CONSIDERACIONES MECÁNICAS DE LOS GIROS

Transcripción

1 CONSIDERACIONES MECÁNICAS DE LOS GIROS El giro o rotación de un cuerpo sucede cuando los puntos de su trayectoria describen arcos de circunferencias alrededor de un eje que es solidario (pertenece) al cuerpo. Como ejemplo se puede tomar un giro sobre el eje longitudinal de un gimnasta o la rotación que sobre su eje realiza la Tierra. Una vuelta o movimiento circular sucede cuanto todos los puntos del cuerpo describen arcos de circunferencia paralelos entre sí. Un ejemplo gimnástico sería la gran vuelta en barra o el suceso de traslación de la Tierra. En los dos casos el eje sobre el que se gira no pertenece al cuerpo (barra y sol). Un movimiento roto-traslatorio se produce cuando el eje de giro solidario se desplaza mientras el cuerpo rota, alrededor de un eje externo, como una bailarina que realiza una vuelta en el espacio mientras gira sobre sí mismo o el movimiento de rotoraslación de la Tierra. Para facilitar su comprensión mecánica es necesario el manejo de los siguientes conceptos: PERÍODO - FRECUENCIA - VELOCIDAD ANGULAR - VELOCIDAD TANGENCIAL O DE ARCO - ACELERACIÓN ANGULAR Y TANGENCIAL - ACELERACIÓN CENTRÍPETA O RADIAL - INERCIA, CUPLA Y PALANCA. MOMENTO DE INERCIA Y MOMENTO DE FUERZA. PERÍODO: barrer un ángulo de 360º. Es el tiempo que demora un cuerpo en recorrer un giro completo o FRECUENCIA: Es la cantidad de giros, vueltas o revoluciones que se realizan en la unidad de tiempo. VELOCIDAD ANGULAR: Es el ángulo barrido por unidad de tiempo. 1

2 VELOCIDAD TANGENCIAL O DE ARCO: Es la relación entre el arco que recorre el cuerpo y el tiempo que demora en recorrerlo. Su dirección se pone de manifiesto por la tendencia que posee el cuerpo que gira a escapar por la tangente del arco o círculo que describe. En cada punto de la trayectoria circular el cuerpo tiende a salirse por la línea tangente al arco (recordemos que tangente es la recta que toca el arco en un solo punto sin cortarlo y que en elc aso de una circunferencia es perpendicular a su radio). ACELERACIÓN ANGULAR: Es el cambio de la velocidad angular (variación) en la unidad de tiempo; esta variación provca también un cambio en la velocidad tangencial, lo que resulta en una aceleración tangencial también, conocida como centrífuga. Ejemplo: en la gran vuelta el cuerpo decelera en el ascenso y decelera en el descenso, influenciado siempre por la atracción gravitatoria, por lo que hay aceleración angular y tangencial porque varía la velocidad angular, ya que el ángulo barrido no es el mismo en la unidad de tiempo. La velocidad angular y tangencial se relacionan a través del radio de giro y se conoce la velocidad tangencial conociendo los dos parámetros mencionados (Vel. T. y r. de Giro). Para una misma velocidad angular hay distintas velocidades tangenciales ya que si tomamos radios diferentes en su distancia al eje de giro las velocidades serán distintas. Un ejemplo claro es la situación del doblar de la filas en los desfiles, el individuo cercano al eje recorre el mismo ángulo que el que está más alejado, pero el primero tendrá menos velocidad tangencial y recorrerá menos arco que el segundo para barrer el mismo ángulo. En la gimnasia, en una impulsión de brazos para un salto, si midiéramos la velocidad tangencial de las manos sería mayor que la del húmero. (Grafique) 2

3 ACELERACIÓN TANGENCIAL (CENTRÍPETA): Se debe al cambio de dirección de la velocidad tangencial en cada punto de la trayectoria y su dirección es siempre coincidente con el radio de giro, siendo el sentido hacia el eje. Un giro se produce cuando la Fuerza Centrípeta Radial se equilibra o neutraliza con la Fuerza Centrífuga o Tangencial Se habla de fuerza ya que ésta es igual a masa por aceleración (F - m.a) y como la masa es una magnitud escalar, por lo tanto sin dirección ni sentido, o sea una cantidad se convierte en vector debido a la aceleración, tomando de ella su dirección y su sentido. INERCIA: Es la resistencia que opone un cuerpo al cambio de su estado de movimiento (Ley de Newton) a menos que una fuerza externa intervenga y lo modifique. MOMENTO DE FUERZA: M - F ^ d M es igual al producto vectorial de Fuerza por distancia, siendo la "distancia" desde el eje hasta el punto de su aplicación (de la Fuerza) lo que se llama brazo de momento. MOMENTO DE INERCIA: Es la resistencia que opone un cuerpo a la rotación, a menos que un momento de Fuerza intervenga. 3

4 Todo cuerpo es un estado de movimiento (reposo rectilíneo uniforme, curvilíneo uniforme) posee la cualidad de resistir (inercia) a la acción que provoque un cambio de ese estado. Estado de Traslación - Fuerza versus Inercia. Estado de Rotación - momento de Fuerza vs. momento de Inercia. En los movimientos de giro con distancia de radio o brazos de momentos diferentes, el ángulo barrido es el mismo por todos los radios, tienen la misma velocidad angular. La velocidad tangencial es mayor a mayor brazo pero su distancia al giro será también mayor en la fibra más alejada. El momento de la fuerza es directamente proporcional a las dos magnitudes (distancia y fuerza). Un ejemplo clásico es el "sube y baja". Si se colocan un niño delgado y un obeso, a cada extremo del mismo, los dos brazos o momentos son iguales, pero la tabla cederá hacia el lado de mayor peso: para lograr el equilibrio se acercará al eje al niño de mayor peso, lo que es lo mismo que acortar el brazo del momento, con lo que se disminuye el efecto de giro. Este fue un descubrimiento de Arquímedes, y el primer modelo físico de aplicación ya que abstrayéndose de los elementos, se relacionan el brazo y la intensidad de la fuerza con el momento de la fuerza. Arquímedes, mediante la geometría, explica el fenómeno que descubre con la balanza y los puntos de aplicación de las cargas en sus brazos. El coloca dos cargas iguales, pero una de ellas distribuída de tal forma, que la resultante equidista de la otra que está concentrada en un punto. Cuando concentra la carga distribuída sobre su resultante la balanza continúa en equilibrio, pero al alejar la misma ampliando el brazo, la balanza cede hacia ese extremo, verificando así la incidencia del brazo de palanca. (Grafique) 4

5 En Gimnasia se comprueba con las dificultades que surgen en aquellas técnicas de giro, en las que los brazos de palanca se alejan del eje (mortal en plancha). También se utiliza la tensión de los brazos para provocar y ayudar los impulos en los igros en el eje longitudinal, por ejeplo. se facilita el mismo en su iniciación extendiendo lateralmente el brazo del lado contrario al del sentido de giro, aunque aquí cobra importancia el concepto de "cupla". CUPLA: Son dos fuerzas de direcciones paralelas y sentidos opuestos que al aplicarse en un cuerpo producen una rotación alrededor de un eje solidario al mismo. Veamos el caso del mortal adelante, donde las fuerzas de las piernas hacia arriba son paralelas y de sentido contrario a las del tronco y brazos que son hacia abajo, produciendo el giro, quedando de manifiesto aquí que los momentos de cada fuerza de la cupla se suman. (Grafique) 5

6 En el giro sobre el eje longitudinal, un brazo del ejecutante tendrá un sentido hacia adelante, mientras el otro va hacia atrás en sentido opuesto impulsando el giro. PALANCA: Es un mecanismo que permite el ahorro de esfuerzo por lo que se considera una máquina simple. Sus elementos son: - una barra, no articulada y por lo tanto considerada rígida. - un punto de apoyo alrededor del cual se considera que la barra gira. - las fuerzas actuantes, denominadas potencia y resistencia y el de sus puntos de aplicación. - brazos de la palanca, que son la distancia entre el punto de apoyo y el punto de aplicación de la fuerza, siempre que, el ángula entre la barra y la dirección de la fuerza sea de 90º. (Grafique) Si el ángulo no es de 90º el brazo es la distancia del punto de apoyo a la dirección de la fuerza. Esta distancia es el segmento que tiene por extremos el punto de apoyo y el pie de la perpendicular a la dirección de la fuerza. (Grafique) 6

7 Cada brazo de la palanca, es un momento de fuerza donde la fuerza, es efectuada como Potencia o como Resistencia, con su respectivo brazo referido a la dirección de la Fuerza. En la palanca los momentos tienden a equilibrarse, el desarrollo del análisis de estos mecanismos consisten en obtener esos equilibrios (Teorema de Varignon). En el mecanismo de la cupla los momentos se suman. Las palancas se clasifican en tres géneros, en función de las posiciones relativas entre el punto de apoyo, de Potencia y de Resistencia. Primer Género: está entre la El caso del sube y baja ya descripto donde el punto de apoyo Potencia y la Resistencia (PAR). (Grafique) En Gimnasia la posición de plancha facial. Segundo Género: (ARP). La Resistencia se halla entre el punto de apoyo y la Potencia Ejemplo práctico: la carretilla. (Grafique) 7

8 En Gimnasia la llamada posición de Lagartija, en la extensión de brazos en la posición decúbito facial libre, donde el punto de apoyo son los pies, la Potencia los brazos y la Resistencia en el centro de Gravedad, el peso del cuerpo. (Grafique) Tercer Género: (APR). La Potencia se ubica entre el punto de Apoyo y la Resistencia Ejemplo práctico: la caña de pescar. (Grafique) En Gimnasia la elevación del tronco en posición decúbito dorsal por acción de abdominales. (Grafique) En los movimientos de giro con distancias de radio o brazos de momentos diferentes, el ángulo barrido es el mismo por todos los radios, es decir tienen la misma velocidad angular, la velocidad tangencial es mayor en el extremo del mayor 8

9 brazo pero la resistencia al giro será también mayor en el brazo mayor o sea en la fibra más alejada según terminología técnica de ingeniería. 9