Cdg-seimicirculo

  • June 2020
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Centro de gravedad de un semicírculo de masa M y radio R 1 1 El área del semicírculo es A = πR 2 y su masa M = σπR 2 . Consideramos que el círculo está 2 2

contenido en el plano XY.

1º Método. Integración Como el semicírculo tiene un eje de simetría, el centro de gravedad del semicírculo está sobre dicho eje, las coordenadas x e y son iguales por lo que sólo es necesario calcular la coordenada y: yG =

1 M

∫∫ ydm . A

Debido a la simetría, cada producto ydm existe a ambos lados del eje de simetría, por lo que la integral extendida al área A del semicírculo puede considerarse como 2 veces la integral extendida al área del cuarto de circulo, en el que y x

varía entre 0 y R; además y puede expresarse en función del ángulo ϕ,

dy

y

el cual para el cuarto de círculo varía entre 0 y π/2. A una distancia y

del eje horizontal se considera un elemento diferencial de masa dm = σxdy , por lo que π

1 yG = M

2 ∫∫A ydm = M π

2σ 2 y σ xdy = RsenϕR cos ϕR cos ϕdϕ ∫∫ M ∫0 A/ 2

2σR 3 ⎛ 1 ⎞ 2 2σR 3 3 − cos 3 ϕ yG = ⎜ − ⎟ ∫ d cos ϕ = − 2 M ⎝ 3⎠0 ⎛ σπR ⎞ ⎟⎟ 3⎜⎜ 2 ⎝ ⎠ 2º Método. Aplicación del teorema de Guldin

[

]

π 2

0

=

4R 3π

Cuando el semicírculo de la figura gira en torno a un eje horizontal, engendra una esfera de 4 volumen V = πR 3 mientras que el centro de gravedad describe una circunferencia de longitud 3 Lcircunferencia = 2πyG de forma que

gravedad es yG =

⎛ πR 2 ⎞ 4 3 ⎟⎟ de forma que la coordenada y del centro de πR = (2πyG )⎜⎜ 3 ⎝ 2 ⎠

4R 3π

yG