Autor Tema: Problema de encuentro con cálculo [Resuelto]

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06 Enero, 2020, 09:01 pm
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Thedefe

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Buenas gente me quede trabado con este problema



Muestro los pasos que hice y donde me quede trabado, trate de sacarle el máximo jugo posible, si ven algo mas que se le podria agregar será bien recibido

5)\(  x_{0h}=L, y_{0h}=H; t=0; \ddot{y_{H}}=-kt; k>0; \ddot{y_{p}}=-g \)

a) \( y_{h}(x)=?; y_{p}(x)=? \)

\( \dot{y_{0p}}=\sin\alpha v_{0} \)

\( \ddot{y_{H}}=\frac{d\dot{y_{h}}}{dt}=-kt\rightarrow d\dot{y_{h}}=-ktdt\rightarrow\int_{0}^{v}d\dot{y_{h}}=\int_{0}^{t}-ktdt \)

\( \dot{y_{h}}(t)=-\frac{1}{2}kt^{2} \)

\( \dot{y_{h}}(t)=\frac{dy_{h}}{dt}=-\frac{1}{2}kt^{2}\rightarrow\int_{H}^{y}dy_{h}=\int_{0}^{t}-\frac{1}{2}k \)

\( y_{h}(t)=H-\frac{1}{6}kt^{3} \)

\( \dot{x_{0p}}=v_{0}\cos\alpha \)

\( \dot{x_{0p}}=\frac{dx_{p}}{dt}=v_{0}\cos\alpha\rightarrow\int_{0}^{x}dx_{p}=\int_{t_{0}}^{t}v_{0}\cos\alpha dt \)

\( x_{p}(t)=v_{0}\cos\alpha t-v_{0}\cos\alpha t_{0}=v_{0}\cos\alpha(t-t_{0}) \)

\( x_{p}(t)=v_{0}\cos\alpha(t-t_{0}) \)

\( \ddot{y_{p}}=\frac{d\dot{y_{p}}}{dt}=-g\rightarrow\int_{\sin\alpha v_{0}}^{\dot{y_{p}}}d\dot{y_{p}}=-\int_{t_{0}}^{t}gdt' \)

\( \dot{y_{p}}(t)=\sin\alpha v_{0}-gt+gt_{0}=\sin\alpha v_{0}+g(-t+t_{0}) \)

\( \dot{y_{p}}(t)=\sin\alpha v_{0}+g(t_{0}-t) \)

\( \dot{y_{p}}(t)=\frac{dy_{p}}{dt}=\sin\alpha v_{0}+g(t_{0}-t)\rightarrow\int_{0}^{y_{p}}dy_{p}=\int_{t_{0}}^{t}(\sin\alpha v_{0}+gt_{0}-gt)dt' \)

\( y_{p}(t)=\sin\alpha v_{0}t+gt_{0}t-\frac{1}{2}gt^{2}|_{t_{0}}^{t}=\sin\alpha v_{0}(t-t_{0})+gt_{0}t-gt_{0}^{2}-\frac{1}{2}gt^{2}+\frac{1}{2}gt_{0}^{2} \)

\( y_{p}(t)=\sin\alpha v_{0}(t-t_{0})+g(t_{0}t-t_{0}^{2}-\frac{1}{2}t^{2}+\frac{1}{2}t_{0}^{2})\rightarrow\sin\alpha v_{0}(t-t_{0})+g(t_{0}t-\frac{1}{2}t_{0}^{2}-\frac{1}{2}t^{2}) \)

\( y_{p}(t)=\sin\alpha v_{0}(t-t_{0})+\frac{2}{2}g(t_{0}t-\frac{1}{2}t_{0}^{2}-\frac{1}{2}t^{2})=\sin\alpha v_{0}(t-t_{0})-\frac{1}{2}g(t^{2}-2t_{0}t+t_{0}^{2}) \)

\( y_{p}(t)=\sin\alpha v_{0}(t-t_{0})-\frac{1}{2}g(t-t_{0})^{2} \)

ahora despejamos t de \( x_{p}(t) \) y lo reemplazamos en \( y_{p}(t) \)

\( x_{p}(t)=v_{0}\cos\alpha(t-t_{0})\rightarrow\frac{x}{v_{0}\cos\alpha}=t-t_{0} \)

\( t=\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0} \)

\( y_{p}(\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0})=\sin\alpha v_{0}(\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0})-\frac{1}{2}g(\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0})^{2}=\frac{\sin\alpha v_{0}}{\cos\alpha v_{0}}x_{p}-\sin\alpha v_{0}t_{0}-\frac{1}{2}g(\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0})^{2} \)

\( \tan\alpha x_{p}-\sin\alpha v_{0}t_{0}-\frac{1}{2}g(\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0})^{2}=\tan\alpha x_{p}-\sin\alpha v_{0}t_{0}-\frac{1}{2}g(\frac{x_{p}^{2}}{v_{0}^{2}\cos^{2}\alpha}-\frac{2x_{p}t_{0}}{v_{0}\cos\alpha}+t_{0}^{2}) \)

\( \frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}x_{p}-\sin\alpha v_{0}t_{0}-\frac{g}{2v_{0}^{2}\cos^{2}\alpha}x_{p}^{2}+\frac{gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}x_{p}-\frac{1}{2}gt_{0}^{2}=-\frac{g}{2v_{0}^{2}\cos^{2}\alpha}x_{p}^{2}+\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}x_{p}+\frac{gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}x_{p}-\sin\alpha v_{0}t_{0}-\frac{1}{2}gt_{0}^{2} \)

\( y_{p}(x)=-\frac{g}{2(v_{0}\cos\alpha)^{2}}x_{p}^{2}+\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}x_{p}-(\frac{1}{2}gt_{0}^{2}+\sin\alpha v_{0}t_{0}) \)

Una buena manera de corroborar si la formula esta bien es ver como quedaría las magnitudes, en caso de y_{p}(x) debería quedar en [m]

\( y_{p}(x)=-\frac{\frac{m}{s^{2}}}{2\frac{m^{2}}{s^{2}}}m^{2}+\frac{\frac{m}{s}+\frac{m}{s^{2}}s}{\frac{m}{s}}m-\frac{m}{2s^{2}}s^{2}-\frac{m}{s}s\rightarrow-\frac{s^{2}m}{2s^{2}m^{2}}m^{2}+\frac{\frac{m}{s}}{\frac{m}{s}}m-\frac{m}{2}-m\rightarrow-\frac{m}{2}+m-\frac{m}{2}-m=-m \)

Es interesante verlo de esta manera ya que termina siendo negativo lo que indica que va a terminar cayendo asi como el primer termino es negativo, la gravedad, como es intuitivo le resta valor a la trayectoria, el segundo termino es positivo el cual corresponde a la velocidad inicial que es la fuerza que lo hace elevar, y los ultimos terminos corresponden al tiempo inicial y son negativos, lo cual tiene sentido ya que si hubiese iniciado en en t_{0}=0 no cambiaría nada, pero si inciaría despues tiene sentido que reste ese valor “potencial” que hubiese recorrido.

Para dibujar el grafico de la trayectoria del proyectil, vemos que la funcion es una cuadratica.

Raices de \( y_{p}(x) \)

\( \frac{\frac{-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\pm\sqrt{(\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha})^{2}-4(-\frac{g}{2(v_{0}\cos\alpha)^{2}})(-\sin\alpha v_{0}t_{0}-\frac{1}{2}gt_{0}^{2})}}{1}}{-\frac{2g}{2(v_{0}\cos\alpha)^{2}}}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\pm\sqrt{(\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha})^{2}-4(-\frac{g}{2(v_{0}\cos\alpha)^{2}})(-\sin\alpha v_{0}t_{0}-\frac{1}{2}gt_{0}^{2})}]}{-g} \)

\( \frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\pm\sqrt{(\frac{(v_{0}\sin\alpha+gt_{0})^{2}}{(v_{0}\cos\alpha)^{2}})-(\frac{2g\sin\alpha v_{0}t_{0}}{(v_{0}\cos\alpha)^{2}})-\frac{g^{2}t_{0}^{2}}{(v_{0}\cos\alpha)^{2}})}]}{-g}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\pm\sqrt{\frac{(v_{0}\sin\alpha+gt_{0})^{2}-2g\sin\alpha v_{0}t_{0}-g^{2}t_{0}^{2}}{(v_{0}\cos\alpha)^{2}}}]}{-g} \)

\( \frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\pm\sqrt{\frac{v_{0}^{2}\sin^{2}\alpha+2gt_{0}v_{0}\sin\alpha+g^{2}t_{0}^{2}-2gt_{0}v_{0}\sin\alpha-g^{2}t_{0}^{2}}{(v_{0}\cos\alpha)^{2}}}]}{-g}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\pm\sqrt{\frac{v_{0}^{2}\sin^{2}\alpha}{v_{0}^{2}\cos^{2}\alpha}}]}{-g} \)

\( =\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}x_{p}\pm\sqrt{\tan^{2}\alpha}]}{-g}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}x_{p}\pm\tan\alpha]}{-g} \)

\( x_{p1}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}+\tan\alpha]}{-g}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}+\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}]}{-g}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[\frac{-v_{0}\sin\alpha-gt_{0}+v_{0}\sin\alpha}{v_{0}\cos\alpha}]}{-g}=\frac{(-v_{0}\cos\alpha gt_{0}]}{-g}=v_{0}\cos\alpha t_{0} \)

\( x_{p1}=v_{0}\cos\alpha t_{0} \)

\( x_{p2}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}-\tan\alpha]}{-g}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[-\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}-\frac{\sin\alpha}{\cos\alpha}]}{-g}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[\frac{-v_{0}\sin\alpha-gt_{0}-v_{0}\sin\alpha}{v_{0}\cos\alpha}]}{-g}=\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}[\frac{-2v_{0}\sin\alpha-gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}]}{-g} \)

\( \frac{v_{0}\cos\alpha(-2v_{0}\sin\alpha-gt_{0})}{-g}=\frac{2\sin\alpha\cos\alpha v_{0}^{2}+gt_{0}v_{0}\cos\alpha}{g} \)

\( x_{p2}=\frac{2\sin\alpha\cos\alpha v_{0}^{2}}{g}+t_{0}v_{0}\cos\alpha \)

Ahora para sacar el vertice, sacamos la derivada de la posicion e igualamos a 0

\( \frac{dy_{p}(x)}{dx}=\text{\ensuremath{-\frac{g}{(v_{0}\cos\alpha)^{2}}x_{p}+\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}}} \)

\( 0=-\frac{g}{(v_{0}\cos\alpha)^{2}}x_{p}+\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\rightarrow\frac{g}{(v_{0}\cos\alpha)^{2}}x_{p}=\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\rightarrow x_{p}=\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}\frac{(v_{0}\cos\alpha)^{2}}{g}\rightarrow x_{p}=\frac{(v_{0}\sin\alpha+gt_{0})(v_{0}\cos\alpha)}{g} \)

\( x_{pv}=\frac{v_{0}^{2}\cos\alpha\sin\alpha}{g}+v_{0}\cos\alpha t_{0} \)

Ahora evaluamos \( x_{pv} \)en \( y_{p}(x) \) para obtener \( y_{pv} \)

\( y_{p}(x_{pv})=-\frac{g}{2(v_{0}\cos\alpha)^{2}}(\frac{v_{0}^{2}\cos\alpha\sin\alpha+v_{0}\cos\alpha gt_{0}}{g})^{2}+\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}(\frac{v_{0}^{2}\cos\alpha\sin\alpha+v_{0}\cos\alpha gt_{0}}{g})-(\sin\alpha v_{0}t_{0}+\frac{1}{2}gt_{0}^{2}) \)

\( y_{p}(x_{pv})=-\frac{1}{2v_{0}^{2}\cos^{2}\alpha}\frac{v_{0}^{4}\cos^{2}\alpha\sin^{2}\alpha+2\cos^{2}\alpha gt_{0}v_{0}^{3}\sin\alpha+v_{0}^{2}\cos^{2}\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{g}+\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{v_{0}\cos\alpha}(v_{0}\cos\alpha)\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{g}-(\sin\alpha v_{0}t_{0}+\frac{1}{2}gt_{0}^{2}) \)

\( y_{p}(x_{pv})=-\frac{1}{2v_{0}^{2}\cos^{2}\alpha}(v_{0}^{2}\cos^{2}\alpha)\frac{v_{0}^{2}\sin^{2}\alpha+2gt_{0}v_{0}\sin\alpha+g^{2}t_{0}^{2}}{g}+(v_{0}\sin\alpha+gt_{0})\frac{v_{0}\sin\alpha+gt_{0}}{g}-(\sin\alpha v_{0}t_{0}+\frac{1}{2}gt_{0}^{2}) \)

\( y_{p}(x_{pv})=-\frac{v_{0}^{2}\sin^{2}\alpha+2gt_{0}v_{0}\sin\alpha+g^{2}t_{0}^{2}}{2g}+\frac{(v_{0}\sin\alpha+gt_{0})^{2}}{g}-(\sin\alpha v_{0}t_{0}+\frac{1}{2}gt_{0}^{2}) \)

\( y_{p}(x_{pv})=\frac{-v_{0}^{2}\sin^{2}\alpha-2gt_{0}v_{0}\sin\alpha-g^{2}t_{0}^{2}+2v_{0}^{2}\sin^{2}\alpha+4v_{0}\sin\alpha gt_{0}+2g^{2}t_{0}^{2}}{2g}-(\sin\alpha v_{0}t_{0}+\frac{1}{2}gt_{0}^{2}) \)

\( \frac{v_{0}^{2}\sin^{2}\alpha+2v_{0}\sin\alpha gt_{0}+g^{2}t_{0}^{2}-(\sin\alpha v_{0}t_{0}+\frac{1}{2}gt_{0}^{2})}{2g} \)

\( y_{pv}=\frac{v_{0}^{2}\sin^{2}\alpha}{2g}+gt_{0}^{2} \)



b) Intersección, para que se intersecten tenemos que hacer coincidir \( x_{p2} \) con L, esta sería la \( v_{0} \) minima para que se crucen en el suelo.

\( x_{p2}=\frac{2\sin\alpha\cos\alpha v_{0}^{2}+gt_{0}v_{0}\cos\alpha}{g} \)

\( x_{p2}=\frac{2v_{0}^{2}\cos\alpha\sin\alpha+v_{0}\cos\alpha gt_{0}}{g}=\frac{2\cos\alpha\sin\alpha}{g}v_{0}^{2}+\cos\alpha t_{0}v_{0}=L\rightarrow\frac{2\cos\alpha\sin\alpha}{g}v_{0}^{2}+\cos\alpha t_{0}v_{0}-L=0 \)

Aplicamos formula resolvente

\( \frac{\frac{-\cos\alpha t_{0}\pm\sqrt{(\cos\alpha t_{0})^{2}-4(\frac{2\cos\alpha\sin\alpha}{g})(-L)}}{1}}{\frac{4\cos\alpha\sin\alpha}{g}}=\frac{g(-\cos\alpha t_{0}\pm\sqrt{(\cos\alpha t_{0})^{2}+8\frac{L\cos\alpha\sin\alpha}{g}})}{4\cos\alpha\sin\alpha}=\frac{-g\cos\alpha t_{0}\pm\sqrt{(\cos g\alpha t_{0})^{2}+8Lg\cos\alpha\sin\alpha})}{4\cos\alpha\sin\alpha} \)

\( \frac{-g\cos\alpha t_{0}\pm\sqrt{8\cos\alpha\sin\alpha(\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg)}}{4\cos\alpha\sin\alpha}=\frac{-g\cos\alpha t_{0}\pm2\sqrt{2\cos\alpha\sin\alpha}\sqrt{(\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg)}}{4\cos\alpha\sin\alpha}=\frac{-g\cos\alpha t_{0}}{4\cos\alpha\sin\alpha}\pm\frac{2\sqrt{2\cos\alpha\sin\alpha}\sqrt{(\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg)}}{4\cos\alpha\sin\alpha} \)

\( \frac{-g\cos\alpha t_{0}}{4\cos\alpha\sin\alpha}\pm\frac{\sqrt{2\cos\alpha\sin\alpha}\sqrt{(\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg)}}{2\cos\alpha\sin\alpha} \)

\( v_{0}=\frac{-g\cos\alpha t_{0}}{4\cos\alpha\sin\alpha}\pm\frac{\sqrt{\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg}}{\sqrt{2\cos\alpha\sin\alpha}} \)

Podemos observar que si evaluamos en la posibilidad negativa, nos da un resultado negativo.

\( \frac{-g\cos\alpha t_{0}}{4\cos\alpha\sin\alpha}-\frac{\sqrt{\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg}}{\sqrt{2\cos\alpha\sin\alpha}}=-(\frac{g\cos\alpha t_{0}}{4\cos\alpha\sin\alpha}+\frac{\sqrt{\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg}}{\sqrt{2\cos\alpha\sin\alpha}}) \)

Una velocidad negativa no tiene sentido fisico, por lo cual nos quedamos con la positiva.

\( v_{0}=\sqrt{\frac{\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg}{2\cos\alpha\sin\alpha}}-\frac{g\cos\alpha t_{0}}{4\cos\alpha\sin\alpha} \)

[Verificamos las magnitudes, tiene que quedar en magnitud de velocidad \( \frac{m}{s} \)

\( v_{0}=\sqrt{\frac{\frac{\frac{m^{2}}{s^{4}}s^{2}}{8}+m\frac{m}{s^{2}}}{2}}-\frac{\frac{m}{s^{2}}s}{4}\rightarrow\sqrt{\frac{\frac{m^{2}}{8s^{2}}+\frac{m^{2}}{s^{2}}}{2}}-\frac{m}{4s}\rightarrow\sqrt{\frac{9m^{2}}{2s^{2}}}-\frac{m}{4s}\rightarrow\frac{3}{\sqrt{2}}\frac{m}{s}-\frac{1}{4}\frac{m}{s}=\frac{m}{s}(\frac{3}{\sqrt{2}}-\frac{1}{4})=+\frac{m}{s} \)

Por lo tanto con esta velocidad inicial el proyectil y el helicoptero van a coincidir en el suelo, ahora para que coincidan en el resto de puntos variando v_{0}, tenemos que pedir que

\( v_{0}\geqslant\sqrt{\frac{\frac{\cos\alpha g^{2}t_{0}^{2}}{8\sin\alpha}+Lg}{2\cos\alpha\sin\alpha}}-\frac{g\cos\alpha t_{0}}{4\cos\alpha\sin\alpha} \)

Creo que hasta ahora respondi bien todos los puntos

Edit:

C) Para saber donde coinciden se tienen que dar las siguientes condiciones

\( f(x)=\begin{cases} y_{p}(t)=\sin\alpha v_{0}(t_{e}-t_{0})-\frac{1}{2}g(t_{e}-t_{0})^{2}=0 \\x_{p}(t)=v_{0}\cos\alpha(t_{e}-t_{0})=H-\frac{1}{6}kt_{e}^{3}\end{cases} \)

donde \( t_e \) es el tiempo de encuentro

\( (t_{e}-t_{0})[\sin\alpha v_{0}-\frac{1}{2}g(t_{e}-t_{0})]=0 \)

va a ser 0 cuando \( t_{e}-t_{0}=0\rightarrow t_{e}=t_{0} \) y cuando

\( \sin\alpha v_{0}-\frac{1}{2}g(t_{e}-t_{0})=0\rightarrow\sin\alpha v_{0}=\frac{1}{2}g(t_{e}-t_{0})\rightarrow\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g}=t_{e}-t_{0}  \)reemplazamos esto en la otra ecuacion para despejar \( t_{e} \)

\( v_{0}\cos\alpha(t_{e}-t_{0})=H-\frac{1}{6}kt_{e}^{3}\rightarrow v_{0}\cos\alpha(\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g})=H-\frac{1}{6}kt_{e}^{3}\rightarrow\sqrt[3]{\frac{6}{k}(-v_{0}\cos\alpha(\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g})-H)}=t_{e} \)

\( t_{e}=\sqrt[3]{\frac{6}{k}(-v_{0}\cos\alpha(\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g})-H)} \)

Ahora reemplazamos \( t_{e} \) para despejar \( t_{0} \)

\( \frac{2\sin\alpha v_{0}}{g}=t_{e}-t_{0} \)

\( \frac{2\sin\alpha v_{0}}{g}=\sqrt[3]{\frac{6}{k}(-v_{0}\cos\alpha(\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g})-H)}-t_{0} \)

\( t_{0}=\sqrt[3]{\frac{6}{k}(-v_{0}\cos\alpha(\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g})-H)}-\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g}=\sqrt[3]{-\frac{6}{k}(\frac{2v_{0}^{2}\cos\alpha\sin\alpha}{g}+H)}-\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g} \)

\( t_{0}=\sqrt[3]{-\frac{6}{k}(\frac{2v_{0}^{2}\cos\alpha\sin\alpha}{g}+H)}-\frac{2\sin\alpha v_{0}}{g} \)

Y así finaliza el ejercicio, como comentario puedo decir que es un excelente ejercicio para sacarle mucho jugo, entiendo porque lo dan en la UBA, es un ejercicio que me llevo unos días resolver, me hizo explorar muchas cosas y la dificultad del punto c (que hora viéndolo así es mucho mas fácil), se debía a que uno pensando en física se olvida la parte matemática, simplemente hay que plantear las cosas y despejar, muchas gracias a los que comentaron, ahora puedo seguir con los demás ejercicios, así que seguramente vuelva a postear.


06 Enero, 2020, 10:53 pm
Respuesta #1

Ricardo Boza

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Hola,

Antes que nada, decirte que me parece muy bonito e interesante este proyecto en el que trabajas.

ahora despejamos t de \( x_{p}(t) \) y lo reemplazamos en \( y_{p}(t) \)

\( x_{p}(t)=v_{0}\cos\alpha(t-t_{0})\rightarrow\frac{x}{v_{0}\cos\alpha}=t-t_{0} \)

\( t=\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0} \)

Ahí hay un error de despeje.

Saludos.

07 Enero, 2020, 12:38 am
Respuesta #2

Abdulai

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¿Es correcto  \( a_y=-kt \) ? 

Porque eso te lleva a una ecuación de 3er grado cuyo análisis dudo que sea el objetivo del ejercicio.

Mas bien parece una errata y en realidad es:  \( a_y=-k \)

07 Enero, 2020, 01:25 am
Respuesta #3

delmar

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Hola

a) Analizando y suponiendo correcto el enunciado se ha llegado en forma cierta a :

Helicóptero

\( x_h=L \) Ec. 1

\( y_h=H-\displaystyle\frac{k}{6}t^3 \) Ec. 2

Proyectil

\( x_p=v_0 \ cos \alpha \ (t-t_0) \) Ec. 3

\( y_p=v_0 \ sen \alpha (t-t_0)-g\displaystyle\frac{(t-t_0)^2}{2}  \) Ec. 4

Donde \( t_0 \) es el momento en que se dispara el proyectil \( t_0\geq{0} \)

En este punto para obtener la relación entre las coordenadas cartesianas del proyectil, se puede proceder de la siguiente manera :

\( t-t_0=\displaystyle\frac{x}{v_0 \ cos \alpha} \) despejando de la Ec. 3

\( y=v_0 \ sen \alpha (\displaystyle\frac{x}{v_0 \ cos \alpha})-\displaystyle\frac{g}{2} \ (\displaystyle\frac{x}{v_0 \ cos \alpha})^2 \) sustituyendo en la Ec. 4

Reduciendo términos :

\( y=x \ tag \alpha-(\displaystyle\frac{g}{2v_0^2 cos^2 \alpha}) \ x^2 \)

\( \pi/2\geq{\alpha}\geq{0} \) es fijo, en consecuencia para un \( v_0 \) determinado la ecuación obtenida es de una parábola, que se puede manejar para obtener su vértice.

b) Se supone que se buscan los valores de \( v_0 \) tal que el proyectil choca con el helicóptero para algún \( \tau \), que ha de cumplir ciertas condiciones \( 0\leq{t_0}<\tau \)

Para esto se han de cumplir las ecuaciones en \( \tau \) :

\( x_h=x_p\Rightarrow{L=v_0 \ cos \alpha \ (\tau-t_0)} \)

\( y_h=y_p\Rightarrow{H-\displaystyle\frac{k}{6}\tau^3=v_0 \ sen \alpha (\tau-t_0)-g \ \displaystyle\frac{(\tau-t_0)^2}{2}} \)

De estas ecuaciones se puede despejar \( \tau \) y averiguar las condiciones de \( v_0 \) para que \( \tau \) tome valores factibles.


Saludos

Nota : De todas maneras revisa el enunciado

07 Enero, 2020, 02:41 am
Respuesta #4

Richard R Richard

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Hola , si las condiciones de contorno del enunciado son

\( a_{Hy}(0)=0 \) y \( a_{Hx}(0)=0 \)

\( v_{Hy}(0)=0 \) y \( v_{Hx}(0)=0 \)

\( y_{Hy}(0)=H \) y \( x_{Hx}(0)=L \)

si \( \dfrac{d^2y}{dt^2}(t)=\dfrac{dv}{dt}(t)=-Kt \)

entonces

\( \displaystyle{\int_{v_{Hy}(0)}^v\,dv=\int_{t_0}^t -Kt\,dt} \)

\( v-v_{Hy}(0)=v=-\frac 12K(t^2-t_0^2)=-\frac 12Kt^2 \)

luego

\( v=\dfrac{dy}{dt}(t)=-\frac 12Kt^2 \)

\( \displaystyle{\int_{y_{Hy}(0)}^y\,dy=\int_{t_0}^t-\frac 12Kt^2\,dt} \)

entonces

\( y-y_{Hy}(0)=y- H=-\frac 16K(t^3-t_0^3)=-\frac 16Kt^3 \)

luego \( y(t)=H-\frac 16Kt^3 \)

para plantear el encuentro las ecuaciones de posición de la bala y el helicóptero deben de coincidir en espacio y tiempo

\( x_{Hx}(t)=x_B(t) \)

\( xy_{Hx}(t)=y_B(t) \)

\( t_H=t_B \)

si \( t_l \) es el tiempo de lanzamiento de la bala de cañón


\( x_B(t)=v_B\cos\alpha (t-t_l)=x_{Hx}(t)=L \)                                                              ((#1))

\( y_B(t)=v_B\sin\alpha (t-t_l)-\frac12 g(t^2-t_l^2)=y_{Hy}(t)=H-\frac 16Kt^3 \)                                  ((#2))

\( t_H=t=t_B \)

despejas el tiempo t de la ecuación  ((#1))y lo reemplazas en la ecuación  ((#2)) y tienes que resolver la ecuación cúbica  resultante para despejar \( t_l \) .



Pd delmar , revisa tu ecuación 4  y las relacionadas con ella, no es correcto escribir es \( (t-t_0)^2 \) sino \( (t^2-t_0^2) \) ya que la ecuación proviene de remplazar las condiciones de contorno del proceso de integración de la aceleración de la gravedad constante en el tiempo.



Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

07 Enero, 2020, 03:36 am
Respuesta #5

delmar

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Hola , si las condiciones de contorno del enunciado son

\( a_{Hy}(0)=0 \) y \( a_{Hx}(0)=0 \)

\( v_{Hy}(0)=0 \) y \( v_{Hx}(0)=0 \)

\( y_{Hy}(0)=H \) y \( x_{Hx}(0)=L \)

si \( \dfrac{d^2y}{dt^2}(t)=\dfrac{dv}{dt}(t)=-Kt \)

entonces

\( \displaystyle{\int_{v_{Hy}(0)}^v\,dv=\int_{t_0}^t -Kt\,dt} \)

\( v-v_{Hy}(0)=v=-\frac 12K(t^2-t_0^2)=-\frac 12Kt^2 \)

luego

\( v=\dfrac{dy}{dt}(t)=-\frac 12Kt^2 \)

\( \displaystyle{\int_{y_{Hy}(0)}^y\,dy=\int_{t_0}^t-\frac 12Kt^2\,dt} \)

entonces

\( y-y_{Hy}(0)=y- H=-\frac 16K(t^3-t_0^3)=-\frac 16Kt^3 \)

luego \( y(t)=H-\frac 16Kt^3 \)

para plantear el encuentro las ecuaciones de posición de la bala y el helicóptero deben de coincidir en espacio y tiempo

\( x_{Hx}(t)=x_B(t) \)

\( xy_{Hx}(t)=y_B(t) \)

\( t_H=t_B \)

si \( t_l \) es el tiempo de lanzamiento de la bala de cañón


\( x_B(t)=v_B\cos\alpha (t-t_l)=x_{Hx}(t)=L \)                                                              ((#1))

\( y_B(t)=v_B\sin\alpha (t-t_l)-\frac12 g(t^2-t_l^2)=y_{Hy}(t)=H-\frac 16Kt^3 \)                                  ((#2))

\( t_H=t=t_B \)

despejas el tiempo t de la ecuación  ((#1))y lo reemplazas en la ecuación  ((#2)) y tienes que resolver la ecuación cúbica  resultante para despejar \( t_l \) .



Pd delmar , revisa tu ecuación 4  y las relacionadas con ella, no es correcto escribir es \( (t-t_0)^2 \) sino \( (t^2-t_0^2) \) ya que la ecuación proviene de remplazar las condiciones de contorno del proceso de integración de la aceleración de la gravedad constante en el tiempo.





La Ec. 4 equivale a la Ec. \( ((#2)) \), haciendo un desarrollo, denominado x,y a las coordenadas de la bala :

\( y''=-g \) Integrando desde \( t_l \) hasta t

\( y'(t)-y'(t_l)=-g(t-t_l)\Rightarrow{y'(t)=v_0 \ sen \alpha-g(t-t_l)} \)

Integrando nuevamente desde \( t_l \) hasta t

\( y(t)-y(t_l)=v_0 \ sen \alpha (t-t_l)-g\displaystyle\int_{t_l}^{t}(t-t_l) \ dt  \)

Desarrollando el integral por sustitución y haciendo el cambio de variable \( u=t-t_l \) :

\( \displaystyle\int_{t_l}^{t}(t-t_l) \ dt=\displaystyle\int_{u(t_l)}^{u(t)}u \ du=\displaystyle\frac{u(t)^2}{2}-\displaystyle\frac{u(t_l)^2}{2}=\displaystyle\frac{(t-t_l)^2}{2} \)

Considerando que en \( t_l \) la bala esta en el origen de coordenadas se llega a la ecuación :

\( y(t)=v_0 \ sen \alpha (t-t_l)-g \ \displaystyle\frac{(t-t_l)^2}{2} \)

Coincide con la Ec. 4

Saludos

07 Enero, 2020, 11:35 pm
Respuesta #6

Thedefe

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Hola,

Antes que nada, decirte que me parece muy bonito e interesante este proyecto en el que trabajas.

ahora despejamos t de \( x_{p}(t) \) y lo reemplazamos en \( y_{p}(t) \)

\( x_{p}(t)=v_{0}\cos\alpha(t-t_{0})\rightarrow\frac{x}{v_{0}\cos\alpha}=t-t_{0} \)

\( t=\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0} \)

Ahí hay un error de despeje.

Saludos.

Es verdad, siempre los signos jodiendo jaja, gracias.

07 Enero, 2020, 11:48 pm
Respuesta #7

Thedefe

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Hola,

Antes que nada, decirte que me parece muy bonito e interesante este proyecto en el que trabajas.

ahora despejamos t de \( x_{p}(t) \) y lo reemplazamos en \( y_{p}(t) \)

\( x_{p}(t)=v_{0}\cos\alpha(t-t_{0})\rightarrow\frac{x}{v_{0}\cos\alpha}=t-t_{0} \)

\( t=\frac{x_{p}}{v_{0}\cos\alpha}-t_{0} \)

Ahí hay un error de despeje.

Saludos.

Ahí lo corregí y no cambia nada.

08 Enero, 2020, 12:14 am
Respuesta #8

Thedefe

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¿Es correcto  \( a_y=-kt \) ? 

Porque eso te lleva a una ecuación de 3er grado cuyo análisis dudo que sea el objetivo del ejercicio.

Mas bien parece una errata y en realidad es:  \( a_y=-k \)

Para mí esta bien, ya que la aceleración es \( -kt^3 \) cuando la integras para saber la velocidad de helicoptero  pasa a ser una ecuación cuadrática y al integrar de nuevo pasa a ser una cubica que describe la posición.

08 Enero, 2020, 12:19 am
Respuesta #9

Thedefe

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Hola

a) Analizando y suponiendo correcto el enunciado se ha llegado en forma cierta a :

Helicóptero

\( x_h=L \) Ec. 1

\( y_h=H-\displaystyle\frac{k}{6}t^3 \) Ec. 2

Proyectil

\( x_p=v_0 \ cos \alpha \ (t-t_0) \) Ec. 3

\( y_p=v_0 \ sen \alpha (t-t_0)-g\displaystyle\frac{(t-t_0)^2}{2}  \) Ec. 4

Donde \( t_0 \) es el momento en que se dispara el proyectil \( t_0\geq{0} \)

En este punto para obtener la relación entre las coordenadas cartesianas del proyectil, se puede proceder de la siguiente manera :

\( t-t_0=\displaystyle\frac{x}{v_0 \ cos \alpha} \) despejando de la Ec. 3

\( y=v_0 \ sen \alpha (\displaystyle\frac{x}{v_0 \ cos \alpha})-\displaystyle\frac{g}{2} \ (\displaystyle\frac{x}{v_0 \ cos \alpha})^2 \) sustituyendo en la Ec. 4

Reduciendo términos :

\( y=x \ tag \alpha-(\displaystyle\frac{g}{2v_0^2 cos^2 \alpha}) \ x^2 \)

\( \pi/2\geq{\alpha}\geq{0} \) es fijo, en consecuencia para un \( v_0 \) determinado la ecuación obtenida es de una parábola, que se puede manejar para obtener su vértice.

b) Se supone que se buscan los valores de \( v_0 \) tal que el proyectil choca con el helicóptero para algún \( \tau \), que ha de cumplir ciertas condiciones \( 0\leq{t_0}<\tau \)

Para esto se han de cumplir las ecuaciones en \( \tau \) :

\( x_h=x_p\Rightarrow{L=v_0 \ cos \alpha \ (\tau-t_0)} \)

\( y_h=y_p\Rightarrow{H-\displaystyle\frac{k}{6}\tau^3=v_0 \ sen \alpha (\tau-t_0)-g \ \displaystyle\frac{(\tau-t_0)^2}{2}} \)

De estas ecuaciones se puede despejar \( \tau \) y averiguar las condiciones de \( v_0 \) para que \( \tau \) tome valores factibles.


Saludos

Nota : De todas maneras revisa el enunciado

Claro el tema es que queda una cúbica y me parece que no tengo las herramientas para resolverla en este momento, como se resuelve?

a que te referis con el enunciado?