C3. Composición de movimientos
[math]\displaystyle{ \newcommand{\uvec}{\overline{\textbf{u}}} \newcommand{\vvec}{\overline{\textbf{v}}} \newcommand{\evec}{\overline{\textbf{e}}} \newcommand{\Omegavec}{\overline{\mathbf{\Omega}}} \newcommand{\velang}[2]{\Omegavec^{\textrm{#1}}_{\textrm{#2}}} \newcommand{\Alfavec}{\overline{\mathbf{\alpha}}} \newcommand{\accang}[2]{\Alfavec^{\textrm{#1}}_{\textrm{#2}}} \newcommand{\ds}{\textrm{d}} \newcommand{\ts}{\textrm{t}} \newcommand{\us}{\textrm{u}} \newcommand{\vs}{\textrm{v}} \newcommand{\Rs}{\textrm{R}} \newcommand{\Es}{\textrm{E}} \newcommand{\Ts}{\textrm{T}} \newcommand{\Ls}{\textrm{L}} \newcommand{\Bs}{\textrm{B}} \newcommand{\es}{\textrm{e}} \newcommand{\is}{\textrm{i}} \newcommand{\rs}{\textrm{r}} \newcommand{\Os}{\textbf{O}} \newcommand{\Cbf}{\textbf{C}} \newcommand{\Or}{\Os_\Rs} \newcommand{\Qs}{\textbf{Q}} \newcommand{\Cs}{\textbf{C}} \newcommand{\Ps}{\textbf{P}} \newcommand{\Gs}{\textbf{G}} \newcommand{\Ss}{\textbf{S}} \newcommand{\deg}{^\textsf{o}} \newcommand{\xs}{\textsf{x}} \newcommand{\ys}{\textsf{y}} \newcommand{\zs}{\textsf{z}} \newcommand{\dert}[2]{\left.\frac{\ds{#1}}{\ds\ts}\right]_{\textrm{#2}}} \newcommand{\ddert}[2]{\left.\frac{\ds^2{#1}}{\ds\ts^2}\right]_{\textrm{#2}}} \newcommand{\vec}[1]{\overline{#1}} \newcommand{\vecbf}[1]{\overline{\textbf{#1}}} \newcommand{\OQvec}{\vec{\Os\Qs}} \newcommand{\OQrelvec}{\vec{\Os_{\textrm{REL}}\Qs}} \newcommand{\abs}[1]{\left|{#1}\right|} \newcommand{\braq}[2]{\left\{{#1}\right\}_{\textrm{#2}}} \newcommand{\vector}[3]{ \begin{Bmatrix} {#1}\\ {#2}\\ {#3} \end{Bmatrix}} \newcommand{\vecdosd}[2]{ \begin{Bmatrix} {#1}\\ {#2} \end{Bmatrix}} \newcommand{\vel}[2]{\vvec_{\textrm{#2}} (\textbf{#1})} \newcommand{\acc}[2]{\vecbf{a}_{\textrm{#2}} (\textbf{#1})} \newcommand{\accs}[2]{\vecbf{a}_{\textrm{#2}}^{\textrm{s}} (\textbf{#1})} \newcommand{\accn}[2]{\vecbf{a}_{\textrm{#2}}^{\textrm{n}} (\textbf{#1})} \newcommand{\velo}[1]{\vvec_{\textrm{#1}}} \newcommand{\accso}[1]{\vecbf{a}_{\textrm{#1}}^{\textrm{s}}} \newcommand{\accno}[1]{\vecbf{a}_{\textrm{#1}}^{\textrm{n}}} \newcommand{\re}[2]{\Re_{\textrm{#2}}(\textbf{#1})} \newcommand{\Orel}{\Os_{\textrm{REL}}} \newcommand{\omegarelab}{\vec{\Omega}^{\textrm{REL}}_{\textrm{AB}}} \newcommand{\velQab}{\vel{Q}{AB}} \newcommand{\velQrel}{\vel{Q}{REL}} \newcommand{\velQar}{\vel{Q}{ar}} \newcommand{\psio}{\dot{\psi_0}} \newcommand{\accrel}[1]{\vecbf{a}_{\textrm{REL}} (\textbf{#1})} \newcommand{\stheta}{\text{sin}\theta} \newcommand{\ctheta}{\text{cos}\theta} }[/math]
En muchas ocasiones, el movimiento de un punto [math]\displaystyle{ \Qs }[/math] que parece complicado (ni circular ni rectilíneo) respecto a una referencia R se puede intuir cuando respecto a otra referencia R’ es sencillo (rectilíneo, circular o nulo) y además el de R’ respecto a R también (translación o rotación simple). Combinar el movimiento de [math]\displaystyle{ \Qs }[/math] respecto a R’ y el de R’ respecto a R para obtener el movimiento de [math]\displaystyle{ \Qs }[/math] respecto a R es hacer composición de movimientos (Figura C3-1).
En el ejemplo de la Figura C3.2, la composición de movimientos se puede utilizar para determinar el movimiento de la partícula [math]\displaystyle{ \Qs }[/math] respecto al vehículo (R’) a partir del movimiento de [math]\displaystyle{ \Qs }[/math] respecto al suelo (R), que es sencillo.
Tradicionalmente, las referencias R y R’ entre las que se establece la composición se denominan AB (absoluta) y REL (relativa). A partir de ahora se utilizarán estos nombres.
Las relaciones entre [math]\displaystyle{ \vel{Q}{AB} }[/math] y [math]\displaystyle{ \vel{Q}{REL} }[/math] , y entre [math]\displaystyle{ \acc{Q}{AB} }[/math] y [math]\displaystyle{ \acc{Q}{REL} }[/math] que se presentan en esta unidad son siempre válidas, independientemente de que el movimiento REL (o AB) de [math]\displaystyle{ \Qs }[/math] y el movimiento entre AB y REL sea sencillo o no. Cuando son sencillos, la composición de movimientos es una alternativa algébrica (no implica derivadas temporales) para el cálculo de velocidades y aceleraciones (Figura C3-2). Cuando no lo son, puede ser mejor recurrir a otros métodos (como la derivación).
C3.1 Composición de velocidades
En cada instante, la ecuación que relaciona la velocidad de un punto [math]\displaystyle{ \Qs }[/math] en dos referencies AB y REL diferentes es: