Esta hoja didáctica cubre temas seleccionados de HL para el curso cuya primera evaluación fue en 2025; no constituye todo el programa.
Requisitos previos: leer las cantidades y unidades indicadas, y aplicar aritmética y las condiciones del modelo siguientes.
Los ejemplos son originales y ficticios: no son mediciones reales ni investigaciones estudiantiles reales.
4.2
Cuerpos rígidos y dinámica rotacional
¿Qué explicaría esta observación?
Una puerta es más fácil de abrir cuando se empuja cerca de su borde exterior. El tamaño de la fuerza sola no determina el efecto giratorio.
Construya el modelo
El torque depende de la fuerza y la distancia perpendicular al eje.
El momento de inercia describe la resistencia a la aceleración angular y depende de la distribución de masa respecto a un eje especificado.
torque: Efecto de giro respecto a un eje.
momento de inercia: Resistencia a la aceleración angular respecto a un eje especificado.
Momento = fuerza × distancia perpendicular = 10 N × 0.30 m = 3.0 N m
Elija evidencias que puedan probarlo
Para un cuerpo rígido respecto a un eje fijo, el torque neto es igual al momento de inercia multiplicado por la aceleración angular.
La energía cinética rotacional depende del cuadrado de la velocidad angular.
El momento angular se conserva cuando el torque externo neto es cero.
En el laboratorio: Dibuja el punto de apoyo, la dirección de la fuerza y el brazo de palanca perpendicular. No uses la distancia inclinada desde el punto de apoyo hasta el punto de aplicación de la fuerza a menos que sea perpendicular a la fuerza. Para los experimentos, mantén las piezas giratorias protegidas y las cargas aseguradas.
Trabaje desde cantidades conocidas
Datos: Una fuerza de 10 N perpendicular actúa a 0.30 m de un eje.
Si el momento de inercia es 0.60 kilogramo metro cuadrado, la aceleración angular = torque/inercia = 3.0/0.60 = 5.0 radianes por segundo cuadrado.
Tu turno: Una fuerza de 12 N actúa perpendicularmente a 0.25 m del punto de apoyo. Encuentra el torque.
Verifique la conclusión y sus límites
El torque tiene unidad N·m pero es un efecto de giro, no una forma de almacenamiento de energía.
El momento de inercia cambia si la misma masa se aleja más del eje.
Falso: El momento de inercia depende solo de la masa total, nunca de su distribución. El momento de inercia depende de cómo está distribuida la masa respecto al eje: la misma masa total más alejada del eje produce un mayor momento de inercia. Con torque externo despreciable, un patinador gira más rápido al acercar los brazos porque el menor momento de inercia debe acompañarse de una mayor velocidad angular.
Clave:
El torque depende de la fuerza y la distancia perpendicular al eje.
Para un cuerpo rígido respecto a un eje fijo, el torque neto es igual al momento de inercia multiplicado por la aceleración angular.
Presta atención: el torque tiene unidad N·m pero es un efecto de giro, no una forma de almacenamiento de energía.
Escribir a partir de un momento de 8 newton-metro
Una fuerza de 20 N actúa perpendicularmente a 0.40 m del punto de apoyo.
Calcula el torque. El momento de inercia depende de cómo está distribuida la masa.
Escribir a partir de una cantidad de movimiento angular conservada
A skater spins with inertia 4.0 kg m² at 3.0 rad s⁻¹ and pulls her arms in, halving the inertia to 2.0 kg m².
L = Iω se conserva: 4.0 × 3.0 = 2.0 × ω, por lo tanto ω = 6.0 rad s⁻¹ — la mitad de la inercia implica el doble de velocidad angular.
Escribir a partir de una balanza equilibrada
Un niño de 300 N se sienta a 2.0 m a la izquierda del pivote; un adulto de 600 N se sienta a la derecha.
Momentos equilibrados: 300 × 2.0 = 600 × d, por lo tanto d = 1.0 m — momentos iguales y opuestos, no fuerzas iguales.
Explorar
The force angle changes the lever arm
Start with 10 N perpendicular to a 0.30 m radius and I = 0.60 kg·m². Compare the radius with the perpendicular lever arm, and connect net torque to angular acceleration.
