Monografias.com > Física
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

Mecánica clásica alternativa IV




Enviado por Alejandro A. Torassa



    Monografias.com
    ˆ ˆ . ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
    ˆ ˆ Mecánica Clásica Alternativa IV
    Alejandro A. Torassa Licencia Creative Commons Atribución
    3.0 (2014) Buenos Aires, Argentina atorassa@gmail.com –
    versión 1 – Este trabajo presenta una mecánica
    clásica alternativa que es invariante bajo
    transformaciones entre sistemas de referencia y que puede ser
    aplicada en cualquier sistema de referencia sin necesidad de
    introducir fuerzas ?cticias. En adición, un nuevo
    principio de conservación de la energía es
    presentado. Sistema de Referencia Inercial El sistema de
    referencia inercial S es un sistema de referencia que está
    ?jo a un sistema de partículas y cuyo origen coincide con
    el centro de masa del sistema de partículas. Este sistema
    de partículas (de ahora en más sistema-libre)
    está siempre libre de fuerzas externas e internas. La
    posición inercial ra , la velocidad inercial va y la
    aceleración inercial aa de una partícula A respecto
    al sistema de referencia inercial S, son como sigue: . ra = (ra )
    . va = d(ra )/dt aa = d2 (ra )/dt 2 donde ra es la
    posición de la partícula A respecto al sistema de
    referencia inercial S. Nueva Dinámica [1] Una fuerza
    siempre es causada por la interacción entre dos
    partículas. [2] La fuerza neta Fa que actúa sobre
    una partícula A de masa ma produce una aceleración
    inercial aa según la siguiente ecuación: aa = Fa
    /ma [3] Este trabajo considera que no todas las fuerzas obedecen
    la tercera ley de Newton (en su forma fuerte o en su forma
    débil) 1

    Monografias.com
    . ˆ . ˆ . ˆ ˆ ˆ ˆ . 1 2 ˆ v
    ˆ . v ˆ . 1 2 ˆ . ˆ ˆ ˆ ˆ
    ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ
    ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ . ˆ ˆ De?niciones
    Para un sistema de N partículas, las siguientes
    de?niciones son aplicables: Masa Momento Lineal Momento Angular M
    = ?i mi P = ?i mi vi L = ?i mi ri × vi Trabajo W = ?i Fi
    · dri = ?i ? 1/2 mi (ˆ i )2 Energía
    Cinética ? K = ?i ? 1/2 mi (ˆ i )2 Energía
    Potencial Lagrangiano ? U = ?i – L = K – U Fi · dri
    Principios de Conservación El momento lineal P de un
    sistema aislado de N partículas permanece constante si las
    fuerzas internas obedecen la tercera ley de Newton en su forma
    débil. P = constante d(P)/dt = ?i mi ai = ?i Fi = 0 El
    momento angular L de un sistema aislado de N partículas
    permanece constante si las fuerzas internas obedecen la tercera
    ley de Newton en su forma fuerte. L = constante d(L)/dt = ?i mi
    ri × ai = ?i ri × Fi = 0 La energía
    mecánica E de un sistema de N partículas permanece
    constante si el sistema está sujeto solamente a fuerzas
    conservativas. E = K + U = constante ? E = ? K + ? U = 0 2

    Monografias.com
    . . . . . . . ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ i i i i i
    i Transformaciones La posición inercial ra , la velocidad
    inercial va y la aceleración inercial aa de una
    partícula A respecto a un sistema de referencia S,
    están dadas por: ra = ra – R va = va – ? ×(ra – R) –
    V aa = aa – 2 ? ×(va – V) + ? ×[? ×(ra – R)] –
    a ×(ra – R) – A donde ra , va y aa son la posición,
    la velocidad y la aceleración de la partícula A
    respecto al sistema de referencia S. R, V y A son la
    posición, la velocidad y la aceleración del centro
    de masa del sistema-libre respecto al sistema de referencia S. ?
    y a son la velocidad angular y la aceleración angular del
    sistema-libre respecto al sistema de referencia S. La
    posición R, la velocidad V y la aceleración A del
    centro de masa del sistema-libre respecto al sistema de
    referencia S, y la velocidad angular ? y la aceleración
    angular a del sistema-libre respecto al sistema de referencia S,
    son como sigue: M = ?N mi R = M-1 ?N mi ri V = M-1 ?N mi vi A =
    M-1 ?N mi ai ? = I-1 · L . a = d(? )/dt I = ?N mi [|ri –
    R|2 1 – (ri – R) ? (ri – R)] L = ?N mi (ri – R) × (vi – V)
    donde M es la masa del sistema-libre, I es el tensor de inercia
    del sistema-libre (respecto a R) y L es el momento angular del
    sistema-libre respecto al sistema de referencia S (el
    sistema-libre de N partículas debe ser tridimensional y
    las distancias relativas entre las N partículas deben ser
    constantes) 3

    Monografias.com
    ˆ Ecuación de Movimiento Desde la tercera
    transformación se deduce que la aceleración aa de
    una partícula A de masa ma respecto a un sistema de
    referencia S, está dada por: aa = Fa /ma + 2 ? ×(va
    – V) – ? ×[? ×(ra – R)] + a ×(ra – R) + A donde
    Fa es la fuerza neta que actúa sobre la partícula A
    ( aa = Fa /ma ) Observaciones La mecánica clásica
    alternativa de partículas presentada en este trabajo es
    invariante bajo transformaciones entre sistemas de referencia y
    puede ser aplicada en cualquier sistema de referencia sin
    necesidad de introducir fuerzas ?cticias. Este trabajo considera,
    por un lado, que no todas las fuerzas obedecen la tercera ley de
    Newton (en su forma fuerte o en su forma débil) y, por
    otro lado, que todas las fuerzas son invariantes bajo
    transformaciones entre sistemas de referencia (F = F )
    Finalmente, desde la ecuación de movimiento se deduce que
    un sistema de referencia S es inercial cuando (? = 0 y A = 0) y
    que éste es no inercial cuando (? = 0 o A = 0)
    Bibliografía D. Lynden-Bell and J. Katz, Classical
    Mechanics without Absolute Space (1995) J. Barbour,
    Scale-Invariant Gravity: Particle Dynamics (2002) R. Ferraro,
    Relational Mechanics as a Gauge Theory (2014) A. Torassa,
    Ecuación General de Movimiento (2013) A. Torassa,
    Mecánica Clásica Alternativa (2013) A. Torassa, Una
    Reformulación de la Mecánica Clásica (2014)
    A. Torassa, Un Nuevo Principio de Conservación de la
    Energía (2014) 4

    Monografias.com
    ˆ . ˆ . ˆ . r ˆ v ˆ r ˆ v ˆ v
    ˆ ˆ . 1 2 ˆ . ˆ ˆ r ˆ 2 2 ˆ
    ˆ ˆ ˆ . ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ .
    ˆ . 2 2 ˆ ˆ ˆ r ˆ a ˆ r ˆ v
    ˆ r ˆ a ˆ ˆ r ˆ v ˆ ˆ . ˆ
    ˆ v ˆ r ˆ Apéndice Para un sistema de N
    partículas, las siguientes de?niciones son también
    aplicables: Momento Angular Trabajo Energía
    Cinética L = ?i mi (ˆi – rcm ) × (ˆ i –
    vcm ) W = ?i 12 Fi · d(ˆi – rcm ) = ?i ? 1/2 mi
    (ˆ i – vcm )2 ? K = ?i ? 1/2 mi (ˆ i – vcm )2
    Energía Potencial Lagrangiano ? U = ?i – L = K – U Fi
    · d(ˆi – rcm ) donde rcm y vcm son la posición
    inercial y la velocidad inercial del centro de masa del sistema
    de partículas. ?i 1 mi ai · d(ˆ i – rcm ) = ?i
    1 mi (ˆ i – acm ) · d(ˆ i – rcm ) = ?i ? 1/2 mi
    (ˆ i – vcm )2 El momento angular L de un sistema aislado de
    N partículas permanece constante si las fuerzas internas
    obedecen la tercera ley de Newton en su forma fuerte. L =
    constante d(L)/dt = ?i mi (ˆi – rcm ) × (ˆ i –
    acm ) = ?i mi (ri – rcm ) × ai = ?i ri × Fi = 0 L =
    ?i mi (ˆi – rcm ) × (ˆ i – vcm ) = ?i mi (ri –
    rcm ) × [ vi – ? ×(ri – rcm ) – vcm ] La
    energía mecánica E de un sistema de N
    partículas permanece constante si el sistema está
    sujeto solamente a fuerzas conservativas. E = K + U = constante ?
    E = ? K + ? U = 0 ? K = ?i ? 1/2 mi (ˆ i – vcm )2 = ?i ? 1/2
    mi [ vi – ? ×(ri – rcm ) – vcm ]2 ? U = ?i – 12 Fi ·
    d(ˆi – rcm ) = ?i – 12 Fi · d(ri – rcm ) donde rcm y
    vcm son la posición y la velocidad del centro de masa del
    sistema de partículas respecto a un sistema de referencia
    S y ? es la velocidad angular del sistema-libre respecto al
    sistema de referencia S. Si el sistema de partículas es
    aislado y si las fuerzas internas obedecen la tercera ley de
    Newton en su forma débil entonces: ?i – 1 Fi · d(ri
    – rcm ) = ?i – 1 Fi · dri 5

    Monografias.com
    . 1 2 ¯ ¯ . ¯ ¯¯ ¯ . 1 2 ¯
    ¯ 2 2 ¯ ¯¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯
    ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ¯ ? Nuevo
    Principio de Conservación de la Energía – versiones
    1 & 2 – Para un sistema de N partículas, las
    siguientes de?niciones son también aplicables: Trabajo W =
    ?i Fi · d ri + ? 1/2 Fi · ri = ? K Energía
    Cinética ? K = ?i ? 1/2 mi vi · vi + ai · ri
    Energía Potencial ? U = – ?i Fi · d ri + ? 1/2 Fi
    · ri donde ri = ri – rcm , vi = vi – vcm , ai = ai – acm ,
    ri , vi y ai son la posición, la velocidad y la
    aceleración de la i-ésima partícula, rcm ,
    vcm y acm son la posición, la velocidad y la
    aceleración del centro de masa del sistema de
    partículas, mi es la masa de la i-ésima
    partícula y Fi es la fuerza neta que actúa sobre la
    i-ésima partícula. Si el sistema de
    partículas es aislado y si las fuerzas internas obedecen
    la tercera ley de Newton en su forma débil entonces: ?i 1
    Fi · d ri + ? 1/2 Fi · ri = ?i 1 Fi · dri +
    ? 1/2 Fi · ri El nuevo principio de conservación de
    la energía establece que si un sistema de N
    partículas está sujeto sólo a fuerzas
    conservativas entonces la energía mecánica E del
    sistema de partículas permanece constante. . E = K +U =
    constante ? E = ? K + ? U = 0 El nuevo principio de
    conservación de la energía es invariante bajo
    transformaciones entre sistemas de referencia ya que la
    energía cinética K, la energía potencial U y
    la energía mecánica E de un sistema de N
    partículas son invariantes bajo transformaciones entre
    sistemas de referencia ( F = F | m = m | r = r | v · v + a
    · r = v · v + a · r ) El nuevo principio de
    conservación de la energía puede ser aplicado en
    cualquier sistema de referencia sin necesidad de introducir
    fuerzas ?cticias y sin necesidad de introducir variables externas
    adicionales ( tales como ? , R, V, ?S , etc.)

    Monografias.com
    ? ? ? ? ? ? ? . ? ? ? Mecánica Clásica Alternativa
    IV Alejandro A. Torassa Licencia Creative Commons
    Atribución 3.0 (2014) Buenos Aires, Argentina
    atorassa@gmail.com – versión 2 – Este trabajo presenta una
    mecánica clásica alternativa que es invariante bajo
    transformaciones entre sistemas de referencia y que puede ser
    aplicada en cualquier sistema de referencia sin necesidad de
    introducir fuerzas ?cticias. En adición, un nuevo
    principio de conservación de la energía es
    presentado. Sistema de Referencia Dinámico El sistema de
    referencia dinámico S es un sistema de referencia que
    puede ser utilizado para obtener magnitudes cinemáticas
    (tales como posición dinámica, velocidad
    dinámica, etc.) a partir principalmente de magnitudes
    dinámicas (tales como fuerza, masa, etc.) La
    posición dinámica ra , la velocidad dinámica
    va y la aceleración dinámica aa de una
    partícula A de masa ma respecto al sistema de referencia
    dinámico S, son como sigue: ra = va = . . (Fa /ma ) dt dt
    (Fa /ma ) dt . aa = (Fa /ma ) donde Fa es la fuerza neta que
    actúa sobre la partícula A. Nueva Dinámica
    [1] Una fuerza siempre es causada por la interacción entre
    dos partículas. [2] La fuerza neta Fa que actúa
    sobre una partícula A de masa ma produce una
    aceleración dinámica aa según la siguiente
    ecuación: aa = Fa /ma [3] Este trabajo considera que no
    todas las fuerzas obedecen la tercera ley de Newton (en su forma
    fuerte o en su forma débil) 1

    Monografias.com
    . ? . ? . ? ? ? ? . 1 2 ? v ? . v ? . 1 2 ? . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
    ? ? ? ? ? ? ? ? . ? ? De?niciones Para un sistema de N
    partículas, las siguientes de?niciones son aplicables:
    Masa Momento Lineal Momento Angular M = ?i mi P = ?i mi vi L = ?i
    mi ri × vi Trabajo W = ?i Fi · dri = ?i ? 1/2 mi (?
    i )2 Energía Cinética ? K = ?i ? 1/2 mi (? i )2
    Energía Potencial Lagrangiano ? U = ?i – L = K – U Fi
    · dri Principios de Conservación El momento lineal
    P de un sistema aislado de N partículas permanece
    constante si las fuerzas internas obedecen la tercera ley de
    Newton en su forma débil. P = constante d(P)/dt = ?i mi ai
    = ?i Fi = 0 El momento angular L de un sistema aislado de N
    partículas permanece constante si las fuerzas internas
    obedecen la tercera ley de Newton en su forma fuerte. L =
    constante d(L)/dt = ?i mi ri × ai = ?i ri × Fi = 0 La
    energía mecánica E de un sistema de N
    partículas permanece constante si el sistema está
    sujeto solamente a fuerzas conservativas. E = K + U = constante ?
    E = ? K + ? U = 0 2

    Monografias.com
    ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? . 1/2 ? ? ?
    ? ? Transformaciones La posición dinámica ra , la
    velocidad dinámica va y la aceleración
    dinámica aa de una partícula A respecto a un
    sistema de referencia S, están dadas por: ra = ra + rS va
    = va + ?S × ra + vS aa = aa + 2 ?S × va + ?S ×
    (?S × ra ) + aS × ra + aS donde ra , va y aa son la
    posición, la velocidad y la aceleración de la
    partícula A respecto al sistema de referencia S. rS , vS ,
    aS , ?S y aS son la posición dinámica, la velocidad
    dinámica, la aceleración dinámica, la
    velocidad angular dinámica y la aceleración angular
    dinámica del sistema de referencia S respecto al sistema
    de referencia dinámico S. La posición
    dinámica rS , la velocidad dinámica vS , la
    aceleración dinámica aS , la velocidad angular
    dinámica ?S y la aceleración angular
    dinámica aS de un sistema de referencia S ?jo a una
    partícula S respecto al sistema de referencia
    dinámico S, son como sigue: rS = vS = . . (F0 /ms ) dt dt
    (F0 /ms ) dt . aS = (F0 /ms ) ?S = ± (F1 /ms – F0 /ms )
    · (r1 – r0 )/(r1 – r0 )2 . aS = d(?S )/dt donde F0 y F1
    son las fuerzas netas que actúan sobre el sistema de
    referencia S en los puntos 0 y 1, r0 y r1 son las posiciones de
    los puntos 0 y 1 respecto al sistema de referencia S y ms es la
    masa de la partícula S (el punto 0 es el origen del
    sistema de referencia S y el centro de masa de la
    partícula S) (el punto 0 pertenece al eje de
    rotación dinámica y el segmento 01 es perpendicular
    al eje de rotación dinámica) (el vector ?S es
    colineal con el eje de rotación dinámica) 3

    Monografias.com
    ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Ecuación de Movimiento Desde la
    tercera transformación se deduce que la aceleración
    aa de una partícula A de masa ma respecto a un sistema de
    referencia S, está dada por: aa = Fa /ma – 2 ?S × va
    – ?S × (?S × ra ) – aS × ra – aS . donde Fa es
    la fuerza neta que actúa sobre la partícula A ( aa
    = Fa /ma ) Observaciones La mecánica clásica
    alternativa de partículas presentada en este trabajo es
    invariante bajo transformaciones entre sistemas de referencia y
    puede ser aplicada en cualquier sistema de referencia sin
    necesidad de introducir fuerzas ?cticias. Este trabajo considera,
    por un lado, que no todas las fuerzas obedecen la tercera ley de
    Newton (en su forma fuerte o en su forma débil) y, por
    otro lado, que todas las fuerzas son invariantes bajo
    transformaciones entre sistemas de referencia (F = F )
    Finalmente, desde la ecuación de movimiento se deduce que
    un sistema de referencia S es inercial cuando (?S = 0 y aS = 0) y
    que éste es no inercial cuando (?S = 0 o aS = 0)
    Bibliografía D. Lynden-Bell and J. Katz, Classical
    Mechanics without Absolute Space (1995) J. Barbour,
    Scale-Invariant Gravity: Particle Dynamics (2002) R. Ferraro,
    Relational Mechanics as a Gauge Theory (2014) A. Torassa,
    Ecuación General de Movimiento (2013) A. Torassa,
    Mecánica Clásica Alternativa (2013) A. Torassa, Una
    Reformulación de la Mecánica Clásica (2014)
    A. Torassa, Un Nuevo Principio de Conservación de la
    Energía (2014) 4

    Monografias.com
    ? . ? . ? . r ? v ? r ? v ? v ? ? . 1 2 ? . ? ? r ? 2 2 ? ? ? ? .
    ? ? ? ? ? . ? . 2 2 ? ? ? r ? a ? r ? v ? r ? a ? ? ?r ? v ? ? .
    ? ? ?v ? r ? ? Apéndice Para un sistema de N
    partículas, las siguientes de?niciones son también
    aplicables: Momento Angular Trabajo Energía
    Cinética L = ?i mi (?i – rcm ) × (? i – vcm ) W = ?i
    12 Fi · d(?i – rcm ) = ?i ? 1/2 mi (? i – vcm )2 ? K = ?i
    ? 1/2 mi (? i – vcm )2 Energía Potencial Lagrangiano ? U =
    ?i – L = K – U Fi · d(?i – rcm ) donde rcm y vcm son la
    posición dinámica y la velocidad dinámica
    del centro de masa del sistema de partículas. ?i 1 mi ai
    · d(? i – rcm ) = ?i 1 mi (? i – acm ) · d(? i –
    rcm ) = ?i ? 1/2 mi (? i – vcm )2 El momento angular L de un
    sistema aislado de N partículas permanece constante si las
    fuerzas internas obedecen la tercera ley de Newton en su forma
    fuerte. L = constante d(L)/dt = ?i mi (?i – rcm ) × (? i –
    acm ) = ?i mi (ri – rcm ) × ai = ?i ri × Fi = 0 L =
    ?i mi (?i – rcm ) × (? i – vcm ) = ?i mi (ri – rcm )
    × [ vi + ?S × (ri – rcm ) – vcm ] La energía
    mecánica E de un sistema de N partículas permanece
    constante si el sistema está sujeto solamente a fuerzas
    conservativas. E = K + U = constante ? E = ? K + ? U = 0 ? K = ?i
    ? 1/2 mi (? i – vcm )2 = ?i ? 1/2 mi [ vi + ?S × (ri – rcm
    ) – vcm ]2 ? U = ?i – 12 Fi · d(?i – rcm ) = ?i – 12 Fi
    · d(ri – rcm ) donde rcm y vcm son la posición y la
    velocidad del centro de masa del sistema de partículas
    respecto a un sistema de referencia S y ?S es la velocidad
    angular dinámica del sistema de referencia S. Si el
    sistema de partículas es aislado y si las fuerzas internas
    obedecen la tercera ley de Newton en su forma débil
    entonces: ?i – 1 Fi · d(ri – rcm ) = ?i – 1 Fi ·
    dri 5

    Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

    Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

    Categorias
    Newsletter