Autor Tema: Ángulo de alcance máximo

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14 Mayo, 2007, 10:37 pm
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EverST

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Hola. Tengo un problema. Dice así:

Desde una altura a 10 metros del suelo, se lanza una pelota con una rapidez de 10 m/s con un ángulo \( \alpha \). La pelota cae al suelo. a) Determinar cuál es el ángulo que permite el alcance máximo de la pelota. b) ¿Cuál es el alcance máximo?

Bueno, parece sencillo al comienzo, pero en este caso, el ángulo de alcance máximo no es 45º... Si quieren intenten con 30º. No sé como llegar al alcance máximo. ¿Alguna idea?

15 Mayo, 2007, 03:08 am
Respuesta #1

aladan

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Hola  EverST:

Entiendo que estas llamando alcance a la distancia entre la vertical del punto de partida y el punto en  que la pelota vuelve a botar en el suelo, ¿ puedes confirmarlo ?
Supongo también que el choque es perfectamente elastico y no se tiene en cuenta la resistencia del aire.
Saludos
Siempre a vuestra disposición

15 Mayo, 2007, 03:29 am
Respuesta #2

Alex123

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Si no entendí mal, se lanza una pelota desde 10 metros de altura, o sea que para x=0m, tenemos y=10m, con una velocidad de 10m/s y un ángulo \( \alpha \) con respecto a OX.
\( y=\displaystyle\frac{-4.9\cdot{x^2}}{[\cos(\alpha)\cdot{10}]^2}+\tan(\alpha)\cdot{x}+10 \)

Allí tienes que maximizar la raíz positiva.

\( 0=\displaystyle\frac{-4.9\cdot{x^2}}{[\cos(\alpha)\cdot{10}]^2}+\tan(\alpha)\cdot{x}+10 \)

Hay que hallar el máximo de: \( x(\alpha)=\displaystyle\frac{\tan(\alpha)+\sqrt[ ]{\tan^2(\alpha)+\displaystyle\frac{196}{[\cos(\alpha)\cdot{10}]^2}}}{\displaystyle\frac{9.8}{[\cos(\alpha)\cdot{10}]^2}} \)

\( x(\alpha)=\displaystyle\frac{100\sen(\alpha)\cos(\alpha)+10cos(\alpha)\sqrt[ ]{196+100\sen^2(\alpha)}}{9.8} \)

15 Mayo, 2007, 04:32 am
Respuesta #3

EverST

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Aladan: Hola. Sí se trata de una situación ideal sin la presencia de fuerzas no conservativas, y a alcance me refiero justamente a la distancia horizontal recorrida por la pelota.

Alex123: Muchas gracias. Creo que el resultado utilizando un graficador es 30º. Pero este ejercicio se supone se debe hacer a mano, y para derivar eso y ponerlo bonito para sacar los factores y todo eso se ve feo... Yo traté de hacerlo por alli, pero sin duda tu ecuación quedó mucho más bonita que la mía :).

Ahora mi pregunta es: ¿porqué no es 45º?

15 Mayo, 2007, 10:04 am
Respuesta #4

Luis Fuentes

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Hola

 Hay una forma intuitiva de entender porque la solución no es 45 grados.

 Sabes que si lo lanzases desde el suelo el alcance máximo se obtiene con ángulo inicial de 45 grados. Pues bien piensa en esa trayectoria y colócate algunos segundos después del lanzamiento. Ahora ya no estás a "ras de suelo" y en ese punto la tangente a la curva ya no forma un ángulo de 45 grados. Sin embargo sigues en una trayectoria de "alcanze máximo". Esto es sólo una idea intutiva, porque hay que tener en cuenta que tambien varía la velocidad en ese punto.

Saludos.

16 Mayo, 2007, 03:07 am
Respuesta #5

EverST

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Yo había pensado en que el ángulo de salida máximo debe ser tal que el ángulo de caída sea 45º, garantizando así un recorrido máximo. Sin embargo esta idea estaba medio fumada porque cuando intentaba resolverlo, obtenía el siguiente resultado:

\( cos\alpha=\sqrt[ ]{\displaystyle\frac{3}{2}} \) (!)

Como pensé que tenía un error de cálculo y se me había escapado una \( \sqrt[ ]{2} \), sustituí inmediatamente en la ecuación inicial como si me hubiera dado \( \displaystyle\frac{\sqrt[ ]{3}}{2} \), y resultó que había obtenido por pura coincidencia (quién sabe si lo fue), el ángulo de alcance máximo, pero no podía demostrarlo.

Entonces pensé algo como lo que propones en el mensaje anterior... Pero, ahora que tengo una explicación intuitiva de por qué no puede ser 45º, me gustaría tener una idea intuitiva de en qué condiciones sería el ángulo de alcance máximo (algo como lo que plantee de los 45º al final)

Saludos

16 Mayo, 2007, 09:47 am
Respuesta #6

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

 No estoy seguro de que preguntas ahora exactamente. Sea como sea ahí va una solución del problema en general.

 Suponemos que el objeto parte de una altura h, con una velocidad v y ángulo inicial A.

 Entonces:

\(  y=h+vt\,Sin(A)-gt^2/2 \)

\(  x=vCos(A) \)

 Hay que maximizar x cuando y es 0. Es decir tenemos:

\(   0=h+vt\,Sin(A)-gt^2/2 \)   (1)

 \(  x=vCos(A) \)

 y podemos derivar ambas funciones respecto a A, teniendo en cuenta que t es una función de A. Además impondremos x'=0 para hallar el máximo.

\(  0=vCos(A)+vSin(A)t'-att' \)

\(  0=x'=-vSin(A)t+vCos(A)t' \)

 Despejando t' en la primera ecuación y sustituyendo en la primera, queda:

\(  v-atSin(A)=0  \)

 Y despejando de aquí t y sustituyendo en (1) puedes despejar sin(A):

\(  Sin(A)=\displaystyle\frac{v}{\sqrt{2gh+2v^2}} \)

 Fíjate que si h=0, el ángulo A es justo de 45 grados; si aumentas la altura inicial el seno va disminuyendo y por tanto el ángulo inicial necesario para obtener el alcance máximo también es menor.

 En tu caso, para \( v=10m/s \), \( h=10m/s \) y \( g=10m/s^2 \) el seno te queda 1/2.

 Ahora también es fácil ver cual es la tangente del ángulo FINAL que llamaré B. Si haces cuentas te queda:

\(  tan(B)=\displaystyle\frac{-v^2-hg}{v\sqrt{2gh+v^2}} \)

 Cuando h=0, la tangente es -1 (ángulo de -45 grados). Puedes ver como varía al aumentar h.

Saludos.

17 Mayo, 2007, 02:37 am
Respuesta #7

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Muuuuuchísimas gracias el_manco, eso era exactamente lo que buscaba!!  ;D ;D


18 Mayo, 2007, 06:30 pm
Respuesta #8

Joaquin_mx

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Hola! y si te sirve para complementar lo anterior, aquí un link donde se ve y trae una animación interactiva.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/parabolico/alcance/alcance.htm
C'est avec la logique que nous prouvons et avec l'intuition que nous trouvons." Jules Henri Poincaré

19 Mayo, 2007, 04:54 pm
Respuesta #9

EverST

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XD  esa sí que está buena. Gracias!!