Ejercicio 5

Ejercicio 5

de Emilia Fuentefria Marchesi -
Número de respuestas: 6
Hola, me gustaría saber cómo integrar o resolver esta ecuación para hallar el tiempo que demora en detenerse el objeto. Gracias


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En respuesta a Emilia Fuentefria Marchesi

Re: Ejercicio 5

de Inti Piccioli -

Hola Emilia. Por lo que veo, pareciera que llegaste correctamente a la ecuación de movimiento en la dirección tangencial, que es de la forma m \ddot{s} = -mg \sin{\theta} = -mgks y luego la preintegraste.

De ser así, te cuento que no es necesario en este caso, pues la ecuación que obtenés es fácilmente resoluble. De hecho tiene solución tipo sinusoidal (tal como se vio en Física 1).


Saludos!

En respuesta a Inti Piccioli

Re: Ejercicio 5

de Mateo Joaquin Regusci Real -

Hola estaba haciendo el ejercicio y tuve la misma duda. No entiendo como hacer para, a partir de la ecuacuon de movimiento ( la misma que la foto de la compañera), llegar al tiempo que demora en detenerse. 

Gracias

En respuesta a Mateo Joaquin Regusci Real

Re: Ejercicio 5

de Ricardo Marotti -


Hay dos formas:

De la preintegral de movimiento (que es la ecuación que muestra la compañera) se despeja   \dot{s}  , que quedaría:   \dot{s}= \sqrt[]{v_0^2-gks^2}  . (Observar que la velocidad es positiva, porque s crece, ya que al aplicar la raíz hay dos signos posibles). Luego   \dot{s}= \frac{ds}{dt}  por lo que la ecuación se puede escribir como: 

  \frac{ds}{ \sqrt[]{v_0^2-gks^2 } } =dt

Se integra a la izquierda en s desde 0 (objeto en el origen) a la distancia hallada antes (máxima distancia recorrida hacia arriba, que es la distancia hasta que el objeto se detiene), y a la derecha en el tiempo, desde el instante inicial (0) al tiempo que demora en recorrer esa distancia, que es el tiempo que demora en detenerse, o sea, lo que se quiere hallar. 

Por esta forma hay que conocer antes la distancia que recorre el objeto antes de detenerse, que es lo que pide primero el ejercicio, que es el valor de s para el cual  \dot{s} = 0 (distancia máxima implica derivada nula). 

La otra forma, y que dice Inti, es directamente de la ecuación de movimiento, que es una ecuación diferencial lineal de segundo orden a coeficientes constantes homogénea, hallar la ley horaria s(t). En este caso la solución a esa ecuación diferencial es una combinación lineal de senos y cosenos con frecuencia angular   \sqrt[]{gk}  (Observar que las dimensiones o unidades son correctas). Para hallar las constantes de la combinación lineal hay que imponer condiciones iniciales: s(0)=0 y   \dot{s}(0) = v_0  . Luego el instante en que la partícula se detiene es cuando   \dot{s} = 0 . Por este camino la distancia recorrida se halla después evaluando en la ley horaria para ese instante. 



En respuesta a Ricardo Marotti

Re: Ejercicio 5

de Bruno Del Castillo Prestes -
Buenas, no me queda claro por que la solucion es con senos y cosenos y no senos y cosenos hiperbolicos, ya que la ecuacion que tengo es -mgks.n = -ma.n siendo n el versor normal. No estoy seguro si el error esta en ponerle el signo de negativo a la aceleracion, supongo que es esto pero esto significa que cuando igualo las fuerzas a ma debe ser siempre positivo?
En respuesta a Bruno Del Castillo Prestes

Re: Ejercicio 5

de Ricardo Marotti -

Estimado:

La ecuación da soluciones en senos y cosenos trigonométricos y no hiperbólicos porque la ecuación de movimiento a la que se llega es:

  \ddot{s} + gks = 0

que es una ecuación diferencial de segundo orden lineal a coeficientes constantes homogénea y sin término en derivada primera, con el coeficiente del término de orden cero positivo (como la ecuación de un oscilador armónico simple, o sea un sistema masa resorte). Sus soluciones son senos y cosenos trigonométricos. 

La ecuación de movimiento anterior se obtiene de proyectar la segunda ley de Newton: 

 m \vec{a} = - m g \vec{k} + N \vec{n}

donde el versor  \vec{k} es según la dirección vertical ascendente y  \vec{n} es el versor normal (el primer término del segundo miembro es el peso y el segundo la reacción de la guía), según la dirección tangente a la curva. 

En tu razonamiento no sé por qué le ponés un signo de menos a la aceleración ya que la segunda ley de Newton dice que la masa por el vector aceleración es igual a la fuerza neta que actúa sobre la partícula. El signo de menos en el término del peso de la ecuación anterior aparece porque el peso es opuesto al versor   \vec{k}  (el peso es descendente y el vector   \vec{k}  ascendente). 

Luego tampoco entiendo por qué proyectas según la dirección normal. En esa dirección te aparecería la reacción normal N (que vos no ponés) y que no se conoce. La segunda ley de Newton implica fuerza neta, es decir hay que incluir todas las fuerzas que aparecen. En este caso la reacción de la guía es normal porque la guía es lisa (no hay reacción según la dirección tangente). Entonces por eso, como siempre que se tiene una guía lisa, la ecuación de movimiento se obtiene de proyectar según la dirección tangente. 

Saludos: 

Ricardo.