Según la ley de Newton, un objeto se mueve en línea recta con velocidad constante si no actúa sobre él ninguna fuerza.
Ninguna parte de una bola en rotación se mueve en línea recta (excepto las del eje, que son estáticas). ¿Cómo es posible entonces que la bola siga girando en ausencia de una fuerza externa?
En primer lugar, una afirmación más precisa es que "un objeto se moverá con velocidad constante si no hay ninguna fuerza externa que actúe sobre él". Esto es lo mismo que decir que el objeto se mueve en línea recta, a menos que su velocidad sea cero, en cuyo caso no se mueve. Ya se ha señalado en los comentarios que las piezas individuales de la pelota no son objetos bajo ninguna fuerza externa.
La afirmación habitual de que un objeto sin fuerza externa se mueve con velocidad constante se aplica en general al movimiento de su centro de masa. Alternativamente, se aplica a masas puntuales (para las que es difícil hablar con sentido de rotaciones), pero esto no es más que un caso especial de la afirmación anterior. En tu caso, el centro de masa sí tiene una velocidad constante: es cero.
Para describir el movimiento de un sistema de forma más completa, podríamos decir "el centro de masa de un sistema sin fuerza externa o par que actúe sobre él tiene una velocidad constante, y el sistema tiene un momento angular constante alrededor de su centro de masa". Hay que admitir que esto no es tan corto y dulce. Para un cuerpo rígido, podríamos decir "un cuerpo rígido se mueve con velocidad constante mientras gira alrededor de su centro de masa con momento angular constante".
Si observamos la pelota en su conjunto, no tiene fuerza neta y se mueve en línea recta. Sin embargo, si sólo observas una parte de la pelota, debes tener en cuenta las fuerzas que actúan sobre esa parte.
Cada porción de la bola (excepto las que están en el eje) está siendo atraída hacia el eje por fuerzas intermoleculares y demás, por lo que no continúan moviéndose en línea recta. Esto se debe a que las fuerzas intermoleculares intentan mantener la bola en la misma forma.
Si esas fuerzas desaparecieran, las porciones de la bola sería continúan moviéndose en línea recta. Si haces girar un CD muy rápido, las fuerzas intermoleculares no son suficientes y las piezas se separan y se mueven en línea recta. .
Según la ley de Newton, un objeto se moverá en línea recta con velocidad constante si no actúa sobre él ninguna fuerza.
Esta afirmación (como todas las leyes de Newton) se aplica a un objeto puntiforme . Está claro que una bola giratoria no se ve como un único punto, sino como un conjunto de puntos conectados mediante enlaces (a objeto macizo o cuerpo rígido De hecho, no tiene sentido hablar de un objeto puntual que gira sobre sí mismo. Estos puntos ejercen fuerzas entre sí.
La 1ª ley de Newton establece, como tú citas, que un objeto en movimiento rectilíneo tratará de permanecer en movimiento rectilíneo.
Pero no afirma lo contrario, que un objeto en no -movimiento en línea recta no seguir moviéndose de esa manera en particular.
Para averiguar si también se mantienen otros tipos de movimientos, debemos aplicar algunas otras leyes. Resulta que a partir de la 3ª ley de Newton se puede traducir la tendencia del movimiento rectilíneo al movimiento de rotación en el caso de cuerpos rígidos, ya que las fuerzas intermoleculares provocan el giro de cada partícula. En general, se produce un giro puro sin efectos de traslación, lo que, según la fórmula de la aceleración centrípeta, significa que todas las partículas del objeto en rotación no se ralentizarán. En conjunto, tenemos pues una rotación que no se frena sin que actúe ningún par externo.
Para responder a tu pregunta con más claridad (o, mejor dicho, con más relativa libertad) podemos hacer algunas suposiciones básicas sobre un escenario concreto. Estas suposiciones no son estrictamente necesarias, pero simplifican la situación lo suficiente como para incluir sólo la física básica
Entonces tu bola no se mueve a ninguna parte. Está rotando alrededor de un eje estático para conservar su momento angular. Sí, tiene moléculas que se mueven en una trayectoria circular y la tendencia de las moléculas a alejarse de la bola a velocidad tangencial se equilibra con las fuerzas intermoleculares que actúan hacia el interior. Por tanto, en ausencia de una fuerza neta, el centro de la bola se mantiene inmóvil (el centro se representa como un punto, y la rotación de un punto alrededor de su propio eje es indefinida porque es singular), y las moléculas de la bola (o cualquier punto que no se encuentre en el centro exacto de la bola) siguen moviéndose en una trayectoria circular a una velocidad angular constante.
Así que, en esencia, aunque la pelota no tiene fuerzas externas que actúen sobre ella, sigue teniendo fuerzas internas intermoleculares (y también intramoleculares) que actúan sobre cada una de sus partículas para convertir el momento lineal de cada partícula en momento angular en cada caso, de ahí que el movimiento a velocidad lineal de las partículas se convierta en movimiento circular. Eso es la rotación. Cada partícula está sujeta a la fuerza externa de otras partículas que residen en ella, de ahí el movimiento circular (debido al gradiente de velocidad lineal a lo largo del eje normal al eje de rotación) de las partículas del cuerpo rígido en rotación.
Pregunta importante : ¿Por qué existe una diferencia de velocidad lineal a lo largo del eje normal al eje de rotación?
Respuesta : Porque así es como se imparte el movimiento de rotación a nuestra bola giratoria al inicio de nuestro movimiento, es decir, para hacer un gradiente positivo. gradiente de velocidad lineal hacia afuera a lo largo del eje perpendicular al al eje de rotación. Físicamente una forma de hacerlo es aplicando dos fuerzas equivalentes pero opuestas en dos puntos exactamente opuestos de un perímetro de un gran círculo sobre la bola.
Pregunta pertinente : ¿Qué ocurre con las moléculas en el eje exacto de rotación?
Respuesta : Bueno, giran alrededor del eje exacto de rotación de la bola. Pero aún así, partes de ellos (átomos) se estarán moviendo alrededor (significa en una trayectoria circular no cambiando la posición relativa de un punto a otro punto de la bola). Si Si te acercas a más de eso entonces habrá efectos cuánticos y la incertidumbre de Heisenberg.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
