Práctico 10 - Ejercicio 4

Práctico 10 - Ejercicio 4

de Luca Fabriccio Cruz Santos -
Número de respuestas: 1

En el caso de los discos que giran, cual seria el sentido de la aceleración angular? No me queda claro si es saliente o entrante. 

En respuesta a Luca Fabriccio Cruz Santos

Re: Práctico 10 - Ejercicio 4

de Nicolas Horvath -
Hola, a priori podes resolver el ejercicio sin imponer que sea positiva o negativa, y el propio resultado te va a decir hacia donde apunta dependiendo si te da un  \alpha positivo o negativo . En general no es necesario saber ni imponer de antemano el sentido hacia donde apunta para poder resolver un ejercicio.

En algunos ejercicios es fácil darse cuenta de forma intuitiva. Este caso en particular es bastante sutil y no resulta tan intuitivo, pero es posible darse cuenta planteando los distintos casos posibles y viendo que si el objeto rueda sin deslizar (ahora que lo pienso no está especificado en la letra, pero la idea es imponer que rueda sin deslizar !) hay una única opción posible, y es que la aceleración del centro de masas sea en el mismo sentido que la fuerza T, y la aceleración angular sea entrante. Veamoslo estudiando las distintas posibilidades caso a caso:

(1) Supongamos T hacia la derecha y fuerza de rozamiento también:
      
Por la segunda ley de Newton la aceleración del centro de masas debe apuntar también hacia la derecha, es decir que el sistema se traslada de izquierda a derecha.
Sin embargo, por la segunda cardinal (  \vec{\tau}_{neto} = I \vec{\alpha } ) y regla de la mano derecha, el objeto gira en el sentido que está representado por la flechita azul (lo que equivale a aceleración angular saliente a la pantalla). 
Pero entonces, resumiendo, el sistema se traslada hacia la derecha, pero gira en el sentido contrario, de modo que si o si el sistema debería estar deslizando. Pero como solo nos interesa el caso de rodadura sin deslizamiento, este caso no es posible.

(2) Supongamos T hacia la derecha, fuerza de rozamiento hacia atras, y aceleración angular saliente a la pantalla:
 
En este caso, si la aceleración es saliente significa que el torque de la tensión es necesariamente mayor que el de la fuerza de rozamiento. Además, como el radio donde se aplica T es menor que el radio donde se aplica F_roz, esto implica que T>F_roz en módulo. Por la segunda ley de Newton obtenemos entonces que la aceleración del centro de masas es hacia la derecha, de modo que volvemos a obtener el mismo problema que en el caso anterior: el sistema desliza.

(3) La única opción que queda: T hacia la derecha, rozamiento hacia la izq, aceleración angular entrante.

Te lo dejo para que lo razones por tu cuenta, pero mediante razonamientos análogos podes llegar a la conclusión de que en este caso no hay ninguna ambigüedad, y por lo tanto este es el único caso posible para el sistema.
Esto te dice entonces que la aceleración angular debe hacer girar al sistema en el sentido de la flechita azul, y por lo tanto debe ser entrante.



Pero de nuevo, no es necesario todo este análisis para poder resolver el ejercicio. Esta buenísimo que manejen este tipo de razonamientos que son muy útiles para profundizar el entendimiento y trabajar la intuición, pero se puede resolver sin saber a priori hacia donde apuntan las cosas.

Espero que te sirva, saludos !