Ejercicios Resueltos de Dinámica Rotacional: Momento de Inercia, Torque y Cinemática Angular

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Ejercicios Resueltos de Dinámica Rotacional

Ejercicio 10

A) Aceleración angular:

α = Δω / Δt = (ωf − ωi) / Δt = (−2 · 2π) / 20 = −4π / 20 = −π/5 = −0,2π rad/s²

B) Fuerza aplicada:

T = I · α → I · α = R · F

T = r · F → I · α / R = F

F = 10 · (−0,2π) / 0,1

F = 20π N

C) Número de vueltas:

θ = ω₀T + ½ · α · T²

θ = 4π · 20 + (½ · (−π/5) · 400)

θ = 80π + (−40π)

θ = 40π / 2π

θ = 20 vueltas

Ejercicio 12

Datos: m₁ = 0,5 kg; m₂ = 0,8 kg; R = 0,4 m; f = 2 Hz

A) Velocidad angular

ω = 2π · f

ω = 4π rad/s (cada una)

B) Momentos de inercia

I = M · R²

I₁ = m₁ · R² = 0,5 · (0,4)² = 0,5 · R² = 0,08 kg·m²

I₂ = m₂ · R² = 0,8 · (0,4)² = 0,128 kg·m²

C) Momento angular

L = I · ω

L₁ = I₁ · 4π = 0,08 · 4π = (8/25)π kg·m²/s

L₂ = I₂ · 4π = 0,128 · 4π = (64/125)π kg·m²/s

Ejercicio 1

a) Eje de giro en m₁

Datos: m₁ = 0,02 kg; m₂ = 0,1 kg; m₃ = 0,05 kg

I = i₁ + i₂ + i₃

= 0,02 kg · (0,2 m)² + 0,05 kg · (0,8 m)²

= 0,02 kg · 0,64 m² + 0,05 kg · 0,64 m²

= 0,0128 + 0,032 = 0,0448 kg·m²

Eje de giro en m₁ y m₃

I = i₁ + i₂ + i₃ = 0,1 kg · 0,48 = 0,048 kg·m²

Ejercicio 2

- Eje de giro en el centro: I = i₁ + i₂ + i₃ + i₄ = ma² + ma² + ma² + ma² = 4ma²

- Eje de giro en el lado 2b: I = i₃ + i₄ = m4a² + m4a² = 8ma²

- Eje de giro en el lado 2a: I = i₁ + i₄ = m4b² + m4b² = 8mb²

Ejercicio 3

I = 2 kg · (0,5 m)² / 2 = 0,25 kg·m²

Ejercicio 5

a)

Ieg1 = (1/12) · 2 kg · (1,5 m)² = (1/6) kg · 2,25 m² = 0,375 kg·m²

Ieg2 = (1/3) · 2 kg · (1,5 m)² = 1,5 kg·m²

b) m = 0,25 kg; R = 8 cm

I = (2/5) · 0,25 kg · (0,05 m)² = 0,00064 kg·m²

c) I = ½ m R²

Ejercicio 7

Datos: R = 0,25 m; m = 0,8 kg; 150 rpm = 2,5 rps

ω = 2,5 · 2π · r = 5πr rad/s

α = Δω / Δt = (5πr) / 10 s = (1/2)πr rad/s²

I = 0,5 kg · (0,25 m)² = 0,05 kg·m²

|τ| = I · α = 0,05 kg·m² · (1/2)πr rad/s² = 0,025π N·m

Cálculo de la fuerza:

|τ| = r · F → 0,025 N·m = 0,25 m · F

0,025π = 0,25 · F

F = 0,025π N / 0,25

F = 0,1π N

Ejercicio 8

Conservación del momento angular:

I₀ · ω₀ = If · ωf

I₁ω₁ + I₂ω₂ = (I₁ + I₂) ωf

ωf = (I₁ω₁ + I₂ω₂) / (I₁ + I₂)

Ejercicio 9

A) Momento de inercia:

I = ½ · 0,3 kg · (0,3 m)² = 0,0135 kg·m²

B) Torque:

|τ| = r · F · sen 90° = 0,3 m · 2 N = 0,6 N·m

C) Aceleración angular:

α = |τ| / I = 0,6 N·m / 0,0135 kg·m² = 44,4 rad/s²

D) Velocidad angular final:

ωf = ω₀ + α · Δt = 44,4 rad/s² · 5 s = 222,2 rad/s

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