Calculo Vectorial
Calculo Vectorial
Calculo Vectorial
POlIT~(Hl(A
CALCULO
Dt MDRID
VECTORIAL.
CAL C U LO
==========:;.a:&=&
V E e T o R 1 A Le
==================
URBANO VIUELA
aCTAVIO pueRE
ISBN 84-600-4056-9
Deposito Legal OR 1.586 - 1.985
Edita
--
cuantifica.
2.-
3.4.-
paralelas).
mome~
2.
Vectores 1ibres.--------
aplicaci6~
r
es arbitrario.
2.-
Ve.9.tE.r_d.!sli!~te.- Su
'l-
3.-
Ye~t2r_f!jE..-
Ejemplos de vectores localizados: El campo de velocidades ligado a los puntos de un slido en movimiento. Los
vect~
VECTORES
IGU~LES,
EQUIPOLENTES y OPUESTOS.-
c~aeterizan.
~re~~6nJ 6e5t~~o
con~~~ coincidentes.
aplioaci6~.
direcci~
cacin.
En los vectores libres no tiene sentido el definir la
la e0uipolencia al ser el punto de aplicacin arbitrario.
Dos vectores deslizantes sern equipolentes cuando
~Q
~ue
coinciden en m6dulo y/
4.1.
i
"
,B,C, ... ./
orig~
SUC!
Ay/
S ser
--~
ex~remo
ll~
de A, obteniendo el vector -
B,
si traza -
extre~o
de B
una paralela a A, se nos constituye un paralelogramo de lados A y B cuya diagonal es el vector S, suma de A y-B
Los vectores localizados solo pueden sumarse cuando sus puntos de aplicaci6n son coincidentes.
a}
Conmutativa.-
a~ b
= b ~ a
Se demuestra grficamente
Asociativa.-
(i
b)
-bc == rp
=;
(b
c.q.d.
e)
.Resta
b)
B.
R
A- B= A
(-B)
..
Trazando paralelas a B y R obtenemos un paralelograma
=A
A.
:as
del
a,
direccin la de
a (ya que!
te con el de a si n> o
y opuesto si n "" o ..
. ..
....a.
t"3~
'"-Pi
Propiedades.
~istributiva
a)
(m ... n)
Ej .. :
S~
1:
a = ma
... na
(Wtth)t'~ sl
....
....
El vector (m ... n) a
coinciden con el vec
tor resultante de la
Distribu'tivas respecto
b)
vectores.
a la. suma de
m(a+b)l:ma+mb
Ej.: m
1:
nen la proporcionaJ4
dad., la diagonal
tambien la mantienel
(~egn
el Teorema de
Thales).
4.2.
~escomposicin
Vt
~ y
Siendo la descomposici6n
:nica segn estas dos di
Vector unitario.
-----Se llama vector unitario a todo vector de mdulo uni
dad.
1
El vector unitario ~ segn la direccin del vector -
UD.a.
a = Tali
(L)
qlle la. de u e~ la de
j
a por
u =
la I
m~a/
interseccin
con el plano
XOY &
,
,
. pttnto P , el vector OP es la -pb,ectcion de OP sobre el plarlo
OP'
no. determina OP
3
3
luego de por aplicaci6n de la regla del paralelogramo
OP,' 4- OP 3 ( 1 )
OP ::
= op':= OPl4- OF
n~
OP
da OP
2
OP :; OP
... OP
... OP3
= OP l
i 4- OF
OF
j ...
loif::
:=
(Poi
lmf"'Ip'
==
'0P~1 +Im?l!
,-
. . IOFf
Dos vectores
A == Al
Al
A
= Bl
= B2
A ::: B
3
3
o lo que es lo mismo
A.
:;
B.
4.5.
=Q ~
compon~
tes Q = Ql i ~ Q~ j ... Q3 k
proyecciones de Q sobre los ejes
ca~tesianos
oz.
OX, OY,
cualesqu~
unitarios respectivos a, b, y
c
r.
= *a
."
..:.:;;..
Cc
. Estos unitarios tendrn unas componentes segn los ejes cartesianos.
.Q
a == al i ~ a .. j
2
-i ...
..i.
luego
lIJa:
etc
~
(A
e
a2
A (al
(el i
... B
~
b2
.,
3
a
=
j
j ~ c
e )
C2
k)
k )
... Bb
B (b
(A
... B
~
b1
al
j ~ (A ~ B ...
83
b3
eC3 )
eeL:)
b
i
k)~
k ==
(11)
-10
Ql
::.
Q2
::.
Q3
= Aa
al
-1- B . -1- C
b
-1-
2
-1-
cl
...
...
C
c
C
c3
~ue
nos da un solu
ci6n nica.
PROBLEMAS
..
...b ::. b
... a
... = 3i...
1.-
... (a
....j
....
....
...
y b = 2i - j-l-
... k
..
...
- ..
b 2 j ... b
... ~2)
...j ...
(a
.....,.......
= Blt+ s2 j = (al....
k. Luego s
+ b3)
...
k
-...
.. ==
a + (-b)
......
i ... 2j - k
...
.. ..
Descomponer el vector a = 4 i + 3 j
recciones siguientes:
2.-
x
2
= ...L.
1
::.
x
3
= ..L.
2
::.
z
-1
z
-1
( 1)
( 2)
..
b l ) i ...
segun las di
11
= al
al
_4
= 4i
_ _
- - -
... a 2
..
~f (21
j - -k)
...
- ...
......
2j- k)
1
1\
4i ... 3j - k :::
j ...
... 3j - k
...
.......-..
...
.....
( -. /
-1 =
luego
2/*
Resolviendo el sistema
-,< - /
- -
...j ...
.-.
4j
- ...
6i
--
...a = al
-lo a
= -1
2k
--
...
= 4i + 3'
.J -
(3/
Comprobaci6n
2 =/
= -2i-- -
Comprobaci6n
4.6.
3/,
....al
a2
u: 4/11/=
(1/
Vl1)k
y11/11 = 1
--
= ab
cos~
cos(~)=
... = 1- ,.....,
a b
~.
al
ID c os,(
(proyeccin de a sobre b)
Ba (proyeccm6n de b sobre a)
Su significado fsico
l:,
es el de la proyecci6n de un/
12
..
Si
es unitario segn la
.....
,
segm
direccin de b y u"
-.
la de a.
...
= a
b . u::::::
= ba
cos (-)
lo son.
2) cuando a y ~
b son perpendicualares =* cos (902) = O
-*
......
: : : cos (-
lb'I-:
cos (-.ti()
b) Propiedad distributiva
.........................
a (b + c) = a b + a c
....... = ...a .d
....a (b+c)
....a.b + .-.-.a.c... = a.b
~
+ a.c a ::::: a
y
==> da
(b
= (b a
= a.d
+~+
+ ca )
ca)
.......
...
a.b = (al 1 ...
---..,.+
al b 2 1. j
... a b k.i
3 l
pero como
01-
-... -..
...k.k
......
1.1 == j . j
....
....
1.j = j .. k
~,j
::::
............
le. i
- -.-
rtnil cos (O Q) 1
...,. -.
_. ....j .. i
k. j
i.k == J!ll ji.
~
:=:
:=
:::
cos (90 2 )
== O
luego
...
bajo W 1:: F d
f4
1::
E.d-lOs
r
Etc.
'8.1~ictrico a
El flujo
TBO:aLEMi..S
_."" .. _,....
_.~.".._1V""'"".'~.~._
- ..
Hallar el produc
4.-
...
-.
"'' i""
fI!l~
j -1- k Y b :;;:: i
.j.
- Aplicando la expre
Gn
ana~itica
=~
lar
......
a.b
== 2.1 +(-1).2
1.0
'""'
cos 1(
====
5.-
{son
perpendiculares
porque su producto es-
::-:::;.
~=90g
calar es cero
- --
...
.........
a.b
2i
-"i>
..1':.
, "
1. 0)/
c~scalar
pl"O(1I.1C'to
r:
luego a
"'1:)
nos da la proyeccin
.l"t;l
.~
01=
~.r,
~.-',;-;
~ 2-1- ....,1~,~,'.:::::.
T
1/ lr-;;--5
l! :;1
fo,_
14
recci6n dada, se obtiene multiplicando escalarmente el vector/
dado por el unitario segn dicha direcci6n -:.~ ==
latl 1 cos,{=
::: la 1. cos,( = a b
11 == b/ 1"S"1= (21'' 1)/
:= (2/
.......
a.u ==
11
:=
f5
2.2 /
:=
6.-
1f} 3) ..f/ (5
1/ '(5
-lo
f5 ) i+
.. l. o == 4/
(2)2''(1)2:
1
3/ f5 =
(1/ (5)
(5 -
.....
- Mtodo 1
tres ecuaciones:
- una, la ecuaci6n de
perpendicularidad de
-..
CM .... _
Al
AB.CM :: O (1)
- Las otras dos, las de los planos cuya interseccin es la recta AB, siendo M (x,y,z),
un punto genrico de dicha recta.
_
- ...
x-~x2 -
.-.
Xt ::
- ..
(2) y (3)
B - A := (2i
j -1- k) - (i
k) = 1 .. j
...........
= M - C := (xi yj +zk)- (i .. j lk) := (x-l)i ...
... (y-l)j ... (z-l)k
...... .-..
AB DM = O =::!> l(x-l) + l(y-l) := o .-c> x ... y == 2
(1)
AB
CM
( 2)
:=
x :: 3/2
:=
1/2
Z :=
1z
1
x - y = 1
:=
- Mtodo 11
El producto escalar de dos vectores perpendiculares/
es O.
15
--'"
.-,.
AB. CM :: O
.-.
-....
AB
- --
......
B
.....j
-.... .. ...
- A
...
11:
CM :: M - C
....
,/
.,A .. AM::A"'"AB
....
'/
ya que AM es un vector
AB,
J la direccin de
--~
...
se~
luego es/
,/....
proporcional a esh==.
.........
~ k)
(i
::= ::
cM t.i .. (
- 1)
11:
(i
.. ~
j) ::
..
....
':")t
.......
......
=+ ;: 1/2
..
..
~(1/2).(i~j)=
M (3}'2; 1/2, 1)
7.-
la
--...
solver el sistema
---..
OM AB
(xi .. y j
;:~
..
O (1)
a::
ZK) (i ... J) :: O
x" y = O
(1)
(x-l)/(2*1) = (y-O)/(l-O) ::
::: (z-l)/(l-l)
::~
Iz
1x
2x :: 1
:: 1
(11)
- 1 = Y (III)
::~
x :: 1/2
= -1/2
M (1/2, -1/2, 1)
4.7.
Producto vectorial-Definidmn.-
=~
.
16
vector
...c definido
1.- M6dulo
sen Cl{
res a
y o.
!'9
...
3.- Sentido: El sentido ser positivo cuando el giro de a (mul tiplicando) a ~ (mul;4;
tiplicado) por el camino/
ms corto se produzca en/
el mismo sentido que el del triedro formado por por los ejes O X Y Z
De otra manera, el sentiro
"
no ms cortose realiee en
..
Repreeentancin
El producto vectorial se representa mediante las siguientes notaciones:
...
C ;:
..........
-'It
......
a" b ::: a x b ==
['"'lo
a,
"b]
......
a o b
Lo son
2.-
Cuando sen
-< =
O, lo ue es lo mismo
Et es: paralelo,
Si~ni~icndo
fisico del
producto vectorial
..
un origell
COIII(I11
la"
. c.
b/=lal
Ibl.
sen~
= h ==)
1 tura
\ 0.1==) hase'
a.
1.-
t~
lllee o
es conlllutativo
(ti
f\
i)
=:::Ia-
1\
1)/=
11 13
7'f.r:. cr
LJ em () strn ci 6n :
\a" i)\=ll.lbl. s en
(hA l=lbl.lal. sen
pero corno sen
no
o(
<>(
(- u( )
= -sen (-o( )
es conmuta ti vo
In suma de vectores
a ,. (13
+ a) =
b +
a "
(III J
el vector
b + e =
la" (b +- 6)1
Si
=PiIi1.
= la
1\
al=
seno{ =
,y
18
..
d sobre XOY.
Igualmente
l~
Ji
..
~ = ....
~ = O, OA
- ::: -d) sobre el plano
p
Proyectando (Otl
b, Ou
XOY hemos/
,
.....
-.,
)
obtenido ( OB::: b , OC'= e , OA = d ,multiplicandos por a ob-
....
--
p ~
...
...
.... p
....
10B"l
....
= a.
=a
1OC" I = a
....
P
P
c p
--.
-.
OA" ::: OB" + OC" se verifica la igualdad mdular =~10Ai=
y como
=+ adp
= ab p
= ab p ... ac p
que coinciden con la igualdad modular de la expeesen (111)
== (it" dJ
=1": 4 'bl+l': A
Para
~ue
==
~l
902 con eje el vector a el paralelogramo OB" A" C", con lo que
obtenemos otro paralelogramo O Bn' A""C'" sobre el plano XOY.
Cumpliendose que:
~
.
1.OA" es perpend~cular a a por estar con~enido en el plano XOY y tambin es perpendicular a a por estar contenido -
..
-'t
J\
...
b'" c por el
...
gi~o
....a
de :- 0\
coincida eon el de
OA".
=1-: di :::l 0\ (b
i\
+ 6) 1
O'B'"
2.-
es
...
plamo XOY y a b
po:b
con -: -\
'b.
luego
U'"
= -: A
101"'1
=loA"I=
-.
..... t\
::: a
19
Igualmente OCIfl
3.-
.......
a
b
- -
- ...
a
\.
c c,qd
::: k
...,.
k = O ~=
JI
al ser
Ii
1 4== al ser/
=1
JI =17.., kr=
Ir
~0)2
sen
11 = Ik
-1 ==
sen
= sen 2702 == -1
-...
i
JI
== k;
1\
==-j
j Ak
...
;::: i
; k
. . . - = ---.-:= ..
;::: j
; j
-k
k 11 j
- - - - - -- ....
... ... - - ...
a
Si ref erimo s
....a~", b =
(al i ... a
j ~ a
k) .... (b
al b 2 i" j
... b
j" j ... a
lt)=
...
k ...
i .Jo a 3 b 2 k.., ~
J ... a 3 b 3 k A k -- (agru -
A.
pando trminos)
= (a
j ... b
al b 3 .....
i 1\ k ...
a~+a~~
+ a3
J.
- a
..,
b 2 )L
...
...i
a)
al
..
al
a2
b
b
b
b
1
1
2
3
3
Que equivale al desarrollo del determinante sigui ente:
~.
...i
....j
--t.
al
torial.
:.
2
2
b)
20
-.
a A
~...
A
( b
C)
.....b (-"'.....
a C)
.... .....
\.
- c (b a)
v~rifica
como a continuaci6n
..
i
...j
al
a2
3
(b 2 c -b c 2 ), (b 3C l -blc3)(blc2-b2cl)
3 3
-; l .. ] ~
~
k [
....
""'- ...... - ~ .. [
b (a.c)-c{b.a). i b
~ j [
J k[
~ j [
]~ k [
l (alc l ~ a 2 c 2 ~ a3c3)-01(albl~a2b2~a3b3J~
] =i [
Oon lo que se verifioa la igualdad de las componen tes segn el eje OX (lo mismo ocurrir segn las de OY y Oz),'
por lo tanto
~ueda
~emplos
1:
....r "
..
--
--
= tu A
21
P'OBLEMAS
.. - ...........
8.-
....
-4- j
:: i
/lo
ir
....
-1
..
== i(l) 04-
... =
- -
9.-
...
...j(-l)
~
~
-4-
--
--- -
k( 2-1)
=i-j ... k
vector ~
b ==-2i -4- 4j - 2k
--
r
::
Mtodo
......
los a
b
....a ...
-2
-2
-2
...
:: i(4-4)
-4-
...
:: O c.q.d.
11.-
cos ,( =
,{tl
1ir r =
==
10.-
-2 -8 -2
-12
m-==
~
'144 ==
~
ayb forman 1802
-1
-- ...
-_
_ ...
-12
12
_-
....
tores a y o siendo a == 2i - 3j
y b == i
-j -4- k
- ...
a ..
luego S
==
-3
-1
lErA "bl
(3
.......
-..
7= fl4
11.--">
Y b si ~n(_io
-..,.
.....
......
l.
l.
= i
-'>
-:">
1
b =
-+j
- j
2k
Ibl = B-'.se = B
lal sen 1{ = ;d turQ. = h
Sl = la" t = la/lbl
,-u------
_ _ _ _~ - - - L. .
sen""
-'>
()
-1
;2
...,
12.-
"tI
(1/2)1~~
S =(1/2)Sl =
(1/2 )
13.h
(1/2 )
[?()+
-">(
,~ ,
U
j -;+k(-1-1)
--
it,B,C son:
-- + -
....
)'
~l
....i
j
j
.L
....
.-
c
= i + j -2k
Ha11::J-r l G. ctistatcci:l- de
r
ortoi:Jon,_~l
La proye,cin
de
il.
il
-------f-----
A
I
I
1
'fh
ti;J:;
-'>
-')
d =
UC
b :
VLC-
--'>
....
~\.
-2
e:
Ut~
'1
-.
---1
~(
....
l' t) ... ;
+- r~) +-
1 (
-1
.: () 1-;
(~
,-~
1 ~'
l.:
!) ~ .
.....
+- "', i
' -
1 )
-">
~
:.:',
-1
+-
>,
!\.
23
Siendo
f2
\1 ::: d/ 1(! I = (i + k) /
13.-
= -:
lO
pe~dido
\! ~
(2/
(2) +
(2) = 3/(2
(1/
--
- .. -
dir~
~
,lj
.,.~
:::
....
--.
AB
Be
=C08
lA"B'l IBeI
:::
452
ti( :::
--
fu 001=
lul 1001
A
senil =
k
O
.....
k
t'2
:::
(2
'(2
45 2
11(=
......o:.
14.-
= (y-l)/l
== z/O
A(O,l,l) y B(4,3,1)
....
..........
... ...
AB ::: B - A = 4i + 2j
Siendo
... = 2i +
es v
luego =~ if
:::
lO
== x/z
::: arcos 1
C05-<
Y 100
::: OQ
=1
=(y-l)/lilliiz/O
24
4.8.
- -
.. -
= r:
(h
6)
1\
blar de (a.b)
.....c puesto
......,.
~ue
a.b A e ==ll rs A ef
6('
............
a, b y c
a)
...
son coplanarios.
,--..-d :. b e
~ntonces
11
es perp.!l
~ue
el
pr~
ducto mixto es O.
b)
....
.... ....
...
-'lo
...,.
pr~
...........
a, b, 6
c sean nulos
-------..-.,.",.-;J
-_
s:.
de lados -":)....
a, b y c.
... --"__L
...
el,'
__ ...
.--.:--~'
.........._-/...
,/
,,..........-"""':JI
I
- ....
x altura
\"ii" ~ l
::
==
Superficie de
::
altura (Proyoc
la base.
ral
.cos":::: h
51. P
sen 3 .a.cos,(
t
area
base
.-.......
altura
son coplanarios 6
--
= a. b "c = O::~
a, b
e son
paralelos).
Expresi6n analtica.-
......
P :: a. bAO :: a
...i
1
+a3(bl02-b201)=
a{:
::
a (b
l 2
3
b
-b
C )+
3 2
+ a (b c -b 0 )
l 3
2 2 l
C
+a
1
- a2
c]
+
l
cl
3
2
::
al
b
l
cl
a
b
3
3
c
2,
3
Si permutamos dos ftlas entre S1, nos cambia el signo:
::
::
::
_~
luego
Ilf
__
a. o A e :: b.c
_~
-'Do
a.hA e:: -
->
A.
__
-':lo
a == c.a" b
--....
__
_.........
_ ...
.
De la expresi 6n a.. bAC :: c.a A 'ti segun la prop1edad .:
~,
--
.....
commutativa del producto escalar se llega a =~ ..........
a. b A ~
C = a" b. c
con lo Gue queda demostrado que se pueden permutar los signos/
26
FROBLEMAS
f-.....
Hallar el valor de -">
O /\ L(O )\ A)
-.....
F = (O .. A)
TI
-C (~
~ .-'loB)
JL..:=
~
1\
-..
(e
B)
/l
:=
-"'J
(e A B)J
_...B)
(o
J\
_-...--
...-"')
....
= -B(C
D)
_-
04-
...
...
...
A) + C(CA A .B)
produ~
to mixto con dos filas iguales en el determiante miaiante el cual lo expresamos analticamente.
,
['"")
-t
J = -e
(c.......
/l Bh
A (O A A) A
[...
(-e)(c...
A A
-Bb
11
:=
16.-
-= -
... ...
.....
_...
- k, b = 2i-3j
y c
j -1- k
v =
-1
-3
Demostrar que
17.-
= A,
Hagamos
...................
= (b+
c) 1\ (c+a)
b
:=
1\
1-3
-2 -(2)(
e . [ (h + 6) "
es siempre nulo
~...
e [ (b-l-c)
luego
.. ".1
(c+a)J
_- ...
A C
-1- b
- ~c +
= ~e.bA
(t + a)]
-:."b . ~il =
_~--
a + c /1 c + c A a
......
- -a + _c.c"
..... -a
c.bA
27
ap~icando
-""" .. -- ..c
A :: bita. c .Jo a. b
:=
-"1"- ........
-a ~ o. c .Jo abA c
to no se altera el resultado
luego A
18.-
..... ....c
= -a .:0,.
--
...
.Jo a. b ,. c :: O
-- -
.
s~tuados
en un -
plano, de mdulos 1, 2 Y 3 respectivamente, el primero de di reccin N-S y sentido haca el N, el segundo de d'ireccin E-O/
y sentido haca el E, el tercero formar 602 y 30 respectiva-
mente con el primero y el segundo y sentido haca levante. Determinar el vector suma de stos tres vectores.
-- -..
-...
a
= al
= bl
i
i
...
...
...
...,. :::
..
- ...
j
- ...
-:'1>
3
3
k
2 J .Jo c 3
- ... - -
S :: a
c:
--
b ... o
..
1.
3-
al
= \irl
b
b
= lb'
= lb\
cos 02
= b
sen 02
:::
O
...a = aj...
:::
...j
b :: bi
::
2i
- o
=0
coa 902
lal sen
&3 =
l
.......
....
tes de a, b y c
&2 =
:::
-...
... (c/2)j
(3)/4]
..
...
(3/2)j
-1- (5/2)
[25/4)
= &
902
(3)/2)1
'sic
3-
28
u::: ,u
=~
.. .L
. u
""
+ U3
...
Las componentes del vector unitario coinciden con -las proyecciones de u sobre los e j e s
l 1e os.(:::
tlcos"'= u 2
l~lcos"= u
3
El valor de los cosenos directores coinciden con/
el de las componentes del
unitario segn esa direc-
/COS
imponemos la -
condicin de proporcionalidad.
U
l /2
u~l
:::
! -2
(1) (2)
2 ecuaciones, necesitamos otra porque tenemos tres incognitas (u l ' u ' y u ), las componentes de ti
2
3
La otra ecuacin es la dada por el valor modular del unitario.
l(=
1 ::
Vui + U~ + u~
(1)
(3 )
==> 1
;:
ui + u~ + u~
(3)
= 2U2
(2) -2u
(3)
= u
:::
V 4U~
04-
=1/3
u '2
2
+ 4u 22
= 3u
2
=+ u 2
:::
29
20.-
- -
...
a ::
- - -5i ... k
= .....i ...
2j ... k
.....
c = 4i - 2j
Se pide: 1) Demostrar que forman un tringulo rectngulo, 2) Hallar la superficie de dicho tringulo.
_ .....
= ..
- .. =
--a.b... = 5.1 ..
-b.c.. :: 1.4 ...
.....
c.a
- = 4.5 ...
+ 1.1 = 6
...
2 (-2)
...
=O
.. ..
b Y e son perpendiculares
O = 10
Para que
, b
e formen
un tringulo, ha de existir/
una combinacin lineal entre sus lados. Por lo tanto se verificar una de los hiptesis
tes
::=~
<:
(1)
~~
..
- - ...
-= - -
-- = - - ..- -a
-;
(1)
b - e (2)
=:
e - b (3)
....
5i -1- k = (i-l-2j
... k) -1- (4i - 2j). Vemos que se/
a :: b ...
siguie~
3C
2)
(b ,.~){
.....
1(1/2)
::;
-i
bAC
::;
-2
lb
~l
Y4
04-
....
.....
V 120 -
~I =
l{3o-
....
2i 04- 4j - lOk
16 -lo 100
S ::: 1/2
:::
lb
.'(30
....
21.-
~~
b~a
_...
e o s ,('
(a.t)/!bl=
::<:
,b !
b'
constante
El luga,r gemtrico/
=~
es un plano perpendicular
a b.
'\
\, l
--+-.......~
,J O
......'-t~......
constant<)
lugar geo-
mtrico, cilindro.
Inter~
=~)
circunferen-
22.-
extre~o
-.
de a)
~l!>
= c.c)
-\)
pxtre":'1C de R.
31
OH ::: a b == (~.b)/ Ib(= c/fS/=
::: constante =9 l.g. un pla-
...
no perpendicular a b
lal
= constante
::::~
l.g. esfe-
ra de centro O y radio
lal
La interseccin de la esfera
con el plano nos da una circunferencia.
_
"""l>
23.-
Hallar
....d para
-b -- 2....
1.
d""!'"
J ,.I -k
...
-1-
==
'-:(d~l)J+
.
(-3)k
BA
4.9.
- ...
=:;?;>
("l<) ( d+l)
04-
==}
d::.: -10
Wl
par-
v (t)
....v ,
Si llevamos los diferentes estados de variacimn de -
33
...
V(t"tRt)
v nos
de
determina una
En un
+ .d
t) , observandose en
...
dv = v(t ... 11 t) - ? (t)
el dibujo que
dt
= lim
} -;
II t
At 4
c1 t
AB,
estar
Av(t)
sobre At
catriz.
Luego~(t) , tiene por m6dulo dv/dt, direcci6n la de
...v(t)
...
= vl
(t)i ... v
2
...
v( t ... .el t) = vI (t ...
Tenemos
... v
...
(t) j ... v
~
t1 t) i
...
(t)k
...
(t +At)j +
41 t)k
(t
At
= lm
vI (t ... .l1t) - v
(t)i
v 2 (t ...
lm --------....;...---.;;~... lm
4. t .. O
.at
4t..O
,
\ tJ .. ~
,;,
V)
.)
t) -v 2 (t )
..
j+
ilt
,+ \
., i
L1
.
yec t ores ...~,
a, u
Deri va da de 1a suma d e varJ.os
d(a
b ..
ea
a)
a( t
= lm
4t
... 4 t)
At ... O
-~(t)!
--
(t)1 .. :t (t)
.-;;;.;.,.},..:;,.L...;;;;.~...:;:;.-~..t--_--.;;.~~;...c..:::
At
::: l:fun
4t..O
fe 4 ~~: t
A 1>.f.'b)!
~t
: l:Lm ~~ !lm
At.. O A t 4t-t O
. "l~
..t .....
J.m
dl
~t
..
J'b
-,. ... . . 4
-
c1t
O--=:(-::t-"'-A~t)---...1I
Derivada del
::: -
dm
dt
produ~to
....
a ... m
tlt
1t
==
m"
lm ---- a
4t"0.4t
A it
dm......
d:
4IIt
tlt
4t.. O
dm
.
~ ~
At
c~q.d
O porque m =*<t)
=lm
dt
1:
!.~ t
-4- d t). b~ ~
-a( t)
"t.. O
.. -.....
... lro ~
.b
.4 t
At.. OAt
Derivada del
4t~O
= lm
At~O
- ..
- a(t),b(t)
1:
{it(t.)+dil(t) ,.
__
4t
1,)"""
__
"
"b (t
...
d~
=~. ~
Jt
d~
...~.b
~t
~ t iJ -
[: <t ~ ...
~~ t
>J
==
.4 t
-A
a~4b
d(-a.'t)
=+_.
__
..
Jt
produ~to vecto~!al
{'a A b) : lm [a (t ~ A t)
ti t
At.. O
= lm
b( t}
~t
~b
= a.lm....!L........
..
L1 t
4t;.O
.4~O
:L!.tL
36
v = v(t),
al cabo de un incremento
v.
U =ir( t)
al variar v de direccin,
l~J
r'(t)
u es
= ~(t)
V* = V.U( t)
Si derivamos respecto a t
...v , =
d( v\1')
dv ....
tIt . = -t u ... v
du
~t
37
1)
a) iene de m6dulo
b) Direccin, la de
dv
7t
2)
du
- :
dt
c) Sentido el de
Al!
lm
.4t.. o At
"i!
~ i!
dt
u (la
de v)
dV
-->Q
si
y contrario
--!!L <: o
At
si
==
dv
dT
..J!!- Ir =
dfl Ir
dt
tJt
dl'
dt
.....
fundirse con la direcci6n de la tangente, luego Au vendr definido en direcci6n por el unitario segn la tan gente
luego
dU
=+ v --:r==
a) Tiene de mdulo
b) Direcci6n, la de
rt
c) Sentido el de ~ si
rio si -M..
dt ~o
Luego
dv
d
-y v
t
t
d:;
dt
:::
dv...
~ U
.1
J~t
d
,Jt
r >O y
con tra~
L ..
dt
n
independient~
38
.......
24.-
~t
2 ..
j
...
.. .. -
Mtodo 1
~..
por b = 4t1 - j
2~
t:k
2t
4t
-1
= t 4t ~
O
2
(_2t 3 )'j
)-
(-2t-4t )k
Derivando directamente
Mtodo 11
d(a
Aplicando la f6rmula
......b)
db
-a:
clt
d:
- = 2i
e1t
Tenemos
. d(it i\
dt
t)
....i
=
2t
4
..
2tj
...
....k
...i
.....
+ 2
2t
2t
4t
-1
...
j
= i(4t 3 )
2
-1-
...
2
-1- k(-12t -
r( _6t 2 ) -12)
39
25.-
Si el vector
<11.
lit
Se simplifica donde tengamos productos vectoriales de vectores paralelos.
....
Dado el vector '...
a :: 3i
26.-
....
..
a == 3i
""
da
-;r-=
...
A,
....
2tj
4t
2tj-
4t 2 k.
Hallar el
val~
2 ..
2~
J .J. 8 tk"
2
d -:
= 8k
2
clt
1:
[~
~ (4t 2
(2j ~ 8tk)
. 8
== 64t
27.vector
'1 -lo
256t 3
k-
il
- [( 8k) (2 2t .J. 4t 2 8t
.....
.....
j -
1:
32 tk
1:
a , y,
vn ;:: v
J! ;: b,
siendo a y b
40
ti en' un
3 y
1:
1/ =:
O. Hallar
se resuelven integrando
~
~t
==+
v-3 =: at
v == at + 3
a ==
1:
=b
~~+
=~
ft,.
instante t cualquiera.
dv
a d t
(at''3)
fa
1:
dt
=====>
(at+3)
l . / ...
a
(at +
3
3)
que~
41
.... ...
Qo = r
'"
....
.....
...
::
l
al
produ~
2
2
3
Por lo tanto perpenducular al
plano definido por ~ y
1.
...
do r el vector de posicin de
t.
o se denominacentro de mamen
...
Este momento Qo es
En efecto:
~Q
~ ...
== rA a
........,"
o
.--..
:; = r' -4- A 'A
Q.=rAa
===~
....
Q
o
====>
-.....
== r"
a
( .. ,
-i})
== .. r ... A.tl.
-.
a
c.q.d
ya que
AA
===~
42
. ..
::=+
rl
al
...
r
.'.
..
....
::
l
al
r)
~2
a)
5.2.
desliz~nte
a respe.2,
to a O y O'
-.
Qo
~Q
= .....
r
a
~
'= ....
r , ,. ...
a
. = ...........
.... == ....
... .- ....
-- ..
o
......
.......
-;"O O .f. r
Qo':: (0'0 "'r~a=
=0'0 " a ... r,. a luego
~
(v)
Q.= o.'O,.a'" Q
r
...
-">
Qo :: Qo'
..
~
...
::
(r'", 001A a
::
.....
OO'A a
...
.......
~,
--
....
Caso s en que Q :: Q
...
,-
... =+ 00
..... ,. a
~uando
5.3.
O y O'coinciden
Teorema de Varignon
..
tn.;;.t~....-
~unto
O'la resultante de
...
momento de a respecto
43
s~
.....
Qo = Qa o
... .Qn o =
.... ''r",b''r/lc''
~....
....
.;.
=: r" a
...
.....
-'lo
r~n
1 I ..... )
'?
-_.....
r",
~R
d
c.q
PROBLEMAS
28.-
1:
31 -
A (1, 1, 2)
..
...o
Q
...
.....
1:
r" a
44
...j ....k
....i
...
Q ::: 1
o
-1
....
= ie 1-1-2) ... j (6-1)
....
... k(-1-3)
3i ... 5J -
4it
.... 1. . 2j....
Hallar el momento del vector deslizante a = -="J.
- 3k , cuya recta soporte pase por B(2, 1, 1), en el
29.-
...
punto A(l, 2, O)
... rAa
... ...
QA
=:
:::
~A
.. .. ... ...
AB
..
i
-1
.j(1+3)-3
:::
..
::: ":'l'
1.(3-2)
:::
...
-+
ABAa
...i ...
:::
:::
...
..
k(2+l) :::
3it
4j ...
30.-
:::
t,
tt:::
(1/2)1
... ( f3/2)jy pasa por el punto A(2, 1, 1) calcularel momento en el punto &CIID).
...
...
Q'R =
......
......
-"'
r
a = BA,.. a
..
...
."
...
t:::a.u:::2
...Q :::
31.-
(1....
Ti
o!-
- .. ..
i
Y3 1\->J' =
::: - 11i . . j
o!-
...
Eln
45
...Qo :: r....
.....
""a
.A
:: OA
.....
a
-'>
= OE
11
... ...
....k
"" + ..
+ .. = ..... ........
= +
..
. .... ..
... = .. =
OA
::
OB
=: ~.L
1. . j.
2i
2j
AB :: B-A
i
j
.
Cons1.derando que a tiene su origen en A
a
....
111
:: -i "" j
...
Q
.....
.....
....
::
..
-'lo
= -i +
32.-
...
e =+
..........
Qc
= r,. b
:::'t
....
....
:: CA,. b = eE A b
...
b
-1 ~
:: lb
u
AB
lb)
IBI
Datos conocidos
I~J = 2
AB :: B - A
.....
lAHl:: '(3
....
k
4b
.......
i + j - k )
,2 ( --::;"""::-'..11---';';;""
'"" 46
....
....
CA A - C
K 4:==' Empleando A
lI:
...i l'
.. -C
...
= Empleando B
..
222
-f3 f3 rr
... --
,.Q c = CB
..
A b
.. .. ..
11:
rr '1r'
33.-
2 ..
--1
(3'
...
-..
f3
rr'
y;
11:
= _~ , .si
su rectal
..
m~
... .........
= AB
r 0\
:-2
..
A~= B
V
..
=J
- A
....
... = 3.u
1v"1 .u
QB ==
..
j -
--
2-1
34.-
k(-2) ==
el~origen
1:
== 1(-1-2)
j(2)
... k
2i ... 2j - k
22... 2 2-1-(_1) 2
2 ~ ... - 2
== -31 .
3
..
A V
..
11:
l.
it
3
2i
2j -k
==
-3i + 2j -2k
3 que pasa
47
..
...k
j + u
l
2
3
Una direcci6n dada formar
unos angulos
(J
J,
con
-<'
..
Despejando u
==~
..,
(u
l
2
3
1l!1
:::
cos e(
= ll
::: lit J
(1) (2) =~
{2U 2 ::: -u
ul
2u
3
2
2
2
1::: (2U ) + u~ ... (-2u ) =+3u2::: 1 Obtenemos l
2
as las componentes del unitario
::: 1/3
2
u ::: -2/3
3
u l ::: 2/3 de las que sae!
mos el valor de \t =+ ti'::: 1/3 (2i ... l' - 2k)
(3)
:::=* jU
...
:'flI
....
.....
48
...
Q ::::
...
....
..... ...
BO A V::::
B r"v
..
i
....j
...
-1
-1
-2
.. -
2i
::
2j
-1-
35.-
..
respect~vos
momentos
...
--.
QB = BA " v
.....
i
....j
...
:=
-1-
-1-
QB :::: -2i
.........
= -2i
-1-
-1-
...
= (v -v 2 )i
3
-1-
-1-
_....
k Y Qc
..
(v -v )j
l 3
.....
v - v ) k :;
l
2
-1-
.".
:; 2K
-1-
.. + k
v1 - v
co~ponentes
::::
-2
(1)
:;
(2 )
(3)
3
v
v2 - l =
(3)
=~
V2 :::: 1 "'" VI
(3) en (1) ::+ v -(1 -1- v l ) = -2 :;~
3
v - v :::: -1 =+ v - v = 1
3
1
1.3
de (1) y (3 ) obtenemos una ecuaci6n
combinaci6n lineal de ( 2) luego el/
sistema no est determinado.
- ...
...
= ...CAA
...i
= v 2 .....
k :;
100
::
......
.....
...
CA = A - C =
-!"
(1) =::;.
3
(3 ) =:!> VI
::::
::::
::::
...
v ::::
"
...
2j
...
2:K
49
....
....
pendicular a QB por B,
Constante ....
QB == 1.......
r", v '
; ser la recta
(1)
=9Q...c
~ue
int~
36.-
..
... ..
el vector Q = 2isigui~
2j..
....
direccin es
= 2z
= z-l
Ap~icaremos
tos
...o
Q .,= Q
....
.. 0'0 A a (O)
50
....
0'0
:::
...
...
....
-i -!- 2j -!- k
y -!- 1
x
2
-::
..
4o '
direcci6n de
(2i
""
... .,.
"".1.
J . k)'< = 2i - 2J -
....
....
. -1
.....
re.: .p.
1 .2 -!- 2a
::
"
- 2a
-2 -!- 28 1 "" a
3
= l - a - 28
1
2
::
(1)
(2)
- 82
,( "- 2 = 2a "- a
1
( 1) ( 3) ~ a 3 =~ 2a
2a 1 -
).=-2 (II)
~
....
~.......
Qo ,= (2i
,(- 1
(3)
( 2 ) =~~"" 2
1 = a
i -
= -2 2-
28
(1)
2a 1
...
(l) (TI:)
........
.) 1. a =
~n
5.4.
::::=) ,'1,/
=~
2a
(II):~=)
== O
- 2a 2
+ a3
-.a ::::
-2
.->
'L
= -3
-.. '3
= O
....
]. - 3k
(1)
(~=)
=~
== O
51
mome~
to axial) se define como la proyecci6n sobre un eje del momento de un vector deslizante resoecto de un punto cualquiera del
eje.
Para hallar lal
proyecci6n de ~ sobre el
eje, hacemos el siguiente
producto escalar
~ ci =l~l
ya
~ue
cos.(::; Qeje
el producto
.......~--+-i
.------~6Ij
esc~l~r
....-
"E
de un vector por el unitario segn una direcci6n dada, nos daba la proyeccin de dicho/
vector sobre la direcci6n del unitario.
~l
q~
- =- -
QA
...
QB
+ AB
"""
a
.. = .... .. -.........
... -
QA u
a. u
El producto mixto AB" a.u
QB u ... AB
es nulo ya que u es
lo a AB, luego
\~l =
=~
paral~
..
..
C.q.d. =~
luego es un vector
l QE,l
...
JI
deslizante.
~I'
...
1QEI
....
...u
1)
De m6dulo
2)
Direcci6n la de u
3)
= QA
...
si
52
.....
QE =lQEI u
Se anula cuando:
....QA
a)
Cuando QA
b)
::=
se anula)
..
i
"""
j
Expresin analtica
...
QA::= r
~
r
lA I . a
/1
a ::
rj
aj
l
al
rj
a)
+ u2
fl
al
r
== (r
... (r
+
r
l
u)
al
- r
a
- r
..
2 al)k
r
::
a )i ... (r al - r aj)j"'
l
2
3
2
2
rj
a
-u
rj
al
TI
a .J.
2
... u)
al
\~ 1::
ul
al
3
3
3
El mdulo del momento xico respecto al eje OX ser:
.....
\QExl
.....
::
QA
..
i
::
l
al
2
2
3
aj
= (r a - r
2 3
3 ~2)
Respecto a OY y OZ
-">
...
IQErt QA j
r
2
a
2
rj
l
al
a j
= (r j al - r l a )
3
53
....
::;:
QEZ
...
QA
l
al
3
a
3
\.
= (r l a 2 -
37.-
= 2f + j,
2 al)
CU;)Tfl
recta sol'
~ue
B(1,1,1) Y e(1,2,0).
1
Hallaremos QB
-.
QC
y su proyecci6n sobre
....
valor de QEJE
....
QB
....r A ....v
.....
= k
....
==
2
-+
=A
....Q = ........
rf\V
==
~.
BA
.....
eA
....
BA\
--
::
&:
= cA 1\-: =
~
e == i
..
.....
.....
-1
.. - ..
A
==
...
B=
....V
= -i..... ..
....
j .. k
...
o bien
... = ...
Be
Be
==
--.
I Be
,
12
...
.u
==
....e -
....
u =
...B
-...
j-k
-"t
lB'61
== l. (-1/
==
n>
==
...
r2
1(- (2/2)1
...j ..
3k
PUE
54
1
2
IQE1::
f2il ::
38.-
..
1
2
j -
J(- (2/2)1
ya que los
v~lores absol~tos.
Dado un vector deslizante de mdulo 3 cuya recta soporte tiene la direccin del vector tt
~
....
(2/3)j
= (1/3)!
~ue
~B= r
....a
:::
...i
..
..
r :::
:::
:::
EA::: ..
..
-2i
.....
A- B
. .... .....
=i +
2j
:::
2k
::
=:
...
(-2i ...
j).
...
('/2/2)i""
1-
=
~
QE
- .. =
'f2/2(
::: IQE\
== (
:::
39.-
...
desl~zante
...F
.....
F respecto
55
...
..
jl",1I.1i"L~
IQ
I p
J ::::
10
dio 10 y centro
IQEI
==
I~p I
cos,( ==
Iu,.
Q eje
p~
cos.(
::;
....2-::::
2
Qp
602 El l.g. es un cono
,(, =:
10
..
40.-
::::
...
2i
5.(3
~
........
j
k cuya
~
rec
ta soporte pasa por el punto B(l,1,0). Calcular el momentoaxial sobre una recta de direcci6n definida por x :::: 2z t y
...QA
.. - -
...
.....
r" a
==
+1
- ....... -
..
...
=i
== AB == B - A
...
== - j 4- k
\QE\
QE
x
Y
...
=IQAl
=
l~\
2z
:::: 2z - 1
f =~
.....
cos o( = QA
,
Un vector segun esta direcci6n
..... .....
04
ser v = 2i 4- 2'J J. k
..
Vi 2 ~
luego
= ~/lvt=
V9
== 3
.....
56
= (2i .. 2j .. k)/3
~ \ = (2/3) (-1) .. (1/3) 1 = 1-1/31
~ = IQEI ti = l- l /31(1/3)(21,, 21.. k) =
Dado un vector d es 1 izante ...
a
41 .-
= 3....i
...........
(1/9)(2i''2j . .. k)
- ~
J cuya recta
sop~
te pasa por el punto A(1,2,O). Calcular el momento de dicho vector respecto al eje
~ue
= '(2/2
; cos
p = O ycos y=
= - (2/2
u.. = u l -=-J.
~
. u ~+
J
u -k
2
3
Por la definici6n de cosenos directores
= u l = (2/2
'l . cos/': u 2 = O
_H-~:::--;f'----li! I co s r = u 3 = - f2/2
lli" 1
cos.(
luego
...
=(
tr:::'
.......
,2/2) (i - k)
ya tenemos el valor del uni
pecto a un punto
cual~uie
ra del eje
...
QB
=:
....r,. ...a
...i
- -:
-1
Conocemos B,
luego=~
...
= -4k
57
~\
QE
( -- V2
,
I~
= ......
QB u = -4
2 J = 2 ., 2
\.
Vectorialmente:
...
.....
2i.- 2k
42.-
recci6n presenta unos cosenos directores directamente proporcionales a 1, 2 Y 2 Y cuya recta soporte
pasa por A(l,l,O). Se pide calcular el momento sobre
un eje que pasa por B(l,O,l)Y cuya direcci6nprese!!
.. = ..
uli~
u 2j
ll. co s.(
= u
...
~ U
C08~
--=-r
2
3
=--~- =
cos j1
cos
r = u3
2u l
u
=:9
= u2
= 2u
luego:
ti =
1/3
...a = 'a... l.
..
(f' .J.
u
2j ~2~)
...
= i ..
2j
...
.J.
2k
......
r
a
A
.......
j
k
1
-1
....
....r
=BA=j-k
..
= i(-2.J.2).J.!(-l),,k(-1) =
= 4i
- Jo - k
58
~B
\~t==
u
=
3
2
2
u1 + u 2
Tenemos que
u,2
2
,1
u 3= (1/2)U~
u
...
(9
1/4) : : : 1
...
QE
==
i 1-
f4i
-.,
QB u
1=:
lSE 1 .....u
5.5.
:::::
V(41/4)
1 = (3.2)/
,
3
-1
2 V4l
41
y;;;r
= 2/2.'/41
1
01-
.V4
--)
k
V4l
21
==
126
41
ro
+ u 32
21
:::::
V41
=
-'"
....
....
\QE \
2 (
==
:::::
(41/4)-1
==
u....
1
.. ,
,
u,
1/2
..u ,
== 3U~
u1
\,
u'
....i
...
....
( 'I4
6i
42
41
....j
01-
....-
j.
f4i
21
41
01-
(4l
....
J(
==
t~n
59
b) Descomposici,n de
lID
43.-
sus'~i tuirlos
...-'1>
a)
ey
(-~)
c)
A continuaci6n compo-
....
..
...
....,.
vector deslizante d, y c y b
teniendo e
Trasladamos .....
d y e has
d)
acci6n
Componiendo ....
d y e ob
e)
formado por a y b
NI
.....,.
:: MA
.....
_....
a ... MB
1\
.....,
b ::::: MM ... R
ya Gue ~-"'a
R -
TI
~b
QM ::: MA a - Mb b :: O =~
:: O
pasa por
MA
MB
u
m
\.
60
5.6.
Par de vectores.
\.
op~
Vamos a ver lo que vale el momento resultante de este par en un punto genrico P.
Qp= -; ~ -: +
r;.
(-,t)
Segn la propiedad
(r -r-l )
distributi~
--r -
.-.
...r ,
Qp :: 1"
It
44.-
= 3i... +
j, cu/
.....
r ==
HA
-1
-1
-1
....
Qpar
1:
......
..,q
.....
~.
-.......A -
... ...
-i
..
::::
-_ -
.. -
"""i(+l)
-ik
= -1-
...
3j
-1-.
3)
d.emos-tr~
lo vamos a ver que vale lo mismo en un punto cualquiera, por ejemplo el origen.
...
..................
Q =OA A a''OBA( -a)
o
3
:=
...
....
K-I- i
....j
(-)
..
--i
-3
-1
- .. -
2k" + 3k
:::: i
::::
...
2k
3j -1-
TEOREM..4.
Dos pares de vectores dealizantes con el miSID$ momea
to son equivalentes.
Tenemos dos pares de vectores coplanarios
~
(b
....
11:
..
(.-a)
y -
....
..
a::.d"'b
a . d .se:l.11J( == b . d .senp
--
....
Ponemos en la recta AB los vectores opuestos .....
c y -o,
el sistema no se alteraM
cu~lquier
pua
62
...
..
=+
En B
Q;:
Modularmente:
11:
....
11:
....d
....
d
QB
11:
...
-\
"
t'\
d (a -1- c) s en 3
45.-
.....
1 ) Dados a y b
..
..
..
dy
: segn
sus rectas soporte hasta
5) Componemos
...d y ..e
en M,
M)
o~
........
...
to C
-~
.,
_P..........,_.;:=. ...
\\
.. I,
-:
\ \;
4) Deslizamos
~~--_.
,
"
obteniendo respecti
....
'
~l:
,,
,,
"\.
\\
,,
,,
""
L:l ,.
tr.,,,, .....{
... ...
.....'
Si a y b son perpendiculares a AC, tenemos:
~
....
Qc =". CD
~I=
luego
CB
b .. GA
b
.A
...a
a
CA
:::;,
()
::=
==+
Dado el pf~r ~
46.-
....
,~
equivalli'H.1te
t:i..-
U/
....
...
mismo momemt<.) ..
1)
~raz:3.mos
lelo
el rla.:n() para....
la traslacin de g'
'jr
~1,Il~.r,.;
sus opuestos
bl~~
~n"\p~~l~Mr~
2"'"
\,''''' .. -). "'''"'.) ....
C01...t
-,
(_1.~.'
'.'
......
(-a) e'on
ol)'tel1emos
et),
1" l~"j"
e, ({. O
v.....
i.I. ',,,. \.~....
l.
.........
el pl<l1.:cio
""Y'
:r'.....It.J.. t . ~"
~L ~
n"
VI
.....
"r
\.~
*,1I"i" ~. ,~
... ...
....
.... .....
.~)
( -a ) , a.( <#'(")
-a , (a
, b, ( - b) , b ' \ - "..)
b 1 <: ') ~
b ~ ( - ....
b \
..........
Q =
a
.......
=
d ~
d A b
5.7~
(""
~;.
,'.'
..
=,*
a tendr
....
Sistema de y.e~~-!i.~;~iz~mte-2~,!E_~t)J~.~:!.
Dado el vector deelizante -;!, YB,mOS a trasladar:Lo a
op'eracionf;~s
invariantes:
...
md~
64
Caso de
tengamos
0U6
~,.
_ _
cualqui~
zantes (a,b,c, n)
tema nulo ..
...
(_.
.....
('
a y ,-a),
b "v
"'6
pares
_.
..ot\.
-bJ.)r ~"
e~uivalenteB Q
~
momentos Qa ,
-c!
1
los
...>
Q~,
1)
Q(} ,
Qr
, l
Cc'm'Pon'!~,i'J,do los res
'
.,""
del sistema..
...........
mentos QS,Qb$
,Q: n
obte
o"
nemos el vector libre Q denominad...) MOMEN 'rO RESUL-
TANTE.
47.-
~ d
E~'
o.e
vef~.t~O!~es
a d O~~ !)or
c(2,0,1), D(2,1,1)
'1~os
(1es'l,i.z~~~\tltE~s
""'"\.
~i'
~ t:. 1 ,J.J"
.., '1
~purr,~G~~3
1'l.t~,.~_
..
__
=:
l~:B,
b .....
'8t' ,..
C)
e) ,
,2.}
.
1
" momern.:o
,
.1 a reeu..l., t ~anl.
gener8._
y ' e..i.
resu..-} t8.r;.;e
en
origen ..
~w"
" I
6.l..,/
65
...
-'Jo
""f,
iB :: B-A ::::
...
-- on = D
.- E;F = '.Ir ...
.....
....
.-
- - - -a
Il~~
;:
de les 3 vectores
....
R = a
,..
~~.
,j
.....
-:..
-ofl'
::::
j. o}
::
,~1.+
.....
""
..
",.,
]!..
..
+ b + e 4i + 2j
tE.
............
Q == r
t\
ti
::::
'"'\l_
(}
:1-11
<:...
...i
-1
""lI
................
0'\ :,.;1.
r . ).I\ e == OA
48 .. -
equiv~,d..ente ~
x-o
O
Esta. recta
-_
z
......
V'if~ne
==iI'
z == O
x ::: O
definida
planos z ~ O Y x :: O
Un vector director segn
-.
esta direcci6n se.l'f! vI:::: 2j
.~'C>
.. ~
--
(~i
-~
R.
_.
..-1
.j
le
-,
i~
~5llm.fn"&,l
(~ ~
de
bE
11f
&!'Irt
5j
1~
!
~~
ti"'\\"
0--0
~.Y...".,. =
l...
ti
1,I + I~
O'
i
,;.
il t ....
.,. . .
k!
-;~~
.
0(;
.""1-
?;j .}.-
,;,:
,,..~~!
1'~cu.ac;_61'l de OM:
-....,-.......
~i
vector6S~
66
.....
Ecuaci6n de MN:
x-o
o-o
:::
y-2
0-2
:::
z-O
=:::::::}
1-0
-O
Vector director
,r-2
-2
==
-')
=::.::
:::
y-2:::=
2z
--,.
~ k
=:::~
:::
z
1
;: -2j
-4
Ecuaci6n NO:
x+O
O-O =
y-O
O-O
:::
z-l
==~:l
0-1
-O
:.x:
..Ji-
,.-
=:
. z-l
-1
Vector director
:::=~
:r
:::
:::
- -k
...
...a -
'" v 1 :::
~
o
'f''V
:::
-'"
-'"
/
2
....
c::: IV
2,(
....
-2~ j
:::
-./ k
fo~mado
...
10 / ' k
....le
..."
~ --:R=a''b-l- c-=2JlJ-
:.::::=~
i~
.
j
....
....
->
Q == ON A b=
o
I :::
luego
-.3
+1
::: -2
l ::: 2
Con. lo
==z.p ::: 1
qUE:
.11>
4j
...,
- 2j
("';. .
_.
-l;
~~~,
~.~
r>k~
<.
ComprobacitSl'l
...
-10
_o,'
,",!!,
,...;:;.
-'1'
.....'~.
2J ..~~
~ ',' -- 2
67
49.-
..
etA
-4- 2j -4- 2k
...
~B ::: 2j + 2k
.. ...
Q = -4i -4- 4j -4- 2k
...
QB' QC de valores.
...
QA'
=:
21
..
resul -
mom~nto
equivale~
..;
tes.
Igualmentepodriamos haber pasado del sistema de n vectores deslizantes a una resul
siste~
,mas son equivalente. Por tanto, la resultante y el momento resultante en A son equivalentes a los (1ue tenemos en B. Esto lo
podemos expresar analticamente mediante el cambio de origen.de momentos.
..
QA
....QB -4-
.. - = ..
QA- QB
2i
lI:
--
...
==+
AB A R
--i
-'t
...k
Rl
..
= i(R 3-R 2 )
...
..
R
3
==
sistema indetermiDado, necesitamos aadir mas ecuaciones. Volvemos a aplicar el Teorema del Cambio de origen de momentos -nlievamente.
..
...R ==+ Q
....
QA= QC + AO
-4
It
.. .. ..
....
- QC == 6i - 2j ==
- 4R 2
-2 = 4R1 - R
3
R2 - 3R l
3
R2
4
R
3
:;
+ k(R 2 - 3Rl )
.. it3R'
.. 3 - 4R 2 ) .... j(4R1 - R3 )
6 == 3R
R
l
..
..
..
--:ti:
..=
...
R.-O
R" . l
..
...
....
como R :: R i ... R j 4- R k
l
2
3
....
tenemos que R = 2k
50.-
Dado un vector deslizante de mdulo 5 cura recta soporte pasa por el punto A(l,O,O) y tiene la direc --
.. = ...
... = -2j,
...
B(O,l,O) Y otro c
y-l-l
1
:;:
-Oz
x-l
...z...._
1 -
- Oz
.. .. ...
..... .. ....
-2j
.~
R a ... b ... c == 5i - j
a ... PB A ....
b ... PO
Q = FA A ....
e ==
... ...
p
....
--
"""e
==
41
-1-
..
3j
69
y.J.1
1
- x2 =
x-1
1
..L
1
-z
= -O
z
-4
::::;
2y
y
x-1=
...
....I1l
PO
..
Qp ==-
-1
-1
....
"""
i
01-
....
j
....k
-1
-2
-1
-2
1"...
j,:.,.
-1
-1
-2
.....
....
""""
=9'C{O,-l,O)
= -i -2j -k
-'~:;p
...k
....
1-:"
~.
::
~x
...
== -1
~!-
(4 .. 2
==
.. - ..
...
- ..
Tengamos n
vect;~.r;;>s
2 , , a.
El momento resultant~ eD O va
al'
6.
r:
le Qo = i
A ti
. El momento resultante do O 'va
1e
..
~
:1.
Qo ,=
-;:
~
:t.
y tenemos que
,
r. == 00 + r.
...., ...
1-
1-
luego
.... = ~
Q
o
i
==
-;"
i
E:i
==
s;.1.. .
(O.....v~'J 1')
l'
i
::\-
A c~.,
'/0"'0'A ...
~~
..... , / ..
...
a . J.. %/ -r:4'~ a,
== OO
z. a + %/-t.,
rl" al
:;
~
...t
Bk
1._
== 00',. R .;. Q ,
o
.... .- Qo'
Si R = O ==~ Qo
-";1
""'ll>
SiRtemas equivalentes
Q ,
o
.~
Si adems de lo anterior
70
5.9.
Eje Oentral.
\
..
...
"'"
........
--
==*R. Qo = R Qo , .. R DO
...
..,.
....
El producto R Q vale lo mismo en cualquier punto y se conoce con el nombre de INVARIANTE ESCALAR DEL SISTEMA
..
....
R Q = R Q c'os 1(
..I
=R
QR
= cte .
....
...
"'t
reduc~
tao
Tenemos un sistema de n vectores deslizantes que en/
. el origen O (o en un punto
sultante general y a un
cual~uiera)
mome~
to resultante.
En un punto O'del eje central
el slstema se nos reduce a
...
....
.....
Qo'
....Q
.. ...
~
Il
y tenemos
/J'
t?,t
..........R
0'0
...
iP.
JI
71
componentes:
Qox' = Qox
(yR
- zR )
2
(1)
=~
R2 ==
'
ox' == Qoz , == O =~ Qay ,
' 'R 1
= (Q,I
o
== Qox -
zR
(11)
...
,
Q , == Q
=~ Comprobamos que la proyec~i6n de Q segun
o
ay
.....
la direcci6n de R permanece constante.
==
Qoz
"" x
z
==>
= Cte.
(111)
x ==
Jx = Cte
Luego el lugar geomtrico de los puntos es una recta intersecci6n de los planos z ::: a
x == b
"">
Q ::: L:0"">].
R == X-:'"
].
....
....
+ Mj + Nk
+
y~"" Z"
72
==~
-- ...
= .....
Q , +00 J, R
y multiplicando vectorialmen
...
....... JA:..
R\Q
=R,~
...R
.... -..,
R ~ 00 ."
....
=9' R ,.
===>
::: R
...
X(R
.....
00' )=R
Y(R OO')=R
.....
Despejamos
...R
=:::~
.....
00 '
R
R
...
00'
2
~-
NY
-2
x - (NY - MZ)
2
2
Y -
(LZ - LY)
Z -
(MX -
LY)
y tenemos
==*
y-
MZ
LZ
-2 NX
:::
Zr-
MX
LY
2
Z-
resu~tante
el punto M(ml , m , m)
2
Aplicando el Teorema del cambio de origen de momen tos tendrmos:
QM
-">
....
= Qo'
+ MO'A
::: S~
.....
Si
-tilo
jM = Xr
+
+
...
yr + ZtT~+
U'"
(II)
13
...
. ..... ,..
........
~.....
= R,. Qo'
R,. QM
~,
:: R MO
11
MO
11
::~
- R (R 140')
...,( .....
= MO
-- ...
...
~)
- R (R MOr =
..
(....
-,
R. R. 140 ) :: R2 14'-'0' _ ........
R,. QM,
R. R
..
tenemos:
...
X(R MO')
...
Y(R
....
MO ') :: R
Z(R MO')
Despe~ando
= R2
::
.....
R MO'
ti'perp;s
2
R
;=+
(x-mI)'"
....R
...
MO'
2
R
=:
i"S)
(me -
,--------------.......-..
x
R
(1Z..-.m )
;:
-.JU -
SY)
~2
PROBLEMAS
51.-
general R
.......
...o --...
R :: Q. ....
R = Constante
Sabemos que.Q
m~n
::~
Inva-
~uedefinimos
ce~
74
....
-- Qmin R
\.
o
= cos~= 1)
==~
:::
...
l'" Iu""'>
Q,
m1n =Q"
mLn
-::
,Q
'"
m n ,.
IRI
....
........
..
.
Un sistema de vectores des11zantes a, b y c se redu~
...
...
....
= 4i
~2j
RE
x -
:::
:::
:::
~r
Q M
.O 2 -
20
==
-2
::
::
5.0
:::
::: 4
y-..J...-2) .0-0.4
20
z-
::: 20
4.5 - (-2).2
20
EJE , CENTRAL
(E0UACION DE UNA RECTA)
x
53.-
= 2y
z ::: 6/5
.... ~ j y
Dado el sistema de vector.es deslizantes -.
a ::: 2i
.....
.....
...".
Q = -4i - 2j, cuyas rectas soportes pasan respectiv!
mente por los puntos &(1,0,0) y B(2,1,0). Hallar las
75
-.
Qo
"""'" ...
a
= OA
A
OB
... =
....
j
- - ..
-...
.f.
.~
04-
-2
=K
;-r;-
(NY - MZ)
R
(LZ - NX)
R
____ __-.----...o.--x-
y -
(MX - LY)
z -
X =
Y
Z
= -1
= O
x- l. (-1)-0.0
5
-2
Simplifanando
L =
==~
y-
0.0-1(2)
z~
.0(-2)-0(1)
5 .
----------::--.;.--------1
O
;x: .f.
-2
1/5
y -
2/5
z
O
Ecuaci6n del
eje central
16
"
...
...,
da por el unitario u
...u
...
UlL+
=:
....'J.
..
J . u
2 ..
3
El' mdulo de E. por u nos
..
....
determina el valor de E
....
-..
Ei :.; \Eil
- Un sistema de n vectores
...=::i ..
...E.
a) El momento resultante
..
==~ Q
r~
It
.
t
lu~
-
go Q ser perpendicular
.. p.....,
....
a r: y a E. por tanto a u
.. .........
1
b) La resultante general
go R
El u ... E
=:
....
.....
+E
..
...
+ + En
2
R = El
lu~
u + +
....
u = u ;~ E.
n
.... ->1
c) Luego Q y R son perpendiculares.
.........
Q R ==
... ...
R = Q R
.. ,
1
-'lI
0\
E.) ==
1
SE.
..........
(r. - r
1
4==~
lQI = O
como\RII O ==::;>
z:. (r.
R cos
O ===i> Q
E1
L'"
= z;
r.
J.
/l
E.
-'>
...
Q R = O
...r
...
~ ~E.
. J.
Qp
=O
""
w-'b
-'1>
== Z. (~. A E. ) -1'
.,.1>..
1.
..e::.
....
/-.
( E,)
=='> Z!j'
].
E.).
= r-')p
L
1\ z:;.
77
'"">
1..r
x.~
u
l
E. =
~
~ [lil
Yi z.~
u
u
2
3
x
u
.
j
....
=~
u l - x . u ) ... k (x
3
....,.
...i
=
....
"'>
.J. j (z
""
....
r p Ai Ei
.....
......
[i\y
IE i '
XU
u l )]
u2 - y
+~~j( zUl ~ -
u -z
3
lt
) ...
2 ) ...
~
(XU
YUl)
2
ZU
Identificando componentes
~(Yj.Ei) u 3 (Z. E. ) u ..
~
l
~ (z .. E ) u
i
2
= u3
y ~E. - u
~
2
~ (xi Ei ) u
= ul
= u2
~E.
- u
~E .
- u l y ~Ei
= u 2 (~
( z,.
E ) - z.~(E.)
~
i
= u 3 [~
(xi
E. ) . - x".z Ei
[z
(Y
E ) - Y . ~ .E.
i
~(y
(Xi. E. ) u ~
2
. Ei ) u l
~Ei
x ~ Ei
Ei ) - y . ~ E.
~
3 [ ~ (y
u l [ ~ (Z Ei ) - z . f Ei
.u
2L ,-(x,".
E ) - x .~ E
i
i
= ul
De donde obtenernos
/.Y, E.
~X E.~
x-
LE i
u
y- ~E
=
z-
~zi
E.
~Ei
Ecuaci6n del
eje central
)+
pgina
INDICE:
1.- Magnitudes escalares y vectoriales.
to de aplicacin.
3
.5
Suma
Resta
Producto de un
escala~
por un vector
7
7
9
recci6nes cualesqiera.
4.6. Producto encalar de dos vectores.
11
11
12
anali~ica
Expresin
13
15
17
17
19
20
4.8. Producto
m~~to
J9 tres
~ectores
24
24
25
4.9. Derive..cin
ector:~e.J.
31
34
un vector
34
35
Derivada deJ..
pX'Odl~cto
vectori21
35
36
41
41
5.2.
Teorema del
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
Teoren,;l. de Varignon
42
50
Sistem~
58
~amb~.. o
60
Par de 'lectores
>J
5.8.
Teore~
un
Eje
63
desltzantes
:DetcTLliIU}e:".>Ii
Eje central :-;n
69
70
c(mt:rs~l
zantes
42
':in.SJ.l:L(;:i.~a
'l..m
pfl.~'alelo8
71
76