Autor Tema: Movimiento circular uniforme

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19 Noviembre, 2019, 06:48 pm
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Marcos Castillo

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Hola.
Tengo una duda con un paso en un texto que introduce el movimiento circular uniforme. Cito del libro "Física, Volumen 1A, Mecánica", pgs 79 y 80, y entre paréntesis las dudas:



"MOVIMIENTO CIRCULAR UNIFORME
El movimiento en un círculo a velocidad escalar constante se denomina movimiento circular uniforme. El movimiento de una partícula es acelerado incluso cuando el módulo la velocidad en movimiento circular es constante.(...) Los vectores posición y velocidad de una partícula que se está moviendo en un círculo a velocidad constante se muestran en la figura 3.24 (adjunta). El ángulo \( \Delta\theta \) entre \( \vec{\mathbf{v}}(t) \) y \( \vec{\mathbf{v}}(t+\Delta{t}) \) es el mismo que entre \( \vec{\mathbf{r}}(t) \) y \( \vec{\mathbf{r}}(t+\Delta{t}) \), ya que los vectores posición y y velocidad deben girar en el mismo ángulo para conservar su perpendicularidad mutua. Con los dos vectores velocidad con \( \Delta{\vec{\mathbf{v}}} \) se forma un primer triángulo isósceles. El segundo triángulo isósceles se forma con dos vectores posición y con \( \Delta\vec{\mathbf{r}} \).
Para encontrar la dirección del vector aceleración, examinamos el triángulo formado por los dos vectores velocidad y \( \Delta{\vec{\mathbf{v}}} \). La suma de los ángulos de un triángulo es 180° y los ángulos de la base de cualquier triángulo isósceles son iguales. En el límite en que \( \Delta{t} \) es muy pequeño, \( \Delta{\theta} \) también es muy pequeño por lo que en este límite los dos ángulos de la base se aproximan a 90°. Esto significa que \( \Delta{\mathbf{v}} \) es perpendicular a la velocidad. Si \( \Delta{\vec{\mathbf{v}}} \) se dibuja en la posición de la partícula señala en la dirección centrípeta.
Los dos triángulos son semejantes y las correspondientes longitudes de figuras geométricamente similares son proporcionales. Entonces
\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}=\dfrac{v}{r} \)
Multiplicando ambos lados por \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \), se obtiene
\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{\Delta{t}}=\dfrac{v|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}{r\Delta{t}} \) (*)(No entiendo cómo se obtiene)
En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \)(esto es una errata, ¿no?) se parece cada vez más al módulo de la aceleración instantánea \( a \), y el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \) se parece a \( v \), el módulo de la velocidad instantánea. Entonces, en el límite \( \Delta{t}\rightarrow{0} \), la ecuación (*) se transforma en \( a=v^2/r \). El vector aceleración está en la dirección centrípeta, así \( a_c=a \), donde \( a_c \) es la componente del vector aceleración en la dirección centrípeta."
¡Vaya parrafada!
Un saludo

19 Noviembre, 2019, 07:45 pm
Respuesta #1

feriva

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Hola, Marcos.



Multiplicando ambos lados por \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \), se obtiene
\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{\Delta{t}}=\dfrac{v|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}{r\Delta{t}} \) (*)(No entiendo cómo se obtiene)
En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \)(esto es una errata, ¿no?) se parece cada vez más al módulo de la velocidad instantánea \( a \), y el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \) se parece a \( v \), el módulo de la velocidad instantánea. Entonces, en el límite \( \Delta{t}\rightarrow{0} \), la ecuación (*) se transforma en \( a=v^2/r \). El vector aceleración está en la dirección centrípeta, así \( a_c=a \), donde \( a_c \) es la componente del vector aceleración en la dirección centrípeta."
¡Vaya parrafada!
Un saludo


Pues se obtiene así, si multiplicas a ambos lados... la igualdad se mantiene y queda eso.

Por qué dices que lo otro es una errata, no lo veo raro.

Saludos.

19 Noviembre, 2019, 09:07 pm
Respuesta #2

Ricardo Boza

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Hola,

\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}=\dfrac{v}{r} \)
Multiplicando ambos lados por \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \), se obtiene
\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{\Delta{t}}=\dfrac{v|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}{r\Delta{t}} \) (*)(No entiendo cómo se obtiene)

\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}=\dfrac{v}{r} \)

\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{\Delta{t}}=\dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}\cdot \dfrac{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}{\Delta{t}}=\dfrac{v|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}{r\Delta{t}} \)

¿Te refieres a eso?


En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \)(esto es una errata, ¿no?) se parece cada vez más al módulo de la velocidad instantánea \( a \), y el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \) se parece a \( v \), el módulo de la velocidad instantánea. Entonces, en el límite \( \Delta{t}\rightarrow{0} \), la ecuación (*) se transforma en \( a=v^2/r \). El vector aceleración está en la dirección centrípeta, así \( a_c=a \), donde \( a_c \) es la componente del vector aceleración en la dirección centrípeta."
¡Vaya parrafada!
Un saludo

Sí, es una errata. Donde dice "velocidad" hay que escribir "aceleración".

Saludos.

19 Noviembre, 2019, 10:44 pm
Respuesta #3

Richard R Richard

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Hola Bobby Fischer  no creo que se  allí deba escribir lo que indicas , yo lo modificaría de este modo

\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}=\dfrac{v}{r} \)
Multiplicando ambos lados por \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \), se obtiene
\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{\Delta{t}}=\dfrac{v|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}{r\Delta{t}} \) (*)(No entiendo cómo se obtiene)
En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \)(esto es una errata, ¿no?) se parece cada vez más al módulo de la velocidad instantánea \( \color{red}v \), y el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \) se parece a \( v \), el módulo de la velocidad instantánea. Entonces, en el límite \( \Delta{t}\rightarrow{0} \), la ecuación (*) se transforma en \( a=v^2/r \). El vector aceleración está en la dirección centrípeta, así \( a_c=a \), donde \( a_c \) es la componente del vector aceleración en la dirección radial."


Si es una errata ,\( a \) refiere a una  aceleración cuando estas hablando de la variación en el tiempo de  un vector posición entonces hablas de velocidad.

Como la aceleración para describir una circunferencia siempre es perpendicular a la velocidad, y esta es siempre es tangente a la circunferencia, entonces la aceleración por tener sentido en dirección al centro recibe el nombre de centrípeta.
Cuando montas el sistema de referencia sobre un objeto que rota con velocidad tangencial \( v \) notaras que para mantenerlo rotando debes hacer una fuerza, que tira hacia el exterior ,la que comúnmente le decimos centrifuga, pero esta es una fuerza ficticia,(no es una fuerza real),  las fuerzas como interacciones entre objetos, siempre deben describirse en sistemas de referencia inerciales cuando aplicas los conceptos de mecánica newtoniana clásica.


por otro lado

\( \dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}=\dfrac{v}{r}=\omega \) es el módulo de la velocidad angular

pues tambien \(  a=|\vec {a_c}|=\dfrac{v^2}{r}=\omega^2r \)


te puedes guiar de la siguiente forma como lo expone Bobby Fischer

\( a=\lim\limits_{\Delta t\to0}\dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{\Delta{t}} \)\( =\dfrac{|\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|}{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}\cdot \lim\limits_{\Delta t\to0}\dfrac{|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}{\Delta{t}} \)\( =\dfrac{v}{r}\cdot\lim\limits_{\Delta t\to0}\dfrac{v|\Delta\vec{\mathbf{r}}|}{r\Delta{t}}=\dfrac{v\cdot v}{r}=\dfrac{v^2}{r}=v\cdot\omega \)
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

20 Noviembre, 2019, 01:21 am
Respuesta #4

feriva

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Hola Marcos.

A ver si lo entiendes mejor así.



Aquí se ven en azul los vectores posición (son radios, tienen ambos el mismo módulo) \( R_{a}
  \) y \( R_{b}
  \).

La suma vectorial de dos vectores es unir origen de un vector con destino de otro; y se restan uniendo destinos.

Por tanto, el vector rojo, es el vector \( R_{a}-R_{b}
  \) ó \( \Delta R
  \) (lo he puesto con mayúscula pero es con minúscula en los libros).

Los vectores \( R_{a}
  \) y \( R_{b}
  \) son tales que a través de ellos se puede representar el vector diferencia por combinación lineal.

Cuando los dos radios están muy juntos, el vector rojo \( \Delta R
  \) es prácticamente tangente a la curva.

Análogamente, en el mismo triángulo podemos considerar el vector velocidad tangencial \( \Delta V
  \); que también se  podrían expresar por combinación lineal de unos vectores "componentes" \( V_{a}
  \) y \( V_{b}
  \).

Como están sobre el mismo triángulo, obviamente existe la equivalencia por semejanzas del triángulos (y tan semejante, como que es el mismo)

\( \dfrac{\Delta R}{R}=\dfrac{{\color{blue}\Delta V}}{V}
  \).

Ahora, la aceleración es la variación de la velocidad con el tiempo, o sea \( a=\dfrac{{\color{blue}\Delta V}}{\Delta t}
  \).

Despejando lo azul (la variación de V) e igualando lo que nos queda, tenemos

\( \dfrac{\Delta R}{R}\cdot V=a\Delta t\Rightarrow
  \)

\( \dfrac{\Delta R}{\Delta t}\cdot\dfrac{V}{R}=a
  \)

Donde, por definición de velocidad \( \dfrac{\Delta R}{\Delta t}=V
  \) (la derivada cuando los R están muy juntos; el vector rojo cuando queda tangente); entonces, sustituyendo:

\( V\cdot\dfrac{V}{R}=\dfrac{V^{2}}{R}=a
  \).

Saludos.

20 Noviembre, 2019, 02:20 am
Respuesta #5

Ricardo Boza

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Hola Richard,

Pienso que la errata es doble. Es decir, debería decir:

En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\color{red}{\Delta{\vec{\mathbf{v}}}}\color{black}|/\Delta{t} \) se parece cada vez más al módulo de la aceleración instantánea \( a \), y el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \) se parece a \( v \), el módulo de la velocidad instantánea. Entonces, en el límite \( \Delta{t}\rightarrow{0} \), la ecuación (*) se transforma en \( a=v^2/r \). El vector aceleración está en la dirección centrípeta, así \( a_c=a \), donde \( a_c \) es la componente del vector aceleración en la dirección centrípeta."
¡Vaya parrafada!
Un saludo

Por otra parte, "centrípeta" y "radial" ahí describen la misma cosa.

Saludos.

20 Noviembre, 2019, 02:49 am
Respuesta #6

Richard R Richard

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Si,  si de acuerdo, se puede ver de ese modo también es correcto. no vi que el error podía ser ese, ya veremos qué quiso decir Marcos.

Y por el lado de los otros términos "dirección centrípeta", sabemos que los vectores cuentan con módulo dirección y sentido,  en MCU al vector aceleración siempre he visto descrito con la dirección radial, pasa por el centro tomando cualquier dirección que tome un radio,y  tiene el sentido centrípeto, (que tiende a ir al centro)  y lo contrario será sentido centrífugo.

Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

20 Noviembre, 2019, 03:01 am
Respuesta #7

Ricardo Boza

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(...) tiene el sentido centrípeto (...)

Vale, entiendo el matiz.

Gracias,

Saludos.

20 Noviembre, 2019, 05:45 am
Respuesta #8

Marcos Castillo

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Perdón, perdón, lo había transcrito mal. Lo que pone en el libro es una errata. Dice (a ver si esta vez lo escribo bien):
"En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \) se parece cada vez más al módulo de la aceleración instantánea \( a \)."
Tiene que decir:
"En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|/\Delta{t} \) se parece cada vez más al módulo de la aceleración instantánea \( a \)."
¡Muchas gracias!, y perdón de nuevo. Primero errata del libro, y luego errata mía en el primer mensaje de este hilo. Lo siento.
Un saludo

20 Noviembre, 2019, 09:30 am
Respuesta #9

feriva

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Perdón, perdón, lo había transcrito mal. Lo que pone en el libro es una errata. Dice (a ver si esta vez lo escribo bien):
"En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{r}}}|/\Delta{t} \) se parece cada vez más al módulo de la aceleración instantánea \( a \)."
Tiene que decir:
"En el límite cuando \( \Delta{t} \) es muy pequeño, el término \( |\Delta{\vec{\mathbf{v}}}|/\Delta{t} \) se parece cada vez más al módulo de la aceleración instantánea \( a \)."
¡Muchas gracias!, y perdón de nuevo. Primero errata del libro, y luego errata mía en el primer mensaje de este hilo. Lo siento.
Un saludo

Hola, Marcos. Os he contagiado a todos de mis despistes y ya no hay remedio, has puesto "aceleración" en los dos sitios :) Pero ya está claro.

Ah, perdón; que debajo pones una "v" estaba entendiendo que la errata del libro era la que decía Richard, no me había fijado en la "v". El despistado, como siempre, he sido yo.

Saludos.