Momento angular | momento de rotación
El momento angular o de rotación (L) de un objeto que gira alrededor de un eje es el producto de su momento de inercia y su velocidad angular:
donde
es el momento de inercia (resistencia a la aceleración o desaceleración angular, igual al producto de la masa por el cuadrado de su radio medido perpendicularmente desde el eje de rotación);
es la velocidad angular.
Existen tres tipos de momento angular: el momento angular vibracional, el momento angular de espín y el momento angular orbital.
El momento angular de la patinadora artística se conserva: al disminuir su radio retrayendo sus brazos y piernas, su momento de inercia disminuye, pero su velocidad angular aumenta para compensar.
Momento angular vibratorio
El momento angular vibratorio es el de los fotones. Su porción mínima es el cuanto de vibración o acción de Planck:
Según esta imagen, la creación de fotones debe considerarse como el punteo de una guitarra, como un aumento repentino de la excitación de uno de los modos de vibración.
-Davies, Paul. The Forces of Nature CUP, 1979, p. 116
... a un cuanto de energía de vibración, como el de Planck, debe corresponder un cuanto de energía de rotación ...
-Birtwistle, George La teoría cuántica del átomo CUP, 2015, pp. 2-3
El cuanto de acción de Planck, h, tiene precisamente las dimensiones de un momento angular ...
-Biedenharn, L. C.; Louck, J. D. Angular Momentum in Quantum Physics Addison-Wesley Pub. Co., Advanced Book Program, 1981
Momento angular de giro
El momento angular de giro es el de un objeto que gira alrededor de un eje que pasa por el centro del objeto (por ejemplo, una peonza que gira alrededor de su eje central).
Un objeto que está muy separado del eje de rotación tiene un gran momento de inercia: es muy difícil hacer que empiece a girar, pero una vez que se pone en marcha, es muy difícil hacer que se detenga. Del mismo modo, es más fácil hacer que un objeto comience a girar a una velocidad angular baja que hacer que comience a girar a una velocidad angular alta. Por ello, el momento angular de giro depende tanto de lo extendido que esté el objeto (momento de inercia) como de lo rápido que esté girando (velocidad angular).
Momento angular orbital
El momento angular orbital es el de un objeto que gira alrededor de un eje que no pasa por el centro del objeto. Por ejemplo, el Sol y la Tierra se orbitan mutuamente girando alrededor de un eje que pasa por el Sol, pero no por el centro del mismo. El momento angular orbital mide lo difícil que sería hacer que el objeto dejara de girar alrededor del eje.
Conservación
El momento angular es una cantidad conservada: el momento angular de un objeto permanece constante a menos que un par externo actúe sobre él.
El momento angular tiene tanto una dirección como una magnitud, y ambas se conservan. Las motocicletas, los frisbees y las balas estriadas deben todas sus propiedades útiles a la conservación del momento angular. La conservación del momento angular es también la razón por la que los huracanes tienen espirales y las estrellas de neutrones tienen altas tasas de rotación. En general, la conservación limita el movimiento posible de un sistema pero no lo determina de forma exclusiva.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el momento angular?
R: El momento angular, también conocido como momento de rotación, es el producto del momento de inercia de un objeto y su velocidad angular.
P: ¿Cómo se calcula el momento angular?
R: El momento angular se calcula multiplicando el momento de inercia de un objeto y su velocidad angular. Esto puede expresarse matemáticamente como L = Iù, donde I es el momento de inercia (la resistencia a la aceleración o desaceleración angular) y ù es la velocidad angular.
P: ¿Cuáles son los tres tipos de momento angular?
R: Los tres tipos de momento angular son el vibracional, el de giro y el orbital.
