Física Comprimida

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Contribución al movimiento de campos de fuerzas

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Un campo de fuerzas puede contribuir al movimiento a través de su capacidad de trasladar cuerpos entre puntos privilegiados (divergencia) o cambiar la orientación de cuerpos alrededor de direcciones axiales privilegiadas (rotacional) [1]. La primera forma de contribuir es a través del desplazamiento (cambios en energía cinética) mientras que la segunda a través del estado de movimiento (cambios en momento angular). La fuerza electrostática (con un punto privilegiado -carga fuente- pero una dirección privilegiada) contribuye al movimiento de cargas eléctricas por desplazamiento, cambiando su energía cinética sin cambios en su momento angular. La fuerza magnética de Lorentz (sin puntos privilegiados en el espacio pero una dirección privilegiada) contribuye al movimiento de cargas eléctricas por cambios en su momento angular, no en su energía cinética.

Las fuerzas irrotacionales, que derivan de un potencial escalar, sólo contribuyen al movimiento por cambios en la energía cinética, es decir, a través de cambios en el trabajo mecánico (Teorema de las Fuerzas Vivas). Estas fuerzas dependen de la posición y, si acaso, del tiempo. Las fuerzas solenoidales, que derivan de un potencial vector, sólo contribuyen al movimiento por cambios en el momento angular. Estas fuerzas dependen de la velocidad, en segundo lugar de la posición y, si acaso, del tiempo.

Puntos materiales de un sólido rígido

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¿El centro de un anillo es un punto geométrico o material? Está contenido en el anillo aunque no tiene ninguna masa asociada. Un punto geométrico se considera interno al sólido rígido si por él pasa un segmento imaginario trazado entre dos puntos materiales del sólido. Todos los puntos internos de un sólido rígido pertenecen al mismo y podemos considerarlos cinemáticamente como materiales [1]. En el caso de que el sólido rígido tenga huecos, siempre es posible imaginar los puntos geométricos del hueco solidarios al movimiento del sólido rígido.

Peso aparente en la Tierra

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El peso (pesadumbre) es la respuesta de una balanza al colocar un objeto sobre ella. Una balanza es, de manera simplista, una bandeja suspendida por cuatro muelles verticales. Por ello, si el objeto a pesar no está centrado o se moviera sobre la balanza, la lectura de la balanza no es correcta.

Sobre la Tierra, cualquier objeto estático sobre una balanza sufre un efecto centrífugo en una dirección combinada con la vertical local y la paralela a la balanza. Esto afecta la lectura de la balanza en comparación con una pesada donde sólo actúan fuerzas mutuas perpendiculares a la balanza (la gravitatoria del objeto y la respuesta normal de la balanza). Esta lectura es el peso aparente de objetos estáticos y coincide con el vector-fuerza aparente gravitatoria de la plomada sobre la Tierra. En general, el vector-fuerza aparente gravitatoria, además de tener una componente vertical local menor que el producto mg, tendrá una componente extra tangente al meridiano correspondiente, dirección Sur (en el hemisferio Norte) o dirección Norte (en el hemisferio Sur).

Sobre la Tierra, objetos móviles (y en especial con altas velocidades relativas) sobre un plano horizontal local sufren un efecto inercial de Coriolis que afecta a la fuerza de reacción al apoyo (vertical local) y con ello a su peso aparente (módulo). El resultado es un peso distinto al producto mg en ambos hemisferios. Aunque el peso aparente depende de la latitud, no cambia entre puntos simétricos de los hemisferios.

En resumen, el peso en la Tierra resulta aparente por efecto centrífugo y de Coriolis. Algunas veces por ambos y otras por uno de ellos.

Cadena líquida

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Una cadena es un sistema continuo y deformable por lo que su movimiento es complejo. No se trata ni como un punto ni como un sólido rígido. No obstante, las cadenas largas actúan como cuerdas con masa, inextensibles y perfectamente flexibles en las que no ocurre ningún mecanismo disipativo (ver Am. J Phys. 57, 154, 1989). En ocasiones, las cadenas en movimiento tienen comportamientos como los líquidos [1]. Así, una cadena que cuelga de sus extremos, podemos tratarla “como si” fuera una columna líquida dentro de un tubo en forma de U pero de diferente sección, lo que justificaría diferente celeridad en cada extremo de la cadena y celeridad nula en su ápice

Sólido rígido girando a velocidad constante

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Si un sólido rígido gira uniformemente respecto de un eje no principal de inercia, siempre es necesario un momento neto externo para mantener el giro. Sin embargo, si el eje es principal de inercia, no es necesario ese momento. Esta casuística no contradice la ley de inercia, pues se trata de una rotación uniforme (no una traslación) donde la inercia rotacional del sólido rígido presenta resistencia al propio giro: mayor si el eje es no principal de inercia.

En muchos casos (sólidos equilibrados), el momento neto externo para mantener el giro uniforme coincide con el momento externo motriz (motor) pero hay otros casos donde el peso y las fuerzas de reacción ejercen momento respecto del eje de giro. En un giro 3D (dos giros perpendiculares combinados), bajo el efecto de la gravedad, es posible que el sólido mantenga una configuración de equilibrio dinámico mientras gira a velocidad constante (por compensación centrífuga). En ese caso, el momento externo motriz es nulo (con independencia de si el eje de rotación es o no principal) aunque el momento neto externo no.