Rotación alrededor de un eje fijo
La rotación alrededor de un eje fijo es un caso especial de movimiento de rotación . La hipótesis del eje fijo excluye la posibilidad de que un eje cambie su orientación y no puede describir fenómenos como el bamboleo o la precesión . De acuerdo con el teorema de rotación de Euler, la rotación simultánea a lo largo de varios ejes estacionarios al mismo tiempo es imposible; si se fuerzan dos rotaciones al mismo tiempo, aparecerá un nuevo eje de rotación.
Este artículo asume que la rotación también es estable, por lo que no se requiere torsión para mantenerla en marcha. La cinemática y la dinámica de rotación alrededor de un eje fijo de un cuerpo rígido son matemáticamente mucho más simples que las de la rotación libre de un cuerpo rígido ; son completamente análogas a las del movimiento lineal a lo largo de una sola dirección fija, lo que no es cierto para la rotación libre de un cuerpo rígido . Las expresiones de la energía cinéticadel objeto, y para las fuerzas en las partes del objeto, también son más simples para la rotación alrededor de un eje fijo, que para el movimiento de rotación general. Por estas razones, la rotación alrededor de un eje fijo generalmente se enseña en los cursos de introducción a la física después de que los estudiantes hayan dominado el movimiento lineal ; la generalidad completa del movimiento de rotación no suele enseñarse en las clases de física introductoria.
Un cuerpo rígido es un objeto de extensión finita en el que todas las distancias entre las partículas componentes son constantes. No existe un cuerpo verdaderamente rígido; Las fuerzas externas pueden deformar cualquier sólido. Entonces, para nuestros propósitos, un cuerpo rígido es un sólido que requiere grandes fuerzas para deformarlo apreciablemente.
Un cambio en la posición de una partícula en el espacio tridimensional puede especificarse completamente mediante tres coordenadas. Un cambio en la posición de un cuerpo rígido es más complicado de describir. Puede considerarse como una combinación de dos tipos distintos de movimiento: movimiento de traslación y movimiento circular.
El movimiento de traslación pura ocurre cuando cada partícula del cuerpo tiene la misma velocidad instantánea que cualquier otra partícula; entonces el camino trazado por cualquier partícula es exactamente paralelo al camino trazado por cualquier otra partícula en el cuerpo. Bajo el movimiento de traslación, el cambio en la posición de un cuerpo rígido se especifica completamente mediante tres coordenadas como x , y y z que dan el desplazamiento de cualquier punto, como el centro de masa, fijo al cuerpo rígido.
El movimiento puramente rotacional ocurre si cada partícula en el cuerpo se mueve en un círculo alrededor de una sola línea. Esta línea se llama eje de rotación. Entonces los radios vectores desde el eje hasta todas las partículas experimentan el mismo desplazamiento angular al mismo tiempo. No es necesario que el eje de rotación atraviese el cuerpo. En general, cualquier rotación se puede especificar completamente mediante los tres desplazamientos angulares con respecto a los ejes de coordenadas rectangulares x , y y z . Cualquier cambio en la posición del cuerpo rígido está completamente descrito por tres coordenadas de traslación y tres de rotación.
