Enunciado
En un hipotético sólido rígido, consideramos los puntos
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 \overrightarrow{OA}=\vec{\imath}\qquad\overrightarrow{OB}=\vec{\jmath}\qquad\overrightarrow{OC}=\vec{k}}
y analizamos los casos correspondientes a las siguientes velocidades para los
tres puntos:
| Caso
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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 \vec{v}^A}
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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 \vec{v}^B}
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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 \vec{v}^C}
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| I
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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 2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+4\vec{k}}
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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 2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+4\vec{k}}
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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 2\vec{k}}
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| II
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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 2\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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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 3\vec{\imath}+2\vec{\jmath}}
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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 2\vec{\imath}+4\vec{\jmath} + 2\vec{k}}
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| III
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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 2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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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 2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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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 2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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| IV
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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 2\vec{\imath}+3\vec{\jmath}}
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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 \vec{\imath}+2\vec{\jmath}-\vec{k}}
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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 4\vec{\imath}+4\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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| V
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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 2\vec{\imath}+\vec{k}}
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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 4\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+3\vec{k}}
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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 3\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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| VI
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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 2\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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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 3\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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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 -\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k}}
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Todas las cantidades están expresadas en las unidades del SI.
Identifique cuáles de las situaciones anteriores son compatibles con la condición de rigidez. Para las que sí lo son, identifique si se trata de un movimiento de traslación pura, rotación pura o helicoidal.
Introducción
Para identificar los diferentes estados de movimiento, conocidas las velocidades de tres puntos no alineados, podemos seguir el siguiente esquema:
Caso I
Tenemos las velocidades
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 \vec{v}^A=2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+4\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^B=2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+4\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^C=2\vec{k}}
Comprobamos primero si se trata de un posible movimiento rígido, chequeando la condición de equiproyectividad para cada par de puntos
- Partículas A y B
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 \overrightarrow{AB}=-\vec{\imath}+\vec{\jmath}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AB} & = & (2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+4\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & 0 \\ \vec{v}^B\cdot\overrightarrow{AB} & = & (2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+4\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & 0 \end{matrix}\right.}
- Partículas A y C
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 \overrightarrow{AC}=-\vec{\imath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AC} & = & (2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+4\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & 2 \\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{AC} & = & (2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & 2 \end{matrix}\right.}
- Partículas B y C
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 \overrightarrow{BC}=-\vec{\jmath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^B\cdot\overrightarrow{BC} & = & (2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+4\vec{k})\cdot(-\vec{\jmath}+\vec{k}) & = & 2 \\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{BC} & = & (2\vec{k})\cdot(-\vec{\jmath}+\vec{k}) & = & 2 \end{matrix}\right.}
Se verifica en los tres casos, por lo que se trata de un movimiento posible para un sólido rígido.
A continuación, comprobamos si las tres velocidades son iguales. No lo son. Por tanto, no puede tratarse de una traslación o un estado de reposo.
Vemos ahora si las velocidades son coplanarias
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 \vec{v}^A\cdot(\vec{v}^B\times\vec{v}^C)=\left|\begin{matrix}2 & 2 & 4 \\ 2 & 2 & 4 \\ 0 & 0 & 2\end{matrix}\right|=0}
Al haber dos velocidades iguales, necesariamente los tres vectores son coplanarios. Necesitamos hallar entonces la dirección de la velocidad angular. Esto es fácil; al haber dos velocidades iguales, la velocidad angular va en la dirección de la recta que pasa por esos dos puntos. En este caso
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 \vec{\omega} = \lambda\overrightarrow{AB}=\lambda(-\vec{\imath}+\vec{\jmath})}
y comprobamos ahora si alguna de las velocidades es perpendicular a esta dirección. No necesitamos volver a calcular nada, ya que lo hicimos previamente:
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 \vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AB}=0}
Por tanto se trata de un movimiento de rotación pura.
Caso II
Tenemos las velocidades
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 \vec{v}^A=2\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^B=3\vec{\imath}+2\vec{\jmath}\,\,;}
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 \vec{v}^C=2\vec{\imath}+4\vec{\jmath} + 2\vec{k}}
Comprobamos la equiproyectividad
- Partículas A y B
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 \overrightarrow{AB}=-\vec{\imath}+\vec{\jmath}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AB} & = & (2\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & -1 \\ \vec{v}^B\cdot\overrightarrow{AB} & = & (3\vec{\imath}+2\vec{\jmath})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & -1 \end{matrix}\right.}
- Partículas A y C
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 \overrightarrow{AC}=-\vec{\imath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AC} & = & (2\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & 0 \\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{AC} & = & (2\vec{\imath}+4\vec{\jmath} + 2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & 0 \end{matrix}\right.}
- Partículas B y C
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 \overrightarrow{BC}=-\vec{\jmath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^B\cdot\overrightarrow{BC} & = & (3\vec{\imath}+2\vec{\jmath})\cdot(-\vec{\jmath}+\vec{k}) & = & -2 \\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{BC} & = & (2\vec{\imath}+4\vec{\jmath} + 2\vec{k})\cdot(-\vec{\jmath}+\vec{k}) & = & -2 \end{matrix}\right.}
De nuevo se verifica en los tres casos, por lo que se trata de un movimiento posible.
Puesto que las tres velocidades no son iguales, no puede tratarse de una traslación o un estado de reposo.
Verificamos entonces si las velocidades son coplanarias:
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 \vec{v}^A\cdot(\vec{v}^B\times\vec{v}^C) = \left|\begin{matrix} 2 & 1 & 2 \\ 3 & 2 & 0 \\ 2 & 4 & 2 \end{matrix}\right| = 18\neq 0}
Por no ser nulo, se trata de un movimiento helicoidal.
Caso III
El tercer caso
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 \vec{v}^A=2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^B=2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^C=2\vec{\imath}+2\vec{\jmath} + 2\vec{k}}
puede clasificarse por simple inspección. Puesto que las tres velocidades son iguales, y no nulas, se trata de un movimiento de traslación.
Caso IV
En este caso, las velocidades valen
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 \vec{v}^A=2\vec{\imath}+3\vec{\jmath}\,\,;}
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 \vec{v}^B=\vec{\imath}+2\vec{\jmath}-\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^C=4\vec{\imath}+4\vec{\jmath}+2\vec{k}}
Examinamos la condición de rigidez
- Partículas A y B
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 \overrightarrow{AB}=-\vec{\imath}+\vec{\jmath}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AB} & = & (2\vec{\imath}+3\vec{\jmath})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & 1 \\ \vec{v}^B\cdot\overrightarrow{AB} & = & (\vec{\imath}+2\vec{\jmath}-\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & 1 \end{matrix}\right.}
- Partículas A y C
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 \overrightarrow{AC}=-\vec{\imath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AC} & = & (2\vec{\imath}+3\vec{\jmath})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & -2 \\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{AC} & = & (4\vec{\imath}+4\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & -2 \end{matrix}\right.}
- Partículas B y C
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 \overrightarrow{BC}=-\vec{\jmath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^B\cdot\overrightarrow{BC} & = & (\vec{\imath}+2\vec{\jmath}-\vec{k})\cdot(-\vec{\jmath}+\vec{k}) & = & -3 \\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{BC} & = & (4\vec{\imath}+4\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\jmath}+\vec{k}) & = & -2 \end{matrix}\right.}
Puesto que no se cumple la condición de equiproyectividad, este caso es imposible como movimiento de un sólido rígido.
Caso V
En este caso, tenemos las velocidades
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 \vec{v}^A=2\vec{\imath}+\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^B=4\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+3\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^C=3\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k}}
Examinamos la equiproyectividad
- Partículas A y B
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 \overrightarrow{AB}=-\vec{\imath}+\vec{\jmath}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AB} & = & (2\vec{\imath}+\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & -2 \\ \vec{v}^B\cdot\overrightarrow{AB} & = & (4\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+3\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & -2 \end{matrix}\right.}
- Partículas A y C
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 \overrightarrow{AC}=-\vec{\imath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AC} & = & (2\vec{\imath}+\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & -1\\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{AC} & = & (3\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & -1 \end{matrix}\right.}
- Partículas B y C
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 \overrightarrow{BC}=-\vec{\jmath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^B\cdot\overrightarrow{BC} & = & (4\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+3\vec{k})\cdot(-\vec{\jmath}+\vec{k}) & = & 1 \\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{BC} & = & (3\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\jmath}+\vec{k}) & = & 1 \end{matrix}\right.}
De nuevo se verifica en los tres casos, por lo que se trata de un movimiento posible.
Las tres velocidades no son iguales, por lo que no puede tratarse de una traslación o un estado de reposo.
Verificamos entonces si las velocidades son coplanarias:
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 \vec{v}^A\cdot(\vec{v}^B\times\vec{v}^C) = \left|\begin{matrix} 2 & 0 & 1 \\ 4 & 2 & 3 \\ 3 & 1 & 2 \end{matrix}\right| = 0}
Puesto que es nulo, debemos ahora determinar la dirección de la velocidad angular. Para ello suponemos una velocidad angular de la forma
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 \vec{\omega} = \omega_x\vec{\imath}+\omega_y\vec{\jmath}+\omega_\vec{k}}
y sustituimos en las relaciones
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 \vec{v}^B-\vec{v}^A = \vec{\omega}\times\overrightarrow{AB}}
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 \vec{v}^C-\vec{v}^A = \vec{\omega}\times\overrightarrow{AC}}
Para el par A y B queda
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 2\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k}=\left|\begin{matrix}\vec{\imath} & \vec{\jmath} & \vec{k} \\ \omega_x & \omega_y & \omega_z\\ -1 & 1 & 0 \end{matrix}\right| = -\omega_z\vec{\imath} -\omega_z \vec{\jmath}+(\omega_x +\omega_y)\vec{k}}
de donde
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 \omega_x+\omega_y = 2\qquad\qquad\omega_z = -2}
Repitiendo para A y C
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 \vec{\imath}+\vec{\jmath}+\vec{k}=\left|\begin{matrix}\vec{\imath} & \vec{\jmath} & \vec{k} \\ \omega_x & \omega_y & \omega_z\\ -1 & 0 & 1 \end{matrix}\right| = \omega_y\vec{\imath} -(\omega_x+\omega_z) \vec{\jmath}+\omega_y\vec{k}}
de donde
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 \omega_x+\omega_z = -1\qquad\qquad\omega_y = 1}
lo que nos da la velocidad angular
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 \vec{\omega}=\vec{\imath}+\vec{\jmath}-2\vec{k}}
Comprobamos ahora si cualquiera de las velocidades es perpendicular a esta velocidad angular
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 \vec{v}^A\cdot\vec{\omega} = (2\vec{\imath}+\vec{k})\cdot(\vec{\imath}+\vec{\jmath}-2\vec{k})= 0}
Puesto que la velocidad lineal es perpendicular a la velocidad angular, la velocidad de deslizamiento es nula y el movimiento es de rotación pura.
Caso VI
Por último, tenemos las velocidades,
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 \vec{v}^A=2\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^B=3\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k}\,\,;}
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 \vec{v}^C=-\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k}}
Testeamos la condición de rigidez
- Partículas A y B
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 \overrightarrow{AB}=-\vec{\imath}+\vec{\jmath}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AB} & = & (2\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & -1 \\ \vec{v}^B\cdot\overrightarrow{AB} & = & (3\vec{\imath}+2\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{\jmath}) & = & -1 \end{matrix}\right.}
- Partículas A y C
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 \overrightarrow{AC}=-\vec{\imath}+\vec{k}\qquad\left\{\begin{matrix}\vec{v}^A\cdot\overrightarrow{AC} & = & (2\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & 0 \\ \vec{v}^C\cdot\overrightarrow{AC} & = & (-\vec{\imath}+\vec{\jmath}+2\vec{k})\cdot(-\vec{\imath}+\vec{k}) & = & 3 \end{matrix}\right.}
No necesitamos continuar. Una vez que se viola la equiproyectividad podemos afirmar que se trata de un movimiento imposible para un sólido rígido.
Resumen
Reuniendo los resultados de los seis casos queda
| Caso
|
Estado
|
| I
|
Rotación
|
| II
|
Helicoidal
|
| III
|
Traslación
|
| IV
|
Imposible
|
| V
|
Rotación
|
| VI
|
Imposible
|
