La rotación es el movimiento circular de un objeto. En un plano, un objeto gira alrededor de un centro (o punto ) de rotación . En el espacio 3D, un objeto gira alrededor de una línea llamada eje . Si el eje de rotación está ubicado dentro del cuerpo, entonces se dice que el cuerpo gira por sí mismo o tiene giro , que tiene una velocidad relativa y puede tener un momento angular . El movimiento circular relativo a un punto externo, como la rotación de la Tierra alrededor del Sol , se denomina movimiento orbital .o más precisamente, la rotación orbital .
La palabra rotación, como la palabra movimiento, tiene dos significados en matemáticas. En primer lugar, se denomina movimiento a un proceso continuo de desplazamiento, y en segundo lugar, y con mucha más frecuencia, en matemáticas, se denomina movimiento a la transformación isométrica , interesándose únicamente en las posiciones inicial y final. En consecuencia, la palabra "rotación" también puede referirse tanto a un proceso continuo como a una transformación isométrica. En este último caso, se utiliza más comúnmente el término " giro ".
Matemáticamente , la rotación es un movimiento de un cuerpo absolutamente rígido que, a diferencia de la traslación , mantiene uno o más puntos inmóviles. Esta definición se aplica tanto al espacio plano como al tridimensional. La rotación en el espacio tridimensional mantiene fija la línea, es decir, en el espacio tridimensional, la rotación se produce alrededor del eje. Esto es una consecuencia del teorema de rotación de Euler .
Un conjunto completo de movimientos de cuerpo rígido incluye rotación, traslación o una combinación de ambos.
Si a una rotación alrededor de un punto o eje se le superpone una segunda rotación alrededor del mismo punto/eje, el resultado es una tercera rotación total. El reverso ( inversión ) de una rotación también es una rotación. Así, todo tipo de rotaciones sobre un punto/eje forman un grupo : un grupo de rotaciones . Sin embargo, rotar alrededor de un punto o eje y rotar alrededor de otro punto/eje a veces puede resultar en otro movimiento, como una traslación.
La rotación sobre los ejes x , y y z se denomina rotación principal . La rotación alrededor de un eje arbitrario se puede considerar secuencialmente, en términos de componentes: primero rotación alrededor del eje x , luego como rotación alrededor del eje y , y luego rotación alrededor del eje z . En otras palabras, para la rotación espacial, se puede descomponer en componentes básicos.
En la dinámica de vuelo , los ejes principales de rotación se denominan cabeceo , guiñada y balanceo . La misma terminología se utiliza en gráficos por computadora .
La velocidad de rotación se especifica por frecuencia angular (rad/s), frecuencia ( revs /s, rpm) o período (segundos, días, etc.). El cambio en el tiempo de la frecuencia angular es la aceleración angular (rad/s²). Este cambio es causado por el momento de la fuerza . La relación entre el momento de la fuerza y la aceleración angular indica qué tan difícil es iniciar, detener o cambiar la rotación y se denomina momento de inercia .
El vector de velocidad angular describe la dirección de rotación. De manera similar, el momento de la fuerza también es un vector.
De acuerdo con la regla de la mano derecha, la dirección que se aleja del observador corresponde a la rotación en el sentido de las agujas del reloj, y la dirección hacia el observador corresponde a la rotación en el sentido contrario a las agujas del reloj, como un tornillo .
Una rotación es simplemente una orientación radial secuencial a un punto común. El punto común se encuentra en el eje de rotación, que es perpendicular al plano de rotación. Si el eje de rotación está fuera del cuerpo, se dice que el cuerpo está en órbita. No existe una diferencia fundamental entre "rotación", "movimiento orbital" y/o "giro". La diferencia está simplemente en la ubicación del eje de rotación: ya sea dentro del cuerpo giratorio o fuera. Esta diferencia se puede demostrar tanto para cuerpos "rígidos" como para "no rígidos".
En astronomía , la rotación es un fenómeno frecuentemente observado. Las estrellas , planetas y cuerpos similares giran alrededor de sus ejes. La velocidad de rotación de los planetas del sistema solar se midió primero por observación visual. La velocidad de rotación de las estrellas se mide mediante el desplazamiento Doppler o mediante el seguimiento de áreas activas en la superficie.
Esta rotación tiene una aceleración centrífuga en el marco de referencia de la Tierra, que compensa ligeramente la fuerza de la gravedad cerca del ecuador . El primer efecto es que el peso del objeto es ligeramente menor en el ecuador. Y otro efecto es que la Tierra se deforma ligeramente en la forma de un esferoide achatado en los polos.
Otra consecuencia de la rotación de los planetas es el fenómeno de la precesión . Como un giroscopio , el efecto general es un ligero "bamboleo" en el movimiento del eje de los planetas. En la actualidad, la inclinación del eje terrestre con respecto al plano orbital ( plano de la eclíptica ) es de 23,45 grados, pero este ángulo está cambiando lentamente. (Ver también Equinoccios Preliminares ).
Dado que el movimiento orbital a menudo se usa como sinónimo de rotación, en muchas ciencias, especialmente en astronomía y campos relacionados, el movimiento orbital se usa cuando un cuerpo se mueve alrededor de otro, mientras que la rotación se usa para referirse a la rotación alrededor de un eje. Los satélites giran alrededor de sus planetas, los planetas giran alrededor de sus estrellas (como la Tierra alrededor del Sol) y las estrellas giran lentamente alrededor de los centros de sus galaxias . El movimiento de los componentes de las galaxias es complejo, pero normalmente incluye elementos de rotación.
La mayoría de los planetas de nuestro sistema solar , incluida la Tierra , giran sobre su eje en la misma dirección en que orbitan alrededor del Sol. Las excepciones son Venus y Urano . Urano también gira casi en la misma dirección con respecto a su órbita. La hipótesis actual es que Urano comenzó su rotación inicial exactamente en la misma orientación que su órbita, pero luego sufrió un fuerte impacto lateral al principio de su historia. Se puede pensar que Venus gira lentamente hacia atrás (o "de arriba hacia abajo"). El planeta enano Plutón (anteriormente considerado un planeta) también tiene una rotación anómala.
En dinámica de vuelo , se conocen tres variantes de rotación de aeronaves: cabeceo , guiñada y balanceo . El término "rotación" en la aviación también se usa para referirse al cabeceo hacia arriba (nariz arriba), en particular durante el ascenso después del despegue.
Muchos juegos mecánicos utilizan la rotación. La rueda de la fortuna tiene un eje central horizontal y ejes paralelos a él en cada cesta, alrededor de los cuales se realiza el giro opuesto al principal bajo la acción de la gravedad o de un accionamiento mecánico. Como resultado, las canastas permanecen verticales todo el tiempo (no giran). En este caso, el vector de desplazamiento de cada canasta describe un círculo. El carrusel proporciona rotación alrededor de un eje vertical. Muchas atracciones ofrecen rotación simultánea alrededor de varios ejes. En un carrusel oscilante, el motor proporciona la rotación sobre el eje vertical, mientras que la fuerza centrípeta provoca la rotación sobre el eje horizontal . En una montaña rusa , al girar alrededor de un eje horizontal, la fuerza de la inercia mantiene a las personas en sus lugares durante una o más vueltas.
Spin juega un papel importante en muchos deportes. Twisted golpea topspin y backspin en tenis , haciendo girar una pelota de fútbol. Los giros de la bola son izquierda , derecha , arriba y abajo , llamados tornillos en el billar . Un tiro tipo arco en béisbol y cricket . La inclinación , biellmann , camello y otros giros en el patinaje artístico . Las raquetas de tenis de mesa se han mejorado para que los jugadores puedan girar la pelota cuando se golpea.