Un sólido rígido es un cuerpo constituido por partículas que permanecen siempre a la misma distancia mutua con independencia de las fuerzas que actúen sobre él. Dicho de otra manera, un sólido (o cuerpo) rígido no experimenta ningún tipo de deformación.
El movimiento de un sólido rígido puede ser muy complejo pero, haciendo las descomposiciones oportunas, podemos abordar su estudio de forma simplificada.
La diferencia fundamental con respecto a la dinámica de una partícula es que un sólido tiene volumen, por lo que puede tener un movimiento de rotación.
De manera análoga al movimiento de una partícula, el estudio del movimiento de un sólido rígido puede abordarse de dos maneras: analizando las fuerzas que actúan sobre el mismo o empleando razonamientos energéticos.
La segunda ley de Newton describe el movimiento de traslación de una partícula, pero no permite describir el movimiento de rotación. Para ello necesitamos una nueva ecuación, que a veces se denomina segunda ley de Newton para la rotación, y que viene dada por:
En el primer miembro de la ecuación anterior tenemos la resultante de los torques (o momentos) de las fuerzas externas que actúan sobre el sólido. Dicha magnitud se define:
Donde r es un vector que va desde el punto que elijamos para calcular los torques (que dependerá de cada situación particular) hasta el punto de aplicación de la fuerza F.
Es importante resaltar que, al contrario de lo que ocurría con el movimiento de traslación de una partícula, el movimiento de rotación de un sólido depende del punto de aplicación de las fuerzas que actúan sobre él.
En el segundo miembro de la ecuación de la rotación I es el momento de inercia del sólido y α la aceleración angular del mismo.
La aceleración angular de un sólido es siempre paralela a la resultante de los torques de las fuerzas externas que actúan sobre él.
El momento de inercia es el análogo a la masa de un cuerpo en el movimiento de rotación. Para un sólido se define:
Donde k es una constante y R una longitud característica del sólido (típicamente su radio o su longitud). De la definición anterior se deduce que el momento de inercia depende del eje de giro del sólido.
En estas páginas veremos algunos ejemplos de aplicación de estas ecuaciones.
Cuando un cuerpo está rotando, su energía cinética depende de su velocidad angular ω y viene dada por:
Como verás en los ejemplos tratados en estas páginas, habrá que incluir este término en la energía de un sólido cuando estudiemos su movimiento aplicando el principio de conservación de la energía.
La página Sólido rígido ha sido originalmente publicada en YouPhysics
