Sistemas Materiales Rígidos

Cuando un sistema de puntos materiales se mueve de forma tal que la distancia relativa entre los distintos puntos permanece invariable se dice que el mismo es rígido. Tal sistema se denomina sólido, chapa o barra según si los puntos materiales se distribuyen en el espacio, sobre una superficie o sobre una línea respectivamente. En estos sistemas, la condición de vínculo fundamental es la de rigidez conocida comúnmente como Condición geométrica de rigidez:

  (1)

Grados de libertad de un sólido libre en el espacio. Tomemos 3 puntos no alineados de manera de poder contar con dos ejes y un plano que sirvan como referencia para ubicar cualquier otro punto del sistema rígido. Entre dichos tres puntos se pueden formular 3 condiciones geométricas de rigidez:

   

De estas expresiones se obtienen las siguientes 3 ecuaciones de vínculo:

n = 3

 En estas expresiones aparecen 9 parámetros del sistema.

Conjunto de coordenadas m = 9

 Luego, los parámetros libres: p = m - n = 9 - 3 = 6

Así: g. l. = 6

La cantidad 6 representa el número de parámetros libres o grados de libertad del sistema rígido (o sólido) en el espacio.

Condición cinemática de rigidez

Teniendo en cuenta la condición geométrica de rigidez:

 

y derivando con respecto al tiempo:

 

ordenando:

 

Dividiendo m.a m. por 

  (2)

con: 

La (2) recibe el nombre de condición cinemática de rigidez y expresa que si un sistema material se desplaza rígidamente, las velocidades de dos puntos cualesquiera del mismo proyectada sobre la dirección que ellos determinan son iguales. Gráficamente: