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Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B ICM2803 - Dinámica de Sistemas Mecánicos David E. Acuña Ureta, Ph.D. Departamento de Ingenieŕıa Mecánica y Metalúrgica Pontificia Universidad Católica de Chile 27 de Septiembre, 2022 David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 1 / 37 El contenido de esta presentación ha sido basado mayormente en el siguiente libro: A. V. Rao, “Dynamics of Particles and Rigid Bodies: A Systematic Approach,” Cambridge University Press, 2005. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 2 / 37 Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 3 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 4 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 5 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Momentum lineal Sea P una part́ıcula de masa m que se mueve en un marco de referencia inercial N . Además, sea r⃗ la posición de P y sea N v⃗ la velocidad de la part́ıcula observada desde N . Definición (Momentum lineal) El momentum lineal de una part́ıcula P de masa m en el marco de referencia N , denotado N G⃗, se define como N G⃗ ≡ G⃗ = mN v⃗. Observación (Segunda ley de Newton - Definión alternativa) Dado que N d dt (N G⃗ ) = N d dt ( mN v⃗ ) = mN a⃗, la segunda ley de Newton puede ser expresada alternativamente como F⃗ = N d dt (N G⃗ ) . David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 6 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Principio de impulso y momentum lineal Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 7 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Principio de impulso y momentum lineal Impulso lineal Sea P una part́ıcula de masa m que se mueve en un marco de referencia inercial N . Además, sea F⃗ una fuerza que actúa sobre P . Supongamos ahora que consideramos el efecto de la fuerza en un intervalo de tiempo dado t ∈ [t1, t2]. Definición (Impulso lineal) El impulso lineal de una fuerza F⃗ en el intervalo de tiempo t ∈ [t1, t2] se define como ˆ⃗ F = ∫ t2 t1 F⃗ dt. Notando que ∫ t2 t1 F⃗ dt = ∫ t2 t1 N d dt (N G⃗ ) dt = N G⃗(t2)− N G⃗(t1), el impulso lineal puede ser alternativamente expresado como David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 8 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Principio de impulso y momentum lineal Principio de impulso y momentum lineal Definición (Principio de impulso y momentum lineal) El principio de impulso y momentum lineal se define como ˆ⃗ F = N G⃗(t2)− N G⃗(t1) = mN v⃗(t2)−mN v⃗(t1). Este principio establece que el cambio en el momentum lineal de una part́ıcula durante un intervalo de tiempo especificado es igual al impulso lineal total de las fuerzas externas que actúan sobre la part́ıcula durante el mismo intervalo de tiempo. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 9 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Conservación del momentum lineal Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 10 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Conservación del momentum lineal Conservación del momentum lineal Sea N G⃗ el momentum lineal de una part́ıcula P en un marco de referencia inercial N y sea u⃗ un vector unitario en R3. Entonces se dice que N G⃗ se conserva en la dirección de u⃗ si N G⃗ · u⃗ = constante. Dado que el producto punto es una función escalar, podemos derivar y obtenemos d dt (N G⃗ · u⃗ ) = N d dt (N G⃗ ) · u⃗+ N G⃗ · N du⃗ dt = 0. Definición (Conservación de momentum lineal) El momentum lineal de una part́ıcula se dice que se conserva si y solo si F⃗ · u⃗+ N G⃗ · N du⃗ dt = 0. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 11 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Conservación del momentum lineal Conservación del momentum lineal Supongamos ahora que la dirección u⃗ está fija en el marco de referencia inercial N , es decir N du⃗ dt = 0⃗. Observación (Conservación del momentum lineal en dirección inercialmente fija) La conservación del momentum lineal de una part́ıcula en un marco de referencia inercial N se conservará en la dirección inercialmente fija u⃗ si la componente de fuerza que actúa sobre la part́ıcula en la dirección de u⃗ es cero, es decir F⃗ · u⃗ = 0. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 12 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Conservación del momentum lineal Conservación del momentum lineal Si el momentum lineal se conserva, tenemos que N G⃗ = ⃗constante. Entonces, derivando obtenemos F⃗ = N d dt (N G⃗ ) = 0⃗. Observación (Conservación del momentum lineal) El momentum lineal de una part́ıcula se conservará si la fuerza resultante que actúa sobre la part́ıcula es cero. Es importante tener en cuenta que en general N G⃗ = ⃗constante ̸⇒ N G⃗ · u⃗ = constante, ∀u⃗ ∈ R3, debido a que hay direcciones u⃗ variantes en el tiempo tales que constante · variable ̸= constante. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 13 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Conservación del momentum lineal Conservación del momentum lineal Figure: Péndulo de Newton.1 1 Imagen tomada de: https://resize.hswstatic.com/u 0/w 480/gif/newtons-cradle-1.jpg David E. Acuña Ureta, Ph.D.Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 14 / 37 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 15 / 37 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque Momentum de una fuerza (torque) Definición (Momentum de una fuerza o torque) Sea F⃗ una fuerza que actúa sobre una part́ıcula P de masa m. Además, sea r⃗ la posición de la part́ıcula y sea Q un punto arbitrario. Entonces el momentum de la fuerza F⃗ o torque ejercido por la fuerza F⃗ relativo al punto Q, denotado M⃗Q, se define como M⃗Q = (r⃗ − r⃗Q)× F⃗ . Supongamos ahora que consideramos otro punto arbitrario Q′. Análogamente tenemos que el torque de la fuerza F⃗ relativo al punto Q′ es M⃗Q′ = (r⃗ − r⃗Q′)× F⃗ . Restando ambas ecuaciones anteriores, nos queda M⃗Q − M⃗Q′ = (r⃗ − r⃗Q)× F⃗ − (r⃗ − r⃗Q′)× F⃗ = (r⃗Q′ − r⃗Q)× F⃗ . David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 16 / 37 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque Teorema de Transporte de Torque Teorema (Teorema de Transporte de Torque) Sea F⃗ una fuerza que actúa sobre una part́ıcula P de masa m. Además, sea r⃗ la posición de la part́ıcula y sean Q y Q′ dos puntos arbitrarios. El Teorema del Transporte de Torque establece que M⃗Q = M⃗Q′ + (r⃗Q′ − r⃗Q)× F⃗ . El Teorema de Transporte de Torque relaciona el momentum debido a una fuerza F⃗ relativo a un punto arbitrario Q con el momentum de esa misma fuerza relativo cualquier otro punto Q′. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 17 / 37 Momentum angular e impulso angular Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 18 / 37 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 19 / 37 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Momentum angular Definición (Momentum angular) Sea P una part́ıcula de masa m que se mueve en un marco de referencia inercial N . Sean además r⃗ la posición de la part́ıcula, N v⃗ la velocidad de la part́ıcula en N y Q un punto arbitrario. Entonces, el momentum angular de la part́ıcula en un marco de referencia inercial N relativo al punto Q se define como N H⃗Q = (r⃗ − r⃗Q)×m ( N v⃗ − N v⃗Q ) . Al calcular la derivada temporal del momentum angular observada desde N , se tiene N d dt (N H⃗Q ) = N d dt ( (r⃗ − r⃗Q)×m ( N v⃗ − N v⃗Q )) = N d dt ((r⃗ − r⃗Q))×m ( N v⃗ − N v⃗Q ) + (r⃗ − r⃗Q)× N d dt ( m ( N v⃗ − N v⃗Q )) = ��� ��� ��� ��� ��:0( N v⃗ − N v⃗Q ) ×m ( N v⃗ − N v⃗Q ) + (r⃗ − r⃗Q)×m ( N a⃗− N a⃗Q ) = (r⃗ − r⃗Q)× F⃗ − (r⃗ − r⃗Q)×mN a⃗Q David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 20 / 37 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Derivada temporal del momentum angular Recordemos que por la definición de torque, se tiene que (r⃗ − r⃗Q)× F⃗ = M⃗Q. Definición (Derivada temporal del momentum angular) La derivada temporal del momentum angular de la part́ıcula en un marco de referencia inercial N relativo al punto Q se define como N d dt (N H⃗Q ) = M⃗Q + (r⃗Q − r⃗)×mN a⃗Q Observación (Momentum inercial relativo) La cantidad (r⃗Q − r⃗)×mN a⃗Q es conocida como momentum de inercia del punto Q relativo al punto P . David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 21 / 37 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Derivada temporal del momentum angular Observación (Derivada temporal del momentum angular relativo a punto inercial) Ahora supongamos que elegimos un punto de referencia O que está fijo en el marco de referencia inercial N . Entonces la aceleración del punto O en N es cero, lo que implica que el momentum de inercia relativo a dicho punto es cero también. Aśı, N d dt (N H⃗O ) = M⃗O La ecuación anterior establece que la derivada temporal del momentum angular de una part́ıcula relativa a un punto de referencia O que está fijo en el marco de referencia inercial es igual al momentum debido a todas las fuerzas externas relativas al punto O. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 22 / 37 Momentum angular e impulso angular Principio de impulso y momentum angular Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 23 / 37 Momentum angular e impulso angular Principio de impulso y momentum angular Impulso angular Definición (Impulso angular) El impulso angular del torque M⃗Q en el intervalo de tiempo t ∈ [t1, t2] se define como ˆ⃗ MQ = ∫ t2 t1 M⃗Qdt Notemos que M⃗Q + (r⃗Q − r⃗)×mN a⃗Q = N d dt (N H⃗Q ) ∫ t2 t1 ( M⃗Q + (r⃗Q − r⃗)×mN a⃗Q ) dt = ∫ t2 t1 N d dt (N H⃗Q ) dt∫ t2 t1 M⃗Qdt+ ∫ t2 t1 (r⃗Q − r⃗)×mN a⃗Qdt = N H⃗Q(t2)− N H⃗Q(t1). David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 24 / 37 Momentum angular e impulso angular Principio de impulso y momentum angular Principio de impulso y momentum angular Definición (Principio de impulso y momentum angular) El principio de impulso y momentum angular relativo a un punto arbitrario Q establece que ˆ⃗ MQ + ∫ t2 t1 (r⃗Q − r⃗)×mN a⃗Qdt = N H⃗Q(t2)− N H⃗Q(t1) El principio de impulso y momentum angular relativo a un punto de referencia arbitrario Q establece que el cambio de momentum angular de una part́ıcula relativo a Q durante un intervalo de tiempo t ∈ [t1, t2] es igual a la suma entre el impulso angular debido a todas las fuerzas externas aplicadas a la part́ıcula relativas al punto Q y el impulso angular debido al momentum de inercia del punto Q relativo al punto P en el mismo intervalo de tiempo. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 25 / 37 Momentum angular e impulso angular Principio de impulso y momentum angular Principio de impulso y momentum angular Observación(Principio de impulso y momentum angular relativo a punto inercial) Supongamos ahora que elegimos un punto de referencia O que está fijo en el marco de referencia inercial N . Entonces la aceleración del punto O es cero, y aśı ˆ⃗ MO = N H⃗O(t2)− N H⃗O(t1) El principio de impulso y momentum angular relativo a un punto O fijo en un marco de referencia inercial establece que el cambio en el momentum angular de una part́ıcula relativo aO es igual al impulso angular debido a todos fuerzas externas aplicadas a la part́ıcula relativas al mismo punto. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 26 / 37 Momentum angular e impulso angular Conservación del momentum angular Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 27 / 37 Momentum angular e impulso angular Conservación del momentum angular Conservación del momentum angular Sea N H⃗Q el momentum angular de una part́ıcula P en un marco de referencia inercial N y sea u⃗ un vector unitario en R3. Entonces se dice que N H⃗Q se conserva en la dirección de u⃗ si N H⃗Q · u⃗ = constante. Dado que el producto punto es una función escalar, podemos derivar y obtenemos d dt (N H⃗Q · u⃗ ) = N d dt (N H⃗Q ) · u⃗+ N H⃗Q · N du⃗ dt = 0. Definición (Conservación de momentum angular) El momentum angular de una part́ıcula se dice que se conserva si y solo si( M⃗Q + (r⃗Q − r⃗)×mN a⃗Q ) · u⃗+ N H⃗Q · N du⃗ dt = 0. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 28 / 37 Momentum angular e impulso angular Conservación del momentum angular Conservación del momentum angular Observación (Conservación del momentum angular relativo a punto inercial) Supongamos ahora que elegimos un punto de referencia O que está fijo en el marco de referencia inercial N . Entonces la aceleración del punto O es cero, y aśı M⃗O · u⃗+ N H⃗O · N du⃗ dt = 0. En consecuencia, el momento angular N H⃗O relativo a un punto inercialmente fijo O se conservará en la dirección de u⃗ si la ecuación anterior se satisface. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 29 / 37 Momentum angular e impulso angular Conservación del momentum angular Conservación del momentum angular Si el momentum angular se conserva, tenemos que N H⃗Q = ⃗constante. Entonces, derivando obtenemos M⃗Q + (r⃗Q − r⃗)×mN a⃗Q = N d dt (N H⃗Q ) = 0⃗. Observación (Conservación del momentum angular) El momentum angular de una part́ıcula se conservará si el torque resultante que actúa sobre la part́ıcula (incluyendo el término de “torque ficticio”) es cero. Es importante tener en cuenta que en general N H⃗Q = ⃗constante ̸⇒ N H⃗Q · u⃗ = constante, ∀u⃗ ∈ R3, debido a que hay direcciones u⃗ variantes en el tiempo tales que constante · variable ̸= constante. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 30 / 37 Momentum angular e impulso angular Conservación del momentum angular Conservación del momentum angular Figure: Bailarina.1 1 Imagen tomada de: https://openstax.org/resources/f6343406c922626518c9241c6f79ea3df73c5f9e David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 31 / 37 Impulso lineal y angular instantáneo Contenidos 1 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal 2 Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque 3 Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular 4 Impulso lineal y angular instantáneo David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 32 / 37 Impulso lineal y angular instantáneo Impulso lineal y angular instantáneo Definición (Impulso lineal instantáneo) El impulso lineal instantáneo en t = τ se define como ˆ⃗ F (τ) = lim ∆→0 ∫ τ+∆ τ−∆ F⃗ dt. Definición (Impulso angular instantáneo) El impulso angular instantáneo en t = τ se define como ˆ⃗ MQ(τ) = lim ∆→0 ∫ τ+∆ τ−∆ (r⃗ − r⃗Q)× F⃗ dt = (r⃗ − r⃗Q)× ˆ⃗ F (τ). Los impulsos instantáneos sirven para caracterizar cambios instantáneos de mo- mentum (especialmente choques), pues ˆ⃗ F (τ) = lim t→τ+ mN v⃗(t)− lim t→τ− mN v⃗(t) David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 33 / 37 Impulso lineal y angular instantáneo Delta de Dirac En muchas aplicaciones de la dinámica, se supone que los impulsos ocurren in- stantáneamente. Para que un impulso tenga un valor distinto de cero durante un intervalo de tiempo cero, es necesario que la fuerza sea infinita. Si bien, estric- tamente hablando, no es posible aplicar una fuerza infinita, tal suposición es a menudo una buena aproximación a la realidad. El modelamiento de una fuerza infinita en un intervalo de tiempo cero se logra mediante la introducción de un objeto matemático especial llamado delta de Dirac. Definición (Delta de Dirac) El delta de Dirac, denotado como δ(t− s), no es una función, sino más bien una distribución, y se define de la siguiente manera: δ(t− s) = { 0 , t ̸= s +∞, t = s. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 34 / 37 Impulso lineal y angular instantáneo Delta de Dirac El delta de Dirac cumple la siguiente propiedad:∫ +∞ −∞ f(t)δ(t− s)dt = f(s). donde f(t) es una función arbitraria de t. De aqúı se desprende que si escogemos f(t) = 1, entonces ∫ +∞ −∞ δ(t− s)dt = 1. David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 35 / 37 Impulso lineal y angular instantáneo Impulso lineal y angular instantáneo Supongamos que la fuerza F⃗ (t) es infinita solo cuando t = τ y ˆ⃗ F (τ) < +∞. Una manera de describir la fuerza en dicho instante de tiempo seŕıa a través del delta de Dirac: F⃗ (t) = ˆ⃗ F (τ)δ(t− τ) Por lo tanto, aśı es claro ver que la relación entre el impulso lineal instantáneo y el impulso angular instantáneo: ˆ⃗ MQ(τ) = lim ∆→0 ∫ τ+∆ τ−∆ (r⃗ − r⃗Q)× F⃗ dt = lim ∆→0 ∫ τ+∆ τ−∆ (r⃗ − r⃗Q)× ˆ⃗ F (τ)δ(t− τ)dt = ∫ +∞ −∞ (r⃗ − r⃗Q)× ˆ⃗ F (τ)δ(t− τ)dt = (r⃗ − r⃗Q)× ˆ⃗ F (τ). David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 36 / 37 Fin de la presentación Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B ICM2803 - Dinámica de Sistemas Mecánicos David E. Acuña Ureta, Ph.D. Departamento de Ingenieŕıa Mecánica y Metalúrgica Pontificia Universidad Católica de Chile 27 de Septiembre, 2022 David E. Acuña Ureta, Ph.D. Caṕıtulo 2: Cinética de Part́ıculas - Parte B 27 de Septiembre, 2022 37 / 37 Momentum lineal e impulso lineal Momentum lineal y su derivada temporal Principio de impulso y momentum lineal Conservación del momentum lineal Momentum de una fuerza (torque) y Teorema de Transporte de Torque Momentum angular e impulso angular Momentum angular y su derivada temporal Principio de impulso y momentum angular Conservación del momentum angular Impulso lineal y angular instantáneo Fin de la presentación
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