El momento o momentum angular es un concepto de la física y mecánica que hace referencia a la magnitud vectorial referida al estado de rotación de un cuerpo. También se lo denomina momento cinético, especialmente si está relacionado a un sólido rígido o a un partícula puntual.
Este concepto fue abordado por numerosos matemáticos y científicos, aunque los trabajos de más renombre sobre el momento angular son los de la matemática alemana Emmy Noether.
Etimología de Momentum Angular
En cuanto a la etimología del compuesto “momento angular”, debemos aclarar que ésta es su forma más tradicional en español, aunque puede aparecer como “momentum angular”, de manera similar al inglés, donde se lo llama “angular momentum”.
Esto es así ya que la palabra “momento” no se refiere a una unidad temporal, sino que viene del vocablo latino “momentum”, con el significado de impulso, movimiento o frecuencia. Con este mismo término se nombra a la “cantidad de movimiento” o momento lineal que también se estudia en física y hemos explicado en otro artículo.
Momento angular en la física
En física, el momento angular es definido como la magnitud vectorial referida al estado de rotación que tienen los cuerpos alrededor de un punto fijo. Dicha magnitud se mide en kg.m2/s y tiene una función parecida a la del momento lineal en las traslaciones. El momento angular es usado tanto en la mecánica clásica como en la cuántica y en la relativista.
Momento angular de los sólidos rígidos y las partículas puntuales
Sólido rígido
Cuando se trata de un sólido rígido que rota sobre su eje, el momento angular es equivalente a la resistencia que dicho cuerpo emplea frente a los cambios de velocidad angular y se expresa como el ángulo girado por la unidad de tiempo. Cabe mencionar que, en ciertas circunstancias, este momento angular puede conservarse constante y lo que se modifica es el sistema.
Partículas puntuales
Cuando se habla del momento angular de una partícula o masa puntual respecto a un punto espacial, nos referimos al momento de su cantidad de movimiento (de la partícula) en ese punto específico. Dicho de manera matemática, es el resultado que se obtiene al multiplicar el vector de posición de la partícula por el momento lineal.
Para ponerlo en términos más claros, pensemos que el momento angular permite describir al estado de rotación de un punto de la misma manera que el momento lineal lo hace con el estado de traslación en línea recta. De este modo, el momento angular puede calcularse en referencia a un vector de posición y una partícula puntual en movimiento.
El momento angular en mecánica
Como se desprende de lo anterior, el momento angular de una masa puntual no se trata de una medida del cuerpo en sí misma sino que está unida al punto de referencia elegido. Es decir que su concepto físico está vinculado con la rotación. En este punto, entra en juego el “momento de inercia”.
El momento de inercia de una masa puntual se calcula al multiplicar la masa del cuerpo en cuestión por su distancia al eje de giro y se expresa con la siguiente fórmula matemática:
I = m X r2
Conservación del momento cinético clásico
El momento angular es una medida que se conserva, lo cual quiere decir que la suma del momento angular de un cuerpo si se traslada a otro cuerpo en un medio cerrado siempre dará cero.
Esto puede comprobarse al estudiar la rotación del cuerpo humano alrededor de su centro de masa: si se gira el cuerpo con los brazos abiertos, la velocidad será siempre la misma, en cambio, si se cierran los brazos, se producirá un incremento de velocidad. De este modo, con los brazos abiertos el memento de inercia es mayor, ya que la distribución de la masa corporal está lejos del eje de rotación.
Esto es importante en danza o deportes, donde deben hacerse vueltas o piruetas, por ejemplo en ballet o patinaje. La persona toma impulso con los brazos y una de las piernas extendida para que el momento de inercia sobre la vertical sea mayor. Luego cierra los brazos y la pierna para ganar velocidad y disminuir esos momentos de inercia y, finalmente, vuelve a extenderlos para reducir la velocidad de rotación y terminar la pirueta. En salto de plataforma o de trampolín también se usan este método.
Otros fenómenos en los cuales es importante la conservación del momento angular o cinético son:
- El ciclismo y motociclismo donde esta conservación ayuda a la facilidad de mantener el equilibrio.
- Los satélites o sondas espaciales, donde se la utiliza para controlar su orientación angular, ya que se considera que los momentos externos son nulos o cero y, por lo tanto, el momento cinético y la orientación del satélite no cambiarán. Si se la quiere modificar debe hacerse girar un volante de inercia mediante un motor eléctrico. Luego, el volante será girado en dirección contraria y así se conservará el momento cinético. Una vez que el satélite adquiere la orientación deseada, se apaga el volante de inercia y esto detiene los movimientos. El mismo proceso se utiliza cuando se producen rotaciones involuntarias, como las que tienen lugar por viento solar u otros momentos inevitables.
- Las estrellas de neutrones o púlsares son estrellas que se han contraído sobre sí mismas. Al disminuir su diámetro, el momento de inercia disminuye y su velocidad de rotación crece de manera exponencial, al punto de existir púlsares con periodos de rotación de apenas ¡milisegundos!
- Las mareas hacen que la luna produzca un momentum sobre la Tierra, el cual hace que el momento cinético de nuestro planeta disminuya y, por causa de la conservación del momento cinético, el de la luna se incrementa. Esto provoca que la luna aumente su energía y se aleje de la Tierra, por lo cual decae su velocidad y crece su momento cinético. Esto aleja al satélite natural y hace que se prolonguen los días y meses lunares.
