Movimiento Restringido: Definición, Tipos y Ejemplos del Mundo Real

¿Qué es el Movimiento Restringido (Constrained Motion)?

Un movimiento restringido es el movimiento de un objeto que ocurre cuando este es forzado a moverse de manera restringida. O dicho de otro modo: el movimiento que no puede proceder arbitrariamente de cualquier manera se llama movimiento restringido.

En lenguaje simple: es el movimiento que queremos que ocurra, o simplemente el movimiento requerido se llama movimiento restringido.

Por ejemplo, supongamos que queremos un movimiento en línea recta de un coche pero este se mueve en camino curvo y lo controlamos forzándolo a moverse en línea recta. El movimiento en línea recta es movimiento restringido.

Ejemplos de Movimiento Restringido

• Movimiento de una molécula de gas en un recipiente esférico.
• Partícula moviéndose por un plano inclinado rugoso o liso.
• Partícula deslizándose por una curva bajo gravedad.
• Movimiento de cuerpo rígido donde la distancia entre dos partículas cualesquiera permanece constante.
• El ciclismo es el mejor ejemplo. La entrada es el par producido al pedalear. La salida es la rotación de la rueda trasera.
• Movimiento de masa puntual de péndulo simple: está restringido al mantenerse siempre a distancia fija del punto de suspensión.
• Partícula atada a un extremo de una cuerda y forzada a moverse de manera particular.
• Movimiento de las cuentas de un ábaco: restringido en una dimensión por los alambres de soporte.
• Movimiento de partícula en superficie de esfera: restringido a moverse solo en la superficie o fuera de ella.

¿Qué son las Restricciones (Constraints)?

Cuando un objeto es forzado a moverse a lo largo de un camino dado bajo la acción de fuerzas externas impresas. Las restricciones que actúan sobre el movimiento o posición o ambos de un sistema de objetos se conocen como restricciones. Las restricciones limitan el movimiento de un objeto.

¿Qué es Fuerza de Restricción (Constraint Force)?

Las fuerzas de restricción son las fuerzas que el objeto restrictivo aplica al objeto para que siga las restricciones de movimiento. Son las fuerzas que el objeto restrictivo ejerce sobre el objeto para hacerlo seguir las restricciones motionales.

El movimiento de un objeto es limitado por fuerzas de restricción. El movimiento restringido se define como una velocidad que no puede moverse arbitrariamente en cualquier dirección, o el movimiento que queremos que ocurra, o simplemente el movimiento requerido. Por ejemplo, si queremos movimiento circular de un ventilador como salida y este se mueve circularmente, tenemos movimiento restringido.

TIPOS DE MOVIMIENTO RESTRINGIDO

1. Movimiento Completamente Restringido (Completely Constrained Motion)

Cuando el movimiento entre dos elementos de un par es en una dirección definida independientemente de la dirección de la fuerza aplicada, se conoce como movimiento completamente restringido. Puede ser lineal o rotatorio. El par deslizante y el par giratorio son ejemplos. En par deslizante, el prisma interior solo puede deslizarse dentro del prisma hueco. En par giratorio, el eje interior solo puede tener movimiento rotatorio debido a los collares en los extremos. En cada caso, la fuerza debe tener dirección particular para el movimiento requerido.

Ejemplo: En una máquina de vapor, el pistón y cilindro forman un par, y el movimiento del pistón se limita a una dirección específica: solo alternará relativo al cilindro independientemente de la dirección del cigüeñal.

Más ejemplos: movimiento de barra cuadrada en agujero cuadrado; movimiento de eje con collares en cada extremo en agujero circular.

2. Movimiento Incompletamente Restringido (Incompletely Constrained Motion)

Cuando el movimiento entre dos elementos de un par es posible en más de una dirección y depende de la dirección de la fuerza aplicada, se conoce como movimiento incompletamente restringido. Por ejemplo, si el par giratorio no tiene collares, el eje interior puede tener movimiento deslizante o rotatorio según la dirección de la fuerza. Cada movimiento es independiente del otro.

Ejemplo: Una tira o eje circular en un agujero circular: puede rotar o deslizar en el agujero. Ambos movimientos no están relacionados.

3. Movimiento Restringido Exitosamente (Successfully Constrained Motion)

Cuando el movimiento entre dos elementos de un par es posible en más de una dirección pero se hace que tenga movimiento solo en una dirección usando medios externos, es movimiento restringido exitosamente.

Ejemplo (cojinete de pie): Un eje en un cojinete de pie puede tener movimiento vertical aparte del rotatorio. Pero debido a la carga aplicada en el eje, se restringe a moverse en esa dirección y es así un movimiento restringido exitosamente.

Similarmente, un pistón en cilindro de motor de combustión interna se hace tener solo movimiento alternativo y no rotatorio debido a la restricción del pasador del pistón. También, la válvula de motor IC se mantiene en su asiento por la fuerza de un resorte y tiene así movimiento restringido exitosamente.

Ejemplo: movimiento de eje Cuando se aplica carga compresiva al eje, el movimiento del eje en cojinete de pie es exitosamente restringido. El eje puede moverse hacia arriba o rotar en un cojinete (movimiento parcialmente restringido). Cuando se aplica carga, se previene el movimiento axial hacia arriba. Movimiento restringido exitosamente se refiere a este movimiento.

Más ejemplos: movimiento de válvula de motor IC (mantenidas en asiento por resorte); pistón alternando en cilindro; eje en cojinete de pie.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

¿Qué es Movimiento Restringido?

Son movimientos que ocurren cuando un objeto es forzado a moverse de manera específica. Puede tener que moverse a lo largo de una pista curva, deslizarse sobre una mesa que acelera hacia arriba, mantener contacto con una cuña acelerada, etc.

¿Qué es Movimiento Restringido Exitosamente?

Cuando el movimiento entre los elementos que forman un par es tal que el movimiento restringido se completa por otros medios en lugar de por sí mismo, se dice que el movimiento está exitosamente restringido.

¿Qué es Movimiento Completamente Restringido?

Cuando el movimiento de un par se limita a una dirección definida independientemente de la dirección de la fuerza aplicada, el movimiento se dice completamente restringido.

¿Qué es Movimiento Incompletamente Restringido?

Cuando el movimiento de un par puede ocurrir en más de una dirección. Se denomina "movimientos incompletamente restringidos". Un cambio en la dirección de la fuerza afectada puede cambiar la dirección del movimiento relativo entre el par.

¿Cuál es la diferencia entre Restringido y No Restringido?

No restringido significa que la variable de elección puede tomar cualquier valor — no hay restricciones. Restringido significa que la variable solo puede tomar ciertos valores dentro de un rango mayor.