Bueno a ver. Lo volví a hacer. Esta vez en un plano horizontal para simplificar las cosas. Si esta bien, lo puedo llegar a intentar con gravedad.
Primero, me di cuenta que la velocidad angular, en el sistema de referencia que elegí, es \( \bar{Ω}=-Ω\hat{z} \) y no positiva como había puesto antes.
Por otra parte, una duda con respecto a la parte del resorte y lo que anotaste sobre el signo. En sí, no tuve en cuenta la dirección de \( F_γ \), si no solamente el resorte. Lo que hago es \( \hat{r}: mγR+k(l_o-Rθ) \). Si el resorte se comprime, entonces \( (l_o-Rθ)>0 \) y la fuerza será positiva, lo que concuerda con el eje. Si \( (l_o-Rθ)<0 \), la fuerza elástica es negativa y también concuerda con el sistema de referencia.
En fin, ahora a lo que hice:
Ajunté una imagen con el nuevo DCL.
Inciso a): Lo que cambia acá es: \( \bar{Ω}=-Ω\hat{z} \), \( \bar{V}_{rot}=-Rθ'\hat{θ} \) y \( \bar{γ}=-γ\hat{z} \) (a lo que agrego que \( \bar{r}=R\hat{r} \)). Las fuerzas inerciales entonces son:
· \( F_{cent}=-m\bar{Ω}X(\bar{Ω}X\bar{r})=mΩ\hat{z}X(-Ω\hat{z}XR\hat{r})= \)
\( mΩ^2R\hat{r} \)· \( F_{cor}=-2m\bar{Ω}xV_{rot}=2mΩ\hat{z}X(-Rθ')\hat{θ}= \)
\( 2mΩRθ'\hat{r} \)· \( F_γ=-m\hat{γ}X\hat{r}=-m(-γ\hat{z)}XR\hat{r}= \)
\( mγR\hat{θ} \)Entonces, las ecuaciones de Newton quedan:
(1) \( \hat{r}: -mRθ'^2=mΩ^2R+2mΩRθ'-F_V \)
(2) \( \hat{θ}: mRθ''=mγR+kR(\frac{π}{2}-θ) \)
(3) \( \hat{z}: 0=N-mg \)
Inciso b): En los puntos de equilibrio (los llamo \( θ_{eq} \)), la aceleración se anula. Según la ecuación (2):
\( 0=mγR+kR(\frac{π}{2}-θ_{eq}) \)
\( 0=mγ+k\frac{π}{2}-kθ_{eq} \)
\( kθ_{eq}=mγ+k\frac{π}{2} \)
\( θ_{eq}=\frac{m}{k}γ+\frac{π}{2} \)Para encontrar la ecuación de movimiento, uso la misma ecuación (2):
\( mθ''=mγ+k(\frac{π}{2}-θ) \)
\( mθ''=mγ+k\frac{π}{2}-kθ \)
\( mθ''+kθ=mγ+k\frac{π}{2} \)
\( θ''+\frac{k}{m}θ=γ+\frac{πk}{2m} \)
Llamo \( ω^2=\frac{k}{m} \). Una posible solución para esta ecuación diferencial es:
\( θ(t)=Acos(ωt+α_o)+\frac{m}{k}γ+\frac{π}{2} \) (me salteé la parte en la que busco la solución particular porque creo que es sencilla).
Y, por las condiciones iniciales (de nuevo, me salteo las cuentas, pero \( θ'(0)=0 \) y \( θ(0)=ϕ_o \), y sale).
\( θ(t)=(ϕ_o-\frac{m}{k}γ-\frac{π}{2})cos(ωt)+(\frac{m}{k}γ+\frac{π}{2}) \)