm}: J=12×50×0.09=2.25kgm2J = \tfrac12 \times 50 \times 0.09 = 2.25\,\mathrm{kg}\,\mathrm{m}^{2}; a 3000rpm3000\,\mathrm{rpm} (ω=314rad/s\omega = 314\,\mathrm{rad}/\mathrm{s}) almacena 12Jω2=111kJ\tfrac12J\omega^2 = 111\,\mathrm{kJ}, la energía cinética de un coche pequeño a 50km/h50\,\mathrm{km}/\mathrm{h}. Los volantes de almacenamiento hacen girar rotores de fibra de carbono a 50000rpm50\,000\,\mathrm{rpm}, en vacío y sobre cojinetes magnéticos: la energía crece como ω2\omega^2 y el límite lo pone la resistencia a la tracción de la llanta.

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