Autor Tema: Ejercicio simple de mecánica clásica

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26 Septiembre, 2019, 01:45 pm
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pierrot

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En este ejercicio lo que razoné es que en el instante en que la masa \( m \) llega a la altura de 0.5 m, ésta debe encontrarse en reposo, por lo que la fuerza de tensión que ejerce la cuerda sobre él y su peso \( mg \) deben ser iguales. Como la cuerda es ideal, esta tensión tiene el mismo valor que la que experimenta la masa \( M \) a la derecha. En consecuencia, igualo el módulo de la fuerza elástica del resorte a la de esta tensión, de donde resulta la ecuación \( k\Delta l = mg \). El estiramiento del resorte se puede calcular sabiendo que de su longitud inicial, (que es 0.15m), se estiró 0.20m (pues es 0.70m-0.50m), por lo que se tendría \( \Delta l=l-l_0=0.35\text{m}-0.20\text{m}=0.15\text{m} \). En base a esto, la constante del resorte sería \(  k = mg / \Delta l \). Sin embargo, por el resultado de la opción correcta, parecería que fuera  \(  k = (M+m)g / \Delta l \). ¿En qué estoy equivocándome?
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26 Septiembre, 2019, 03:19 pm
Respuesta #1

geómetracat

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El fallo es que estás asumiendo que llega un momento donde las fuerzas se equilibran y los cuerpos quedan en reposo para siempre. Esto no es así: si no hay rozamientos tendrás un movimiento armónico simple. Tu balance de fuerzas está mal, porque en el momento en que la masa \( m \) llega a la altura miníma, su velocidad es \( 0 \) pero su aceleración no lo es.

Diría que la manera más fácil de obtener la solución es por balance de energía, aunque también puedes resolver las ecuaciones del movimiento y ver que realmente sale un movimiento armónico simple.

A mí la solución me sale: \( k=\frac{2mg}{x_0+x_1} \) (no aseguro que esté bien).

Modificado: corregida la fórmula para \( k \).
La ecuación más bonita de las matemáticas: \( d^2=0 \)

26 Septiembre, 2019, 09:24 pm
Respuesta #2

robinlambada

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Hola.
El fallo es que estás asumiendo que llega un momento donde las fuerzas se equilibran y los cuerpos quedan en reposo para siempre. Esto no es así: si no hay rozamientos tendrás un movimiento armónico simple. Tu balance de fuerzas está mal, porque en el momento en que la masa \( m \) llega a la altura miníma, su velocidad es \( 0 \) pero su aceleración no lo es.

Diría que la manera más fácil de obtener la solución es por balance de energía, aunque también puedes resolver las ecuaciones del movimiento y ver que realmente sale un movimiento armónico simple.

A mí la solución me sale: \( k=\frac{2mg}{\Delta l} \) (no aseguro que esté bien).
Efectivamente como dice geómetracat, aunque en la altura mínima la velocidad es cero, pero no así la aceleración , por tanto si aplicamos las leyes de Newtón  al sistema tendremos una aceleración que nos molesta.

Los datos que nos ofrecen nos muestran que la forma más eficaz de resolverlo es por balance energético, pero a mi me sale una solución distinta que a geómetracat.

Yo obtengo: \( k=\displaystyle\frac{2mg(h_1-h_2)}{x_2^2-x_1^2} \)  con \( x_1=-0'05 \) , \( x_2=0'15 \) , \( h_1=0'7 \) y \( h_2=0'5 \)

Saludos.
Envejecer es como escalar una gran montaña: mientras se sube las fuerzas disminuyen, pero la mirada es más libre, la vista más amplia y serena.

La verdadera juventud una vez alcanzada, nunca se pierde.

26 Septiembre, 2019, 11:46 pm
Respuesta #3

geómetracat

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Creo que es la misma solución, si tienes en cuenta que \( h_1-h_2=x_2-x_1 \) y \( x_2^2-x_1^2=(x_2-x_1)(x_2+x_1) \).
La ecuación más bonita de las matemáticas: \( d^2=0 \)

27 Septiembre, 2019, 12:35 am
Respuesta #4

robinlambada

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Creo que es la misma solución, si tienes en cuenta que \( h_1-h_2=x_2-x_1 \) y \( x_2^2-x_1^2=(x_2-x_1)(x_2+x_1) \).

Si has definido \( \Delta l=x_2+x_1 \), entonces coinciden ambas soluciones.

Pero se me hace raro esa definición, ya que un incremento es la diferencia entre el valor final y el inicial, si has tomado otro criterio de signos coinciden, pero tendría que ser  \( \Delta l=0'15-0'05=0'10 \)

Saludos.
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27 Septiembre, 2019, 08:28 am
Respuesta #5

geómetracat

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Sí, tienes razón. No sé cómo me lié con eso. En cualquier caso me da lo mismo que a ti. Voy a editar el mensaje original para aclararlo.
La ecuación más bonita de las matemáticas: \( d^2=0 \)

27 Septiembre, 2019, 09:47 pm
Respuesta #6

pierrot

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