Page 314 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

14.9 El péndulo de torsión 295

Cuando el disco se suelta, el par de restitución produce una aceleración angular que es
directamente proporcional al desplazamiento angular. El periodo del movimiento armónico
simple angular producido en esta forma está dado por

T = 2i (14.23)

donde I es el momento de inercia del sistema que oscila y k! es la constante de torsión defi­
nida por la ecuación (14.17).

F igura 1 4 .1 2

Ejemplo 14.8 Un disco sólido de masa igual a 0.40 kg y radio a 0.12 m está sostenido por el centro por
una varilla delgada y rígida que, a su vez, se ha fijado al techo. Se gira la varilla en un
ángulo de 1 rad y luego se le suelta para que oscile. Si la constante de torsión es de 0.025
N • m/rad, ¿cuál será la aceleración máxima y el periodo de oscilación?

Plan: Primero calcularemos el momento de inercia del disco (\m R2). Para determinar la
aceleración angular en función del desplazamiento angular debemos combinar las leyes
de Newton y de Hooke para la rotación, de un modo semejante al usado para la oscila­
ción lineal. El periodo se halla mediante la sustitución directa de los datos en la ecuación
(14.23).

Solución: El momento de inercia del disco es

/ = KnR2 = ^(0.40 kg)(0.12 m)2; / = 2.9 X 10^3 kg • m2

A partir de la ley de Newton, el momento de torsión es igual a la y, con base en la ley de
Hooke, a —k'a, así que
- k'd
la = - k 'd o Oí

-(0.025 N ■ m/rad)(l rad)
a = -8.62 rad/s2
2.9 X 10~3 kg • m2

Después, el periodo T se halla con sustitución directa, de este modo

2.9 X 10 3 kg • nr
T — 2tt \ i — = 2-77
0.025 N • m/rad
T = 2.14 s
Observe que el periodo no es función del desplazamiento angular.