Autor Tema: Trayectoria de un proyectil

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28 Agosto, 2022, 12:24 am
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salomon

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Una pequeña esfera se desliza a lo largo de un plano inclinado, sin fricción, partiendo del reposo desde el punto más y alcanza un pequeño descanso horizontal y, entonces, es lanzada, como se muestra en la figura de este problemas.  Cuando alcanza el descanso, desconecta un electroimán que sostenía otra pequeña esfera situada en la misma altura del descanso. Siendo h, H y d las distancias mostradas en la figura, determine para cuáles valores de d habrá encuentro de las dos esferas.


28 Agosto, 2022, 12:48 am
Respuesta #1

JCB

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Hola a tod@s.

salomon: ¿ qué has intentado ?. Mientras nos lo cuentas, te indico el resultado que he obtenido:

\( 0\leq\ d\ \leq 2\sqrt{hH} \)

Saludos cordiales,
JCB.
"Lo consiguieron porque no sabían que era imposible", autor: Jean Cocteau.

28 Agosto, 2022, 01:27 am
Respuesta #2

delmar

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Hola

Una ayuda, el movimiento de la esferita que se suelta tiene tres etapas :

1) Movimiento rectilíneo cuando esta en contacto con el plano inclinado liso, su trayectoria es un segmento, al final de su trayectoria tiene velocidad \( v_0 \) horizontal, la velocidad se puede calcular con el principio de energía :

Variación de la energía cinética = Trabajo de las fuerzas que actúan sobre la esferita=W

Existe solo dos fuerzas que actúan, la fuerza gravitatoria (peso) y la reacción normal del plano inclinado, de ellas la única que realiza trabajo es la gravitatoria ¿por qué?
La fuerza gravitatoria es conservativa entonces \( W_{Fg}=-(Epg_f-Epg_i) \) es decir su trabajo es menos la variación de la energía potencial gravitatoria, esto se puede calcular en consecuencia la velocidad se puede hallar y queda en función de h

2) Movimiento rectilíneo, cuando esta en contacto con la pequeña superficie horizontal lisa, su trayectoria es un segmento y su velocidad se conserva ¿por qué?

3) Movimiento parabólico, su trayectoria se puede hallar en función del tiempo, en la dirección horizontal es un movimiento uniforme, en la vertical su movimiento es uniformente acelerado (la esferita tiene la aceleración de la gravedad g)

El movimiento de la otra esferita pegada al electroimán es un movimiento rectilíneo, uniformemente acelerado (aceleración g)

Considerando una referencia XY, X paralelo al suelo positivo hacia la derecha, Y vertical positivo hacia abajo y con el origen O final del tramo horizontal de la pista de la primera esfera, la intersección de las trayectorias de las dos esferas \( (x_I,y_I) \) siempre se dará, la razón esta en que ambas esferas en todo momento tienen la misma y caen la misma distancia, entonces solo es cuestión de tiempo que la esfera 1 alcance a la 2; pero eso la distancia d estará limitada por H, por que el encuentra ha de darse en tiempos t en los que la caída ha de ser menor o igual a H, espero que avances

Saludos

01 Septiembre, 2022, 08:51 pm
Respuesta #3

salomon

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Hola me disculpo de antemano por el formato en que presento mi desarrollo pero quiero saber si esta bien planteado.


01 Septiembre, 2022, 11:01 pm
Respuesta #4

JCB

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Hola a tod@s.

Efectivamente salomon, gracias a la ayuda que te ha prestado delmar, has llegado a la misma solución que escribí en la respuesta # 2. Si te parece, amplío el desarrollo con comentarios y con las expresiones en LaTeX, para que te vayas familiarizando con su empleo y te sirva para escribir LaTeX en sucesivos temas.

La velocidad que alcanza la esfera al final del plano inclinado se calcula (aunque no exclusivamente) por métodos energéticos (aplicación del teorema de las fuerzas vivas, \( \sum{W}=\Delta E_c \), o bien por conservación de la energía, que viene a ser lo mismo), siendo esta \( v_0=\sqrt{2gh} \), y conservándose en el tramo horizontal, ya que tampoco hay rozamiento.

Como la esfera que ha caído por el plano inclinado (esfera 1), solo tiene componente de velocidad horizontal, está a la misma altura que la esfera pegada inicialmente al electroimán (esfera 2), e inician el descenso simultáneamente, el tiempo en que tardan en descender una distancia \( y \), es el mismo para ambas esferas. Este tiempo es

\( y=\dfrac{1}{2}gt^2 \)

\( t=\sqrt{\dfrac{2y}{g}} \)

En el recorrido \( y \) de descenso, la esfera 1, ha recorrido una distancia horizontal \( d=v_0t=\sqrt{2gh}\sqrt{\dfrac{2y}{g}}=2\sqrt{hy} \).

Como el descenso \( y \) para el que se cumple el encuentro, admite los valores entre \( y=0 \) e \( y=H \), entonces \( 0\leq\ d\ \leq 2\sqrt{hH} \).

Saludos cordiales,
JCB.
"Lo consiguieron porque no sabían que era imposible", autor: Jean Cocteau.