Energía cinética de un objeto que gira sobre un eje que no pasa por el centro de masa

Estoy un poco confundido acerca de la energía cinética de un objeto giratorio cuando el eje de rotación no pasa por el centro de masa. Por ejemplo, considere un aro delgado de masa metro y radio R que cuelga de un pivote y es libre de girar alrededor de ese pivote. Si el aro estuviera girando alrededor de su centro de masa, la energía cinética sería simplemente

k = 1 2 I ω 2 = 1 2 metro R 2 ω 2 ,
porque el centro de masa del aro no se mueve (es decir, la energía cinética de traslación es cero). Sin embargo, cuando el aro gira alrededor del pivote, el centro de masa ya no está estacionario. ¿Se compensa esto con el cambio en el momento de inercia, o es necesario agregar esta pieza de traslación? En otras palabras, ¿tenemos
k t o t = k t r a norte s + k r o t = 1 2 metro v 2 + 1 2 I ω 2 = 1 2 metro ( R ω ) 2 + 1 2 ( 2 metro R 2 ) ω 2 = 3 2 metro R 2 ω 2
o
k t o t = k t r a norte s + k r o t = 0 + 1 2 I ω 2 = 1 2 ( 2 metro R 2 ) ω 2 = metro R 2 ω 2
Estoy bastante seguro de que la última es la respuesta correcta, pero solo quería asegurarme de que estoy pensando en esto correctamente.

El error está en su 1er eqn para k t o t : usó el momento de inercia sobre un punto en el borde ( 2 metro R 2 ), en lugar de eso deberías haber usado el momento de inercia con respecto al centro ( metro R 2 ).
¿Qué pasa si además de la rotación sobre un eje externo, el cuerpo también gira sobre un eje a través de com? Entonces, ¿cómo encontrar la energía cinética total?

Respuestas (2)

Obtiene el mismo resultado con ambos métodos si los usa correctamente. Si elige descomponer el movimiento en movimiento de COM y rotación alrededor de COM , entonces, por supuesto, la parte rotatoria debe usar el momento de inercia alrededor de COM. Así que no hay diferencia. Puede usar cualquier forma, solo use los términos correctos.

¿Qué pasa si el anillo gira alrededor de un eje a través de su propio com, además de la rotación alrededor del eje externo?

La energía cinética de un cuerpo rígido de masa metro girando alrededor de un punto fijo O con velocidad angular ω = ω norte ^ y trasladándose con velocidad V es dado por

T = 1 2 metro V 2 + 1 2 ω 2 I norte + metro R C metro ( V × ω ) ,
dónde I norte el momento de inercia con respecto al eje a lo largo norte ^ y R C metro es el vector centro de masa con respecto al punto O . Si O es el centro de masa, entonces R C metro = 0 .

En tu ejemplo, el pivote es el punto O y como es fijo, V = 0 . Por otro lado, I norte = 2 metro R 2 es el momento de inercia relativo al eje que pasa por el pivote y perpendicular al plano del aro. De este modo

T = metro R 2 ω 2 .