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Principio d'alembert - Problema propuesto, Solución, Escribimos



1 PRINCIPIO D’ALEMBERT
Considérese una placa rígida de masa m que se mueve bajo la acción de varias fuerzas externas F1, F2, F3,, contenidas en el plano de la placa, considerando también las ecuaciones fundamentales de movimiento en su forma escalar, obtenemos que:

Fx =max

Fy =may
MG= Iα


Las ecuaciones anteriores demuestran que la aceleración del centro de masa G de la placa y su aceleración angular α se obtiene con facilidad una vez que se determinan la resultante de las fuerzas externas que actúan sobre la placa y su momento resultante con respecto a G. Dadas las condiciones iníciales apropiadas, se obtiene entonces las coordenadas x y y del centro de masa y las coordenada angular θ de la placa, mediante integración en cualquier instante t. Por tanto, el movimiento de la placa queda definido por completo por la resultante de momentos con respecto a G de las fuerzas externas que actúan sobre ella.



Esta propiedad es característica del movimiento de un cuerpo rígido. De hecho, el movimiento de un sistema de partículas que no están rígidamente conectadas dependerá, en general, de las fuerzas externas específicas que actúan sobres las diversas partículas, así como también las fuerzas internas.

Como el movimiento de un cuerpo rígido depende únicamente de las resultante y de la resultantede momentos de las fuerzas externas que actúan sobre él, se deduce que dos sistemas de fuerzas equipolentes (es decir, que tienen la misma fuerza resultante y el mismo momento resultante) también son equivalente; es decir, tienen exactamente el mismo efecto sobre un cuerpo rígido dado.

Considérese, en particular, el sistema de fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo rígido y el sistema de fuerzas efectivas asociadas con las partículas que forman el cuerpo rígido estos dos sistemas así definidos son equipolentes. Pero como las partículas consideradas ahora forman un cuerpo rígido, del planteamiento anterior se deduce que los dos sistemas también son equivalentes.

De este modo se puede establecer que las fuerzas externas que actúan sobre un cuerpo rígido equivalen a las fuerzas efectivas de las diversas partículas que forman el cuerpo. Este enunciado se conoce como principio de d’Alembert, en honor del matemático francés Jean le Rond d’Alembert (1717-1783), aun cuando el enunciado original de d’Alembert fue escrito de una forma un poco diferente.
****El modelo atómico de Thomson, es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubrió elelectrón1 en 1897, mucho antes del descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho modelo, el atomo esta compuesto por electrones de carga negativa en un atomo positivo, como un pudín de pasas.2 Se pensaba que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del atomo. En otras ocasiones, en lugar de una nube de carga negativa se postulaba con una nube de carga positiva.

El modelo atómico de Bohr presenta las siguientes características:
* Los electrones no son atraídos por el núcleo, sino que se mueven alrededor del él describiendo órbitas circulares.
* Los electrones adquieren energía, se excitan, por efecto del calor o la electricidad. Al adquirir mayor energía pasan de una órbita interior a otra exterior de mayor energía. De esta manera se vuelven inestables. Entonces, para recuperar su estabilidad regresan a la órbita interior, perdiendo la energía adquirida.
* El nivel energético de los electrones depende de la órbita en que se encuentren.
En1916, Arnold Sommerfeld, con la ayuda de la relatividad de Albert Einstein, hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr
1. Los electrones se mueven alrededor del núcleo, en órbitas circulares o elípticas.
2. A partir del segundo nivel energético existen dos o mas subniveles en el mismo nivel.
3. El electrón es una corriente eléctrica minúscula.
En consecuencia el modelo atómico de Sommerfeld es una generalización del modelo atómico de Bohr desde el punto de vista relativista, aunque no pudo demostrar las formas de emisión de las órbitas elípticas, solo descartó su forma circular.

1.El modelo atómico de Schrödinger es un modelo cuantico no relativista. 
2.Se basa en la solución de la ecuación de Schrödinger para un potencial electrostatico con simetría esférica, llamado también atomo hidrogenoide.
3.El modelo atómico de Schrödinger concebía originalmente los electrones como ondas de materia. 
4.Su ecuación se interpretaba como la ecuación ondulatoria que describía la evolución en el tiempo y el espacio de dicha onda material. 
5.El modelo atómico de Schrödinger predice adecuadamente las líneas de emisión espectrales, tanto de atomos neutros como de atomos ionizados. 
8.Sin embargo, el nombre de 'modelo atómico' de Schrödinger puede llevar a confusión ya que no explica la estructura completa del atomo. El modelo de Schrödinger explica sólo la estructura electrónica del atomo y su interacción con la estructura electrónica de otros atomos, pero no explica como es el núcleo atómico ni su estabilidad.


El hecho de que el sistema de que el sistema de fuerzas externas es equivalente al sistema de fuerzas efectivas es recalcado, donde al utilizar los resultados obtenidos con anterioridad, se reemplazaron las fuerzas efectivas con un vector ma vinculado al centro de maga Gde la placa y un par de momento Iα.

Problema propuesto
Se enrolla una cuerda alrededor de un disco homogéneo de radio r = 0.5 m y masa m = 15 kg. Si se tira de la cuerda hacia arriba con una fuerza T de magnitud de 180 N, determínese

a) la aceleración del centro del disco
b) la aceleración angular del disco
c) la aceleración de la cuerda.

Solución
Ecuaciones del movimiento. Se supone que las direcciones de las componentes ax y ay de la aceleración del centro son, respectivamente, hacia la derecha y hacia arriba, y que la aceleración angular del disco es contraria al sentido de las manecillas del reloj. Las fuerzas externas que actúan sobre el disco son el peso W y la fuerza T ejercida por la cuerda. Este sistema es equivalente al sistema de las fuerzas efectivas, integrado por un vector de componentes max y may fija a G, y un par Iα. Escribimos:

+ Fx= Σ(Fx )ef 0 = max
+↑ Fx= Σ(Fy )ef T – W = may
ay= T-Wm

Como T = 180 N, m = 15 kg y W = (15 kg)(9.18 m/s2) = 147.1 N, tenemos:
ay= 180 N-147.1 Nm = + 2.19 m/s2
+a†¶Σ MG= Σ (MG)ef : - Tr = Iα
-Tr = 12 mr2α
α= -2Tmr= -2 (180 N)15 kg(0.5 m)= -48.0 rad/s2


Como la aceleración de la cuerda es igual a la componente de la aceleración del punto A del disco, escribimos:

acuerda =(aA)t= a+ (aA/G)t
= 2.19 m/s2 ↑+ 0.5m)(48 rad/s2↑


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