Problemas de cinemática del movimiento relativo (CMR)

Rotaciones finitas sucesivas de 90°

Se tiene un sólido situado de tal manera que inicialmente los sistemas de referencia fijo, “1” y ligado, “2”, coinciden.

1. Supongamos que el sólido se hace girar en primer lugar +90° en torno a ${OY}_{1}$ y a continuación +90° en torno a ${OX}_{1}$. ¿Cuál es la matriz de rotación que permite pasar de las coordenadas (X,Y,Z) en la posición final del sistema ligado a las coordenadas en el sistema fijo (x,y,z)? ¿Cuál es el eje de rotación de la composición? ¿Cuál es el ángulo girado?
2. ¿Cómo cambian los resultados anteriores si, partiendo de la posición inicial se hace girar en primer lugar +90° en torno a ${OX}_{1}$ y a continuación +90° en torno a ${OY}_{1}$?
3. ¿Cómo cambian los resultados anteriores si, partiendo de la posición inicial se hace girar en primer lugar +90° en torno a ${OY}_{1}$ y a continuación +90° en torno a ${OX}_{2}$?
4. Si se realizan las dos rotaciones del apartado (a) (1º +90° en torno a ${OY}_{1}$; 2º +90° en torno a ${OX}_{1}$) y a continuación se gira −90° en torno a ${OY}_{1}$ seguido de −90° en torno a ${OX}_{1}$, ¿vuelve el sólido a su posición inicial? Si no es así, ¿cuál es el eje de rotación y el ángulo girado?

Solución

Rotaciones finitas sucesivas

¿Cómo quedan los resultados del problema anterior si los giros no son de +90° sino de Error al representar (SVG (MathML puede ser habilitado mediante un plugin de navegador): respuesta no válida («Math extension cannot connect to Restbase.») del servidor «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \beta=\mathrm{arctg}⁡(3/4)} ? (recomendable hacer los cálculos con ayuda de un ordenador).

Solución

Composición de dos rotaciones de 90°

Se tiene un sólido situado de tal manera que inicialmente los sistemas de referencia fijo, “1” y ligado, “2”, coinciden.

1. Supongamos que el sólido se hace girar en primer lugar +90° en torno a ${OY}_{1}$ y a continuación −90° en torno a un eje paralelo a ${OY}_{1}$ por ${\overrightarrow {OA}}=b{\vec {\imath }}_{1}$. ¿Cuál es el resultado de esta composición de movimientos?
2. Supongamos que el sólido se hace girar en primer lugar +90° en torno a ${OY}_{1}$ y a continuación +90° en torno a un eje paralelo a ${OY}_{1}$ por ${\overrightarrow {OA}}=b{\vec {\imath }}_{1}$. ¿Cuál es el resultado de esta composición de movimientos?
3. Supongamos que el sólido se hace girar en primer lugar +90° en torno a ${OY}_{1}$ y a continuación −90° en torno a un eje paralelo a ${OZ}_{1}$ por ${\overrightarrow {OA}}=b{\vec {\imath }}_{1}$. ¿Cuál es el resultado de esta composición de movimientos?

Solución