Momento angular para niños
El momento angular o momento cinético es una magnitud física que describe la "cantidad de giro" de un objeto. Es como la versión rotacional de la cantidad de movimiento lineal, que describe la "cantidad de movimiento" en línea recta. El momento angular nos ayuda a entender cómo se mueven los cuerpos que giran, desde una bailarina hasta un planeta.
Se mide en kilogramos por metro cuadrado por segundo (kg·m²/s) en el Sistema Internacional de Unidades. Es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene tanto un valor (cuánto gira) como una dirección (hacia dónde apunta su eje de giro).
Una de las ideas más importantes sobre el momento angular es su ley de conservación. Esto significa que, bajo ciertas condiciones, el momento angular de un sistema se mantiene constante, incluso si el sistema cambia de forma o de velocidad. Es como si la "cantidad de giro" total se mantuviera igual.
Contenido
¿Qué es el Momento Angular?
El momento angular es una medida de la inercia de un cuerpo cuando gira alrededor de un punto o un eje. Piensa en la inercia como la resistencia de un objeto a cambiar su estado de movimiento. Si un objeto está girando, su momento angular nos dice qué tan difícil es detenerlo o cambiar su velocidad de giro.
Momento Angular de una Partícula
Para una partícula muy pequeña (como un punto con masa), el momento angular se calcula usando su masa, su velocidad y la distancia desde el punto alrededor del cual está girando. Imagina una piedra atada a una cuerda que haces girar. Su momento angular depende de la masa de la piedra, qué tan rápido la giras y cuán larga es la cuerda.
La dirección del momento angular es perpendicular al plano en el que se mueve la partícula. Puedes imaginarlo usando la "regla de la mano derecha": si tus dedos giran en la dirección del movimiento, tu pulgar apunta en la dirección del momento angular.
Momento Angular y el Momento Dinámico (Torque)
El momento angular de un objeto solo cambia si una fuerza de giro, llamada momento dinámico o torque, actúa sobre él. Piensa en una puerta: para abrirla o cerrarla, aplicas una fuerza que crea un torque alrededor de las bisagras. Si no hay un torque externo, el momento angular del objeto se mantiene constante.
Por ejemplo, cuando usas una llave inglesa para apretar una tuerca, aplicas un torque. Cuanto más larga sea la llave, más fácil será aplicar un torque grande y girar la tuerca, porque la fuerza se aplica a una mayor distancia del centro de giro.
Momento Angular de un Conjunto de Partículas
Si tienes varias partículas, el momento angular total del conjunto es la suma de los momentos angulares de cada una de ellas. Lo interesante es que las fuerzas internas entre las partículas (como la gravedad entre ellas) no cambian el momento angular total del sistema. Solo las fuerzas externas pueden hacerlo.
Esto significa que el momento angular de un sistema de partículas se conserva si no hay momentos dinámicos externos actuando sobre él. Esta regla es muy importante y se aplica a todo, desde los átomos hasta las galaxias.
Momento Angular de un Cuerpo Rígido
Un cuerpo rígido es un objeto que no cambia de forma mientras gira, como una rueda o un planeta. El momento angular de un cuerpo rígido depende de su momento de inercia y de su velocidad angular.
El momento de inercia es una medida de cómo la masa de un objeto está distribuida alrededor de su eje de giro. Si la masa está más lejos del centro, el momento de inercia es mayor. La velocidad angular es qué tan rápido está girando el objeto.
Conservación del Momento Angular
La ley de conservación del momento angular es fundamental en la física. Dice que si no hay un momento dinámico externo actuando sobre un sistema, su momento angular total se mantiene constante. Esto significa que tanto la cantidad de giro como la dirección de su eje de giro no cambian.
Esta ley explica muchos fenómenos que vemos a diario y en el universo:
- Deportes y Artes: Una bailarina o una patinadora sobre hielo giran más rápido cuando encogen sus brazos y piernas. Al hacerlo, disminuyen su momento de inercia (la masa se acerca al centro), y para que el momento angular se conserve, su velocidad de giro debe aumentar. Cuando extienden sus brazos y piernas, su momento de inercia aumenta y giran más lento. Lo mismo ocurre con los saltos en trampolín o la forma en que las bicicletas mantienen el equilibrio.
- Satélites y Sondas Espaciales: Los ingenieros usan la conservación del momento angular para controlar la orientación de los satélites en el espacio. Si un satélite necesita girar, un motor hace girar una rueda interna (un volante de inercia) en una dirección. Para conservar el momento angular total, el satélite gira en la dirección opuesta.
- Estrellas: Cuando algunas estrellas muy grandes se contraen y se convierten en púlsares (estrellas de neutrones), su tamaño se reduce drásticamente. Esto disminuye enormemente su momento de inercia. Para conservar su momento angular, su velocidad de rotación aumenta de forma increíble, girando muchas veces por segundo.
- Sistema Tierra-Luna: La Luna ejerce una fuerza de marea sobre la Tierra, lo que crea un pequeño momento dinámico. Este momento hace que la rotación de la Tierra se ralentice muy lentamente (los días se hacen un poco más largos con el tiempo). Para conservar el momento angular total del sistema Tierra-Luna, la Luna se aleja gradualmente de la Tierra y su propia velocidad orbital aumenta.
Un Ejemplo Sencillo
Imagina una masa que gira atada a un hilo que pasa por un tubito. Si tiras del hilo, la masa se acerca al centro de giro, lo que reduce el radio de su trayectoria. Como no hay fuerzas externas que generen un torque, el momento angular de la masa debe conservarse. Para que esto suceda, la masa debe girar más rápido. Es el mismo principio que usa la patinadora.
Si sueltas el hilo, la masa se aleja del centro y su velocidad de giro disminuye. Este experimento demuestra cómo la velocidad de giro y la distancia al centro están relacionadas para mantener el momento angular constante.
Véase también
En inglés: Angular momentum Facts for Kids
