Problemas de cinemática del sólido rígido (GIOI)

Caso de campo de velocidades de un sólido

El campo de velocidades instantáneo de un sólido rígido tiene la expresión, en el sistema internacional

${\vec {v}}(x,y,z)=\left((7.2+0.8y+1.6z){\vec {\imath }}+(3.6-0.8x+1.6z){\vec {\jmath }}-(7.2+1.6x+1.6y){\vec {k}}\right){\frac {\mathrm {m} }{\mathrm {s} }}$

1. Determine la velocidad angular, ${\vec {\omega }}$, y la velocidad del origen de coordenadas, ${\vec {v}}_{0}$.
2. Halle la velocidad del punto ${\vec {r}}_{1}=(-5.0{\vec {\imath }}-6.0{\vec {k}})\,\mathrm {m}$.
3. ¿Qué tipo de movimiento describe el sólido en este instante?
4. Halle la ecuación del eje instantáneo de rotación y mínimo deslizamiento (o eje instantáneo de rotación, en su caso).

Solución

Movimiento conocidas las velocidades de tres puntos

Una esfera centrada en el origen de coordenadas se mueve de forma que, en un instante dado la velocidad del punto $A(1,0,0)$ es ${\vec {v}}_{A}=3{\vec {\imath }}+a{\vec {\jmath }}+{\vec {k}}$, la de $B(0,1,0)$ es ${\vec {v}}_{B}={\vec {\imath }}-6{\vec {\jmath }}+b{\vec {k}}$ y la de $C(0,0,1)$ es ${\vec {v}}_{C}=c{\vec {\imath }}-5{\vec {\jmath }}+3{\vec {k}}$ (todo en las unidades fundamentales del SI). Para este instante, determine, en el orden que crea más oportuno:

1. Los valores de las constantes a, b y c.
2. La velocidad del origen de coordenadas,
3. La velocidad angular del sólido.
4. La velocidad de deslizamiento.
5. El tipo de movimiento que está realizando el sólido.
6. La posición de dos puntos del eje instantáneo de rotación y mínimo deslizamiento (o eje instantáneo de rotación, en su caso).
7. Si este movimiento es permanente, es decir, la velocidad angular y la velocidad de O en todo momento tienen los valores calculados en (2) y (3), ¿tiene aceleración el punto O? ¿Por qué? Si la respuesta es sí, ¿cuánto vale?

Solución

Rapidez de los puntos de un tornillo

Un tornillo de radio 2 mm y paso de rosca 1 mm avanza impulsado por un destornillador de forma que su punta se mueve a 2 mm/s. Determine la rapidez de los puntos del filete del tornillo.

Solución

Tres casos de movimiento de un sólido

Un sólido se mueve de forma que en un instante dado el origen O tiene una velocidad ${\vec {v}}_{O}$ y su velocidad angular es ${\vec {\omega }}$. Para los casos siguientes:

${\vec {v}}_{O}$	${\vec {\omega }}$
${\vec {\imath }}-2{\vec {\jmath }}+2{\vec {k}}$	${\vec {0}}$
${\vec {\imath }}-2{\vec {\jmath }}+2{\vec {k}}$	$2{\vec {\imath }}-2{\vec {\jmath }}+{\vec {k}}$
${\vec {\imath }}-2{\vec {\jmath }}+2{\vec {k}}$	$2{\vec {\imath }}+2{\vec {\jmath }}+{\vec {k}}$

Determine:

1. Si el estado es de reposo, traslación, rotación o movimiento helicoidal.
2. La velocidad instantánea del punto $A(1,0,0)$ y del $P(1,1,1)$.
3. La velocidad de deslizamiento.
4. La posición, en su caso, del Eje Instantáneo de Rotación y Mínimo Deslizamiento dando un punto por el que pasa y un vector en la dirección del eje.

Solución