Primer parcial 2023 - Ejercicio 7

Primer parcial 2023 - Ejercicio 7

de Alejo Suárez Cabezas -
Número de respuestas: 3

Buenas. No entiendo como saber hacia dónde apunta la fuerza de rozamiento estática. Probando diferentes direcciones y sentidos llegué a que tiene que ser colineal a la fuerza elástica, pero todavía no entiendo por qué y tampoco entiendo si es opuesta a la elástica o va en el mismo sentido. Gracias.

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En respuesta a Alejo Suárez Cabezas

Re: Primer parcial 2023 - Ejercicio 7

de Nicolas Horvath -
Saber hacia donde apunta fuerza de rozamiento estática puede ser sutil porque depende de cada caso particular. Lo que siempre hay que tener en cuenta es la noción de que la fuerza de rozamiento estática siempre quiere mantener al objeto en reposo respecto a la superficie en la que está apoyado, en este caso el disco que gira. La situación más genérica posible en este ejemplito no es para nada trivial, y lo que sucede es que la dirección y sentido de la fuerza de rozamiento dependen de que tan grande sea la velocidad angular. Una manera intuitiva de pensarlo es la siguiente: 
El resorte intenta atraer la caja hacia el centro, mientras que la inercia del giro intenta "lanzar" la caja hacia afuera, alejarla del centro de giro. Hay una lucha entre estas dos cosas, por ejemplo, si el sistema gira muy lento, el resorte "gana" esta lucha y la caja inevitablemente se ve atraída con fuerza al centro. En ese caso la fuerza de rozamiento estática, que intenta impedir que la caja deslice, apuntará hacia afuera, para ayudar a la caja a contrarrestar el tirón del resorte. Pero imaginemos que el sistema gira muy rápido, de modo que la inercia del giro es más fuerte que el tirón del resorte y la caja quiere tender a alejarse del centro. En este caso, la fuerza de rozamiento querrá evitar eso, invirtiendo su sentido y apuntando hacia el centro para "ayudar" a la caja a mantenerse en reposo respecto al disco.
Comentario extra: Este mismo razonamiento vale para el ejercicio 9 del práctico 5.

Pero más allá de ese estudio general del sistema, que es bastante sutil, hay una manera más directa de entender hacia donde apunta la fuerza en este ejercicio. Para empezar, no puede apuntar según la dirección tangencial (paralela a la velocidad de la caja) porque eso implicaría una fuerza neta en dicha dirección, y por tanto un cambio en el modulo de la velocidad tangencial, que no es el caso (el sistema está en movimiento circular uniforme). Las únicas opciones que quedan son que apunte en la dirección radial, y en cuyo caso solo falta entender en que sentido (hacia el centro o hacia afuera). En el ejercicio piden velocidad angular máxima, es decir que estamos situados en un movimiento circular uniforme con fuerza centripeta máxima. La fuerza centripeta es la suma de las fuerzas en la dirección radial, es decir la del resorte y la de rozamiento. Para que sea máxima, la fuerza de rozamiento debe ir en el mismo sentido que la del resorte (porque Froz+Fres > Froz - Fres).

Solo para comparar con el análisis genérico que te comenté al principio, está claro que estamos situados en el caso en que "el disco gira muy rápido", lo cual es consistente porque se pide velocidad angular máxima.

Espero que te sirva el razonamiento. Por cualquier cosa quedo a las órdenes.
En respuesta a Nicolas Horvath

Re: Primer parcial 2023 - Ejercicio 7

de John Long Pino -
Buenas yo hice las cuentas con la suma y aun asi no me da, lo que hago es igualar la suma de las fuerzas a r*w*w
me queda 5 +9.8 = 0.05 *w*w
5 fuerza elastica, k*d = 100*0.05
9.8 la friccion, m*g*coef_roz (2*9.8*0.5)
0.05 siendo la distancia pero me esta dando incorrecto, hay algo que haya calculado mal?