Meccanica razionale/Sistemi rigidi/Energia cinetica

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Energia cinetica di un corpo rigido

Se abbiamo un corpo rigido la velocità di ogni suo singolo punto è data, rispetto ad una terna di riferimento generico solidale con il corpo, dalla nota formula(6)

vp=vo+ΩOP

Se prendiamo la terna di riferimento con origine nel baricentro (terna centrale) 'G', abbiamo:

vp=vG+ΩGP

L'energia cinetica che compete quindi alla massa 'dm' con centro nel punto 'P' è data secondo la definizione da:

dT=dm2(vG+ΩGP)2

Ora possiamo anche scrivere:

vpvG=ΩGP

cioè

dT=dm2[vG+(vpvG)]2=dm2[vG2+(vpvG)2+2vG×(vpvG)]

ed ancora

dT=dm2vG2+dm2(vpvG)2vG×(vpdmvGdm)

ed integrando

T=vG22V.dm+12V.(vpvG)2vG×(V.vpdmvGV.dm)

avremo quindi in definitiva:

T=12MvG2+12V.(ΩGP)2dm

in quanto per definizione di quantità di moto totale di un sistema

V.vpdmV.vGdm=MvGMvG=0

Considerando che :

ΩGP=(qzry)i+(rxpz)j+(pyqx)k

abbiamo di conseguenza:

(ΩGP)2=(vpvG)2=(qzry)2+(rxpz)2+(pyqx)2=
 (z2+x2)q2+(z2+y2)p2+(x2+y2)r22qrzy2rpxz2pqxy.

E quindi eseguendo l'integrale abbiamo:

12[q2V.(z2+x2)ρdv+p2V.(z2+y2)ρdv+r2V.(x2+y2)ρdv
2qrV.zyρdv2rpv.xzdv2pqV.xydv]=
12(Ap2+Bq2+Cr22qrA12rpB12pqC1).

Se la terna di riferimento è principale di inerzia A1=B1=C1=0 l'energia cinetica totale del corpo rigido è data da:

T=12(Ap2+Bq2+Cr2)+12MvG2