Colisión y movimiento circular

Entre las posibles interacciones de los cuerpos sólidos  en movimiento destacan los choques, en la colisión hace que se modifique el régimen del movimiento de ambos cuerpos. De las leyes que rigen las colisiones  destaca la llamada ley de la conservación de la cantidad del movimiento, que nos dice que la cantidad de movimiento de un sistema aislado permanece constante, es decir, que la suma de las cantidades de movimiento antes y después del cheque son iguales.

Para ilustrar esta ley suponemos dos bolas de billar sobre una mesa y hagamos que choquen. Si conocemos la masa de cada una de ellas y sus velocidades respectivas antes del choque, y determinamos la velocidad de una de ellas después del cheque, es posible calcular la de la otra bola.

Movimiento circular

Trataremos ahora dos tipos particulares de movimiento: el circular y el armónico simple. El primero es aquél por el que el cuerpo describe una trayectoria circular.

Para estudiarlo nos serviremos de muchos de los conceptos definidos para el movimiento rectilíneo, que tienen sus homólogos en éste. Sin embargo, será  necesario considerar un ente, que llamaremos sólido rígido, definido como un cuerpo ideal que no experimenta deformación a causa de las fuerzas que actúan sobre él.

El giro de dicho cuerpo nos permite definir la velocidad angular de un modo análogo a como definimos la velocidad lineal, es decir, el ángulo descrito en función de tiempo.

Dado que los ángulos se miden en grados o en radianes (existiendo una relación entre ellos tal que 360° = 27π radianes), la velocidad angular se medirá en grados/s o radianes/s. Cuando el momento de una fuerza actúa sobre el sólido rígido éste experimenta una aceleración que se define como la variación de la velocidad angular en función del tiempo, y se mide (análogamente al caso del movimiento lineal) en grados/s² o en radianes/s².

La inercia del movimiento lineal tiene, en el caso del circular, un homónimo, que es el momente de inercia; sin embargo, este depende además de la forma del objeto y de la posición que ocupa en él el eje alrededor del cual se verifica la rotación.

Las leyes de Newton nos permiten concluir que el momento angular de un cuerpo determinado es igual al producto de su velocidad angular por el momento de inercia, mientras que la energía cinética de rotación es el semiproducto de dicho momento de inercia por el cuadrado de la velocidad angular.

Finalmente, el trabajo que efectúa el momento de una fuerza que actúa sobre el cuerpo de rotación, es igual a la variación de su energía cinética de rotación, mientras que, cuando no interviene fuerza resultante exterior alguna, el momento angular total  del sistema se conserva.

Las magnitudes del movimiento circular peden expresarse en términos de las correspondientes al movimiento lineal; así, por ejemplo, la distancia recorrida por una particular puede expresarse como el producto de su distancia recorrida por una partícula puede expresarse con el producto de su distancia al eje de rotación por el ángulo descrito por dicho movimiento, mientras que la velocidad angular se obtiene como producto de la distancia al eje por la velocidad angular.

Igualmente, la aceleración puede dividirse  en dos componentes (perpendiculares entre sí), de las que una va dirigida hacia el centro (centrípeta) y la otra es tangente a la trayectoria (tangencial). La primera equivale al cuadrado de la velocidad dividido por la distancia al eje de rotación, mientras que la segunda es la distancia del punto al eje de rotación multiplicada por la aceleración angular.