Autor Tema: Cuerpo rígido

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02 Marzo, 2008, 10:11 am
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nerevar

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Hola, ahi va un ejercicio que no se como encararlo

Un disco homogeneo de radio 30cm está girando alrededor de su eje vertical con velocidad angular de 4 1/s. En determinado momento se pone en contacto con una superficie horizontal. El coeficiente de roce cinético entre el disco y la superficie horizontal es de 0,1.

Calcular el tiempo que debe transcurrir hasta el instante en que se detiene.


Mi interpretacion del enunciado:





Como puedo plantear el problema??

la fuerza de roce es en todo el disco, o sea que no realiza momento??


Se me ocurre plantear que \( \nabla \) Energia Mecanica = fuerza de roce por angulo girado.... pero de donde saco la F de roce???


\( \nabla Em = Froz . \alpha  \)

\( 0 - Em i = Froz . \alpha  \)

\( - Ec rot = Froz . \alpha  \)

\( - \displaystyle{1 \over 2} I w^2 = Froz . \alpha  \)

\( - \displaystyle{1 \over 4} m (0,3^2)  3^2 = Froz . \alpha  \)

02 Marzo, 2008, 02:50 pm
Respuesta #1

escarabajo

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Podes utilizar impulso angular.

O incluso newton para rotaciones.

Sabes que la fuerza de rozamiento va a frenar al disco, por lo tanto hay una variación en la cantidad de movimiento angular del disco, y por lo tanto un impulso:

\( I_f=\DeltaP=-Iw_0 \)

Por otra parte el impulso de la fuerza de rozamiento sería :\( I_f=froz t \) (t=tiempo de duración de la fuerza)

Esta última expresión es la misma que se deduce de newton.

Luego, con la ecuación de \( \Delta Emec=-froz \) despejás t

Saludos.
"Escapar sólo no es interesante...minimo tienen que ser dos".

02 Marzo, 2008, 10:39 pm
Respuesta #2

nerevar

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Hola!


mmm... no entiendo de donde sale \( I_f=froz t \)




por otro lado \( \Delta Emec=-froz \)

\( \Delta Emec \) no es = a trabajo de la fuerza de roce por distnacia/angulo??



02 Marzo, 2008, 10:54 pm
Respuesta #3

escarabajo

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mmm... no entiendo de donde sale \( I_f=froz t \)

El impulso de una fuerza sobre un cuerpo se calcula como \( I=f\cdot t \)
Donde f es el módulo de la fuerza y t es el tiempo durante el cual actúa la misma.

Cuando se sucede un impulso,es decir una fuerza que dura cierto tiempo el cuerpo cambia su cantidad de movimiento(se mueve,acelera) y se cumple que:

\( I=\Delta P \) (Si el impulso es angular es \( \Delta L \) y en lugar de f consideramos el torque de f)

De todos modos, se deduce de newton también,aplicando la ley:

\( \tau _{froz}=I\alpha\Rightarrow \tau _{froz}=I\displaystyle \frac{-W_f}{t} \)

Que si te fijas, es lo mismo, pasando a multiplicar el t:

\( \tau _{froz}t=I W_f=\Delta L =I \) (Impulso angular)

Cita de: nerevar link=topic=10363.msg43094#msg43094
[tex
\Delta Emec[/tex] no es = a trabajo de la fuerza de roce por distnacia/angulo??

Correcto y no correcto  :P, me equivoqué, lo que quise decir fue que \( \Delta Mec=W_{froz} \).(que será negativo) , pero el trabajo de la fuerza de roce sería: \( W_{froz}=froz R \theta \)

Saludos.


"Escapar sólo no es interesante...minimo tienen que ser dos".

03 Marzo, 2008, 05:47 am
Respuesta #4

nerevar

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hola amigo

Te agradezco la ayuda...

Tengo mil cosas en la cabeza, cuanto mas trato de entender, mas dudas me surgen    :banghead:


Asi que mejor te hago unas preguntas para atar cabos sueltos...

1) En este caso la fuerza de roce ejerce momento??

2) Debo asumir que el disco esta apoyado sobre la superficie con todo su peso y que la fuerza de roce es \( \mu N   \) ?




PD: la respuesta es t= 0.9 segundos, pero no veo la forma de llegar a ella.

03 Marzo, 2008, 04:03 pm
Respuesta #5

escarabajo

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En este caso la fuerza de roce ejerce momento??

Sí.De no ser así,¿que frenaría el disco? Necesitamos hacer un momento que disminuya la velocidad angular,éste es producido por el rozamiento.

Debo asumir que el disco esta apoyado sobre la superficie con todo su peso y que la fuerza de roce es \( \mu N   \) ?

Correcto.

Yo tampoco veo cómo llegar a ese resultado, a mi me da otra cosa.Usando sólo cinemática y que el trabajo del rozamiento es la variación de energia.

Sabemos que \( W_{froz}=\mu Mg R\theta =\Delta Emec \) (1)

\( \displaystyle \left|\Delta Emec\right|=\displaystyle\frac{1}{2}IW_o^2 \) y el momento de inercia de un disco es : \( \displaystyle\frac{1}{2}MR^2 \Rightarrow I=0,045M \)

Sustituyendo en (1) queda:

\( 0,29 M\theta=\displaystyle \frac{1}{2}0,045M(41)^2\Rightarrow \theta=130 \)

De acá sacámos que el ángulo(en radianes) que recorre el disco hasta frenarse es 130.

Ahora, sabemos que la aceleración es: \( \alpha=-\displaystyle \frac{W_o}{\Delta T} \) . Siendo \( \Delta T \) el tiempo buscado.

Ahora integramos 2 veces para sacar \( \theta(t) \)

\( w(t)=-\displaystyle \frac{W_o}{\Delta T}t+W_o \)

\( \theta(t)=-\displaystyle \frac{W_o}{\Delta T}\frac{t^2}{2}+W_o t \)

Sabemos que cuando \( t=\Delta T \) el ángulo es \( 130 \)

\( \theta(\Delta T)=130=\displaystyle \frac{W_o \Delta T}{2} \Rightarrow \Delta T=6,3 s \)

A no ser que esté usando mal los datos, ¿ \( w_o=41 rad/s \) ?

Saludos.
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03 Marzo, 2008, 04:16 pm
Respuesta #6

nerevar

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Hola! jeje bueno te cuento que estuve toda la noche despierto leyendo libros, apuntes, buscando ejemplos ejercicios y no hay ninguno de este tipo.


Hay algo raro que no me cierra....

Segun la definicion de momento angular:

M=F.d

En este caso la fuerza de roce no esta aplicada en un punto ( por ejemplo de la periferia ) sino q esta aplicada en infinitas distancias del eje de rotacion? ???

03 Marzo, 2008, 04:20 pm
Respuesta #7

nerevar

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En este caso la fuerza de roce ejerce momento??

Sí.De no ser así,¿que frenaría el disco? Necesitamos hacer un momento que disminuya la velocidad angular,éste es producido por el rozamiento.

Debo asumir que el disco esta apoyado sobre la superficie con todo su peso y que la fuerza de roce es \( \mu N   \) ?

Correcto.

Yo tampoco veo cómo llegar a ese resultado, a mi me da otra cosa.Usando sólo cinemática y que el trabajo del rozamiento es la variación de energia.

Sabemos que \( W_{froz}=\mu Mg R\theta =\Delta Emec \) (1)

\( \displaystyle \left|\Delta Emec\right|=\displaystyle\frac{1}{2}IW_o^2 \) y el momento de inercia de un disco es : \( \displaystyle\frac{1}{2}MR^2 \Rightarrow I=0,045M \)

Sustituyendo en (1) queda:

\( 0,29 M\theta=\displaystyle \frac{1}{2}0,045M(41)^2\Rightarrow \theta=130 \)

De acá sacámos que el ángulo(en radianes) que recorre el disco hasta frenarse es 130.

Ahora, sabemos que la aceleración es: \( \alpha=-\displaystyle \frac{W_o}{\Delta T} \) . Siendo \( \Delta T \) el tiempo buscado.

Ahora integramos 2 veces para sacar \( \theta(t) \)

\( w(t)=-\displaystyle \frac{W_o}{\Delta T}t+W_o \)

\( \theta(t)=-\displaystyle \frac{W_o}{\Delta T}\frac{t^2}{2}+W_o t \)

Sabemos que cuando \( t=\Delta T \) el ángulo es \( 130 \)

\( \theta(\Delta T)=130=\displaystyle \frac{W_o \Delta T}{2} \Rightarrow \Delta T=6,3 s \)

A no ser que esté usando mal los datos, ¿ \( w_o=41 rad/s \) ?

Saludos.



mmm...  no, mira creo que debería ser... \( w_o=4   \)


así está en el modulo de ejercicios: \( w_o=4  \displaystyle{1 \over s}  \)




03 Marzo, 2008, 05:00 pm
Respuesta #8

escarabajo

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Las unidades debíeran ser rad/s.

Usando que \( w_0=4rad/s \) el resultado sería \( t=0,6s \)

No me doy cuenta de algún error en el planteo, no sería la primera vez que hay un error en las soluciones de un libro  ;)

En este caso la fuerza de roce no esta aplicada en un punto ( por ejemplo de la periferia ) sino q esta aplicada en infinitas distancias del eje de rotacion? ???

Te confieso que no estoy del todo seguro, lo que se me ocurre es que la fuerza está distribuida en toda la superficie del disco. De todos modos, usando los principios se puede calcular el torque de la fuerza, ya que como decis, calcularla con la definición de momento no es posible porque no se conoce dónde está aplicada esa fuerza, y en realidad, da toda la sensación de que no se puede decir "está aplicada en tal punto".

Saludos.
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04 Marzo, 2008, 05:33 pm
Respuesta #9

nerevar

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Las unidades debíeran ser rad/s.

Usando que \( w_0=4rad/s \) el resultado sería \( t=0,6s \)

No me doy cuenta de algún error en el planteo, no sería la primera vez que hay un error en las soluciones de un libro  ;)

Te confieso que no estoy del todo seguro, lo que se me ocurre es que la fuerza está distribuida en toda la superficie del disco. De todos modos, usando los principios se puede calcular el torque de la fuerza, ya que como decis, calcularla con la definición de momento no es posible porque no se conoce dónde está aplicada esa fuerza, y en realidad, da toda la sensación de que no se puede decir "está aplicada en tal punto".

Saludos.

Si el resultado es bastante parecido, capaz que en un error de tipeo pusieron un 9 en vez de un 6  ;)

Jeje bueno gracias otra vez quimey, se me aclararon muchas dudas con este ejercicio....


 igualmente voy a rezar por que no me lo tomen en el examen de hoy  ;D

Saludos!!