?Qu¨¦ es el momento angular?

Para explicar lo que es el momento angular voy a relacionarlo con el momento lineal porque la mayor¨ªa estamos mucho m¨¢s acostumbrados a pensar en este. Si queremos caracterizar el movimiento de un cuerpo, necesitamos dos cantidades: la masa y la velocidad. Es f¨¢cil entenderlo de forma intuitiva: no es lo mismo que algo muy ligero, una hoja de un ¨¢rbol, se mueva hacia nosotros, que lo haga algo muy pesado, un ladrillo. Y de igual forma, si esos dos objetos se mueven hacia nosotros, nos interesa saber si se mueven r¨¢pido o despacio. As¨ª que podemos entender que nos hacen falta las dos magnitudes para medir esa cantidad de momento lineal. Cuando algo gira, cuando tiene un movimiento de rotaci¨®n en torno a un eje o a un punto de referencia, utilizamos el momento angular en vez del momento lineal del que acabo de hablar.

Es decir, el momento angular con respecto a un punto caracteriza el movimiento de algo que rota en torno a ese mismo punto. En este caso, las dos magnitudes que necesitamos para medirlo son el momento de inercia (lo que en el lineal es la masa) y la velocidad angular (lo que en el lineal es la velocidad lineal).

El momento angular no es una caracter¨ªstica intr¨ªnseca de un cuerpo. La masa, por ejemplo, s¨ª lo es, cada cuerpo tiene su masa. El momento angular se define siempre con respecto a un punto que ser¨¢ el centro de rotaci¨®n. Por eso, un objeto puede tener un momento angular determinado con respecto a un punto, pero no tenerlo con respecto a otro. L¨®gicamente, solo cuando gira y siempre con respecto al punto de rotaci¨®n. Es como la velocidad, algo se est¨¢ moviendo o no, con respecto a qu¨¦ lo midamos. Si yo conduzco un coche con un copiloto, alguien que nos vea pasar ve c¨®mo mi copiloto se mueve, pero para m¨ª no se est¨¢ moviendo porque va sentado a mi lado.

Otro hecho interesante del momento angular es que se conserva, es decir, que el momento angular de un cuerpo con respecto a un punto no va a cambiar, a no ser que se aplique una fuerza externa. Y no vale cualquier fuerza, tiene ser una que cambie el estado de rotaci¨®n del objeto.

Podemos pensar en dos casos con dos tipos de fuerzas, una que no cambie el momento angular y otra que s¨ª lo haga. Por ejemplo, en un sistema planetario los planetas giran en torno a un punto y tienen un momento angular que se mantendr¨¢ mayoritariamente constante. Esto se cumple porque la fuerza de la gravedad que act¨²a sobre ellos es central, as¨ª que no cambia su velocidad de rotaci¨®n en torno a ese punto central. Para el segundo caso, si pensamos en una rueda de bicicleta girando y queremos hacer que gire m¨¢s r¨¢pido, la vamos a impulsar tangencialmente (y no hacia el centro de la rueda, que es donde est¨¢ el eje de giro). Como el momento angular se calcula como el producto del momento de inercia y la velocidad angular, vemos que al cambiar la velocidad de giro con una fuerza tangencial tambi¨¦n estamos cambiando el momento angular de la rueda.

Finalmente, nos queda hablar sobre el momento de inercia. Esta cantidad nos dice para un determinado cuerpo c¨®mo se distribuyen todas las partes que lo componen con respecto a un eje de rotaci¨®n. Es decir, si la masa del objeto que gira est¨¢ cerca o lejos del eje. Cuanto mayor sea la distancia al eje de rotaci¨®n, mayor ser¨¢ el momento de inercia correspondiente. Como el momento angular, no es algo intr¨ªnseco, y es que el momento de inercia de un cuerpo cambiar¨¢ si cambia su forma o si cambiamos el eje de rotaci¨®n.

Hay un ejemplo que nos sirve para ilustrarlo y es el patinaje art¨ªstico. En este deporte vemos como cambiando la posici¨®n del cuerpo, si se acerca o se aleja una parte del cuerpo al centro de giro durante una pirueta, cambia la velocidad de giro del atleta. Lo que estamos viendo es que su momento angular se mantiene constante durante la pirueta porque el efecto total de las fuerzas externas es muy peque?o y podemos ignorarlo. Como el momento angular es el producto de esas dos cantidades de las que hablaba, momento de inercia y velocidad angular, si una disminuye, la otra tiene que aumentar. Al acercar brazos y piernas al eje de giro, el momento de inercia disminuye, as¨ª que la velocidad de giro tiene que aumentar para el que el producto de las dos, es decir, el momento angular, se mantenga constante.

Mar¨ªa Vieites D¨ªaz es doctora en F¨ªsica de Part¨ªculas e investigadora en el Laboratorio de F¨ªsica de Altas Energ¨ªas de la Escuela Polit¨¦cnica Federal de Lausana (Suiza).

Pregunta enviada v¨ªa email por Rom¨¢n Fuster

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