Fuerza en el eje de la rueca

Tienes un concepto erróneo de la regla de la mano derecha. Para ser justos, es un poco confuso, pero a lo que realmente se aplica es al concepto de torque.

La dirección a la que apunta el pulgar en realidad no muestra la dirección de la fuerza, sino el eje alrededor del cual se aplica. Esto es útil porque la dirección en la que se aplica la fuerza en una rueda siempre es diferente. Expresando la fuerza en términos del vector normal a ella, podemos describir una fuerza que actúa sobre cualquier punto de la circunferencia de la rueda.

Entonces, la fuerza siempre es tangente al círculo de la rueda y no hacia afuera como supuso.

La regla de la mano derecha (o regla de la mano izquierda en el Reino Unido) se usa para calcular el resultado de una operación de productos cruzados. Se puede aplicar a muchas cosas. En su caso, con un cuerpo giratorio, desea establecer el par neto de una fuerza aplicada.

Hay muchas maneras de usar tu mano con productos cruzados. Vea algunos ejemplos a continuación:

Tengo un código de colores, con rojo el primer vector dado, verde el segundo y azul el resultado del producto cruzado. También se incluye la convención para rotaciones y pares positivos como vectores. El giro en la dirección de la flecha curva verde se indica mediante un vector a lo largo de la flecha roja.

Entonces la regla para los momentos de una fuerza$\vec{F}$aplicado en un lugar$\vec{r}$es

$$\vec{M} = \vec{r} \times \vec{F}$$

elija qué dedos usar, pero siempre use rojo para el primer vector ($\vec{r}$), verde para el segundo ($\vec{F}$) y azul para el resultado$\vec{M}$.

PD. Uso la regla de la mano derecha para averiguar de qué manera atornillar o aflojar un perno. Muevo mi pulgar hacia la dirección en la que quiero que vaya el cerrojo y giro en la dirección en la que van mis dedos.

En física, distinguimos el momento angular y el momento lineal. Ambos son cantidades vectoriales, y si bien eso tiene sentido para el momento lineal, inicialmente es un concepto sorprendente para el momento angular. ¿Cómo le das una "dirección" a algo que está girando?

La respuesta es: apunta a lo largo del eje de rotación, porque esa es la única dirección que es constante mientras todos los puntos en el objeto giratorio se mueven en diferentes direcciones. Una vez que tenemos el eje definido, necesitamos una convención para el signo: cuando miro un tocadiscos de vinilo antiguo, ¿el vector de momento angular apunta hacia arriba o hacia abajo? Ahora el disco gira en el sentido de las agujas del reloj, y si sostengo la mano derecha de modo que mis dedos apunten en la dirección de rotación, entonces mi pulgar apunta hacia abajo.

En el caso de las ruedas de un automóvil, eso significa que las ruedas del lado derecho, que giran en el sentido de las agujas del reloj como se observa desde el costado, tienen su vector de momento angular apuntando hacia el automóvil (hacia el lado izquierdo del automóvil). A la izquierda del automóvil, las ruedas parecen girar en sentido contrario a las agujas del reloj y el vector de momento angular señala ( que aún significa "a la izquierda del automóvil").

Ahora, cuando tengo un objeto giratorio que está sujeto a un par (que también se puede describir como una cantidad vectorial), entonces el objeto cambiará su momento angular y este cambio en el momento angular seguirá las reglas normales de la suma de vectores: si el par el vector está alineado con el vector de momento angular, el objeto se acelerará (comenzará a girar más rápido); si apunta 180° hacia el otro lado, el objeto se desacelerará (disminuirá la velocidad); y si el par está apuntando en cualquier otra dirección, resultará en precesión : es decir, la dirección del eje giratorio cambiará de una manera que inicialmente no es nada intuitiva. Así se explican los giroscopios...