Autor Tema: Ejercicio, Poleas y Trabajo

0 Usuarios y 1 Visitante están viendo este tema.

02 Mayo, 2024, 04:25 pm
Leído 3977 veces

Nub

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,458
  • País: 00
  • Karma: +0/-0
Hola. Se muestra un tren de poleas diseñado para levantar una carga \( L \) cuyo peso es \( P_L \)
Supongamos que el rozamiento puede ser despreciado y que las poleas a las cuales está unida la carga (poleas 3 y
4) son de radios despreciables, aunque tienen un peso total \( P_P< P_L \) El objetivo
final es levantar la carga de peso \( P_L \) hasta una altura \( h \).


1) Si no estuvieran las poleas, ¿qué trabajo mínimo debe efectuarse contra la gravedad para levantar una carga de peso \( (P_P+P_L) \) hasta una altura \( h \)?

Aca tengo dudas con lo que realmente pide el enunciado, tengo entendido que la definición del trabajo es para una fuerza puntual y no específicamente para la fuerza que genera el movimiento (que es la fuerza neta), asi que si tengo un desplazamiento de 0 a h las fuerza que actua obre el cuerpo es  \( (P_P+P_L) \) entonces  \( W=(P_P+P_L)h \) ¿No deberia ser negativo este trabajo? pues el vector desplazamiento va para arriba y el peso para abajo entonces queda \( cos(180)=-1 \).
Tal vez pide otra cosa, capaz suponer una fuerza para arriba y calcular ese trabajo, no se :-[

Gracias :)

02 Mayo, 2024, 04:55 pm
Respuesta #1

ani_pascual

  • $$\Large \color{#9c57a6}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 4,221
  • País: es
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
  • שמע ישראל יהוה אלהינו יהוה אחד
    • Kepler_Ck
Hola:
...
Aca tengo dudas con lo que realmente pide el enunciado, tengo entendido que la definición del trabajo es para una fuerza puntual y no específicamente para la fuerza que genera el movimiento (que es la fuerza neta), asi que si tengo un desplazamiento de 0 a h las fuerza que actua obre el cuerpo es  \( (P_P+P_L) \) entonces  \( W=(P_P+P_L)h \) ¿No deberia ser negativo este trabajo? pues el vector desplazamiento va para arriba y el peso para abajo entonces queda \( cos(180)=-1 \).
Tal vez pide otra cosa, capaz suponer una fuerza para arriba y calcular ese trabajo, no se :-[
En efecto, el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria (el peso) es negativo, lo puedes ver también porque es el opuesto de la variación de la energía potencial gravitatoria, es decir, \( W=-\Delta E_p= E_{p,i}-E_{p,f}=0-mgh=-mgh \), pero lo que pide el enunciado es el trabajo de la fuerza \( F \) contra la gravedad, así es que ese será positivo.
Saludos

02 Mayo, 2024, 05:44 pm
Respuesta #2

Nub

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,458
  • País: 00
  • Karma: +0/-0
Hola:
...
Aca tengo dudas con lo que realmente pide el enunciado, tengo entendido que la definición del trabajo es para una fuerza puntual y no específicamente para la fuerza que genera el movimiento (que es la fuerza neta), asi que si tengo un desplazamiento de 0 a h las fuerza que actua obre el cuerpo es  \( (P_P+P_L) \) entonces  \( W=(P_P+P_L)h \) ¿No deberia ser negativo este trabajo? pues el vector desplazamiento va para arriba y el peso para abajo entonces queda \( cos(180)=-1 \).
Tal vez pide otra cosa, capaz suponer una fuerza para arriba y calcular ese trabajo, no se :-[
En efecto, el trabajo que realiza la fuerza gravitatoria (el peso) es negativo, lo puedes ver también porque es el opuesto de la variación de la energía potencial gravitatoria, es decir, \( W=-\Delta E_p= E_{p,i}-E_{p,f}=0-mgh=-mgh \), pero lo que pide el enunciado es el trabajo de la fuerza \( F \) contra la gravedad, así es que ese será positivo.
Saludos
¿Y cuál es el trabajo de la fuerza \( F \) en contra a la gravedad? ¿es decir cuál es el módulo de la fuerza \( F \)?

02 Mayo, 2024, 07:58 pm
Respuesta #3

JCB

  • $$\Large \color{#c88359}\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 660
  • País: es
  • Karma: +0/-0
  • Sexo: Masculino
Hola a tod@s.



Para determinar el trabajo de la fuerza \( F \) (yo la llamo \( T \), porque es la tensión en toda la cuerda), primero debes calcularla (;D). Lo haría realizando un corte según el plano \( PP’ \), y aplicando \( \sum{F_y}=0 \),

\( 4T-P_L-P_P=0 \)

\( T=\dfrac{P_L+P_P}{4} \)

Ahora te quedaría determinar el desplazamiento del extremo libre (donde se aplica \( T \)), en función del desplazamiento \( h \) de las dos poleas móviles y la carga. A ver si se te ocurre alguna idea.

Spoiler
Pista: por cada \( 4\ cm \) que baja el extremo libre de la cuerda, las dos poleas móviles junto la carga, suben \( 1\ cm \).
[cerrar]

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

02 Mayo, 2024, 11:45 pm
Respuesta #4

Richard R Richard

  • Ingeniero Industrial
  • $$\Large \color{#9c57a6}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 4,054
  • País: ar
  • Karma: +2/-0
  • Sexo: Masculino
  • Dentro de la ciencia todo,fuera de la ciencia nada


1) Si no estuvieran las poleas, ¿qué trabajo mínimo debe efectuarse contra la gravedad para levantar una carga de peso \( (P_P+P_L) \) hasta una altura \( h \)?

El trabajo de una fuerza $$ F$$ que actué en contra de la gravedad , que eleve las poleas y la carga es

$$W_s=\displaystyle \int\limits_0^h \vec F\cdot \vec dl= $$

si la fuerza es constante y colineal ( $$\theta =0$$ o $$\theta=\pi$$)

$$W_s=F h \cos \theta= mgh\cos\theta$$

si la fuerza actúa contra la gravedad el ángulo $$\theta=\pi$$ y $$\cos\pi=-1$$ luego el trabajo es

$$W_s=-mgh$$

si ahora pones las poleas móviles el trabajo para elevar sigue siendo el mismo, lo único que sucede es que la fuerza necesaria para elevar se reduce en 4 veces pero tengo que tirar de la cuerda 4 veces mas distancia en contra de la gravedad.

$$W_p=\dfrac F4 (4h) \cos \pi= -mgh=W_s$$

lo único que obtuviste es una ventaja mecánica , con menor fuerza has logrado el objetivo de subir la carga.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

12 Junio, 2024, 07:34 pm
Respuesta #5

Nub

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,458
  • País: 00
  • Karma: +0/-0
Perdón, deje esto abandonado :-[
si la fuerza actúa contra la gravedad el ángulo $$\theta=\pi$$ y $$\cos\pi=-1$$ luego el trabajo es
Porque el angulo es \( \pi \)?

Tengo entendido que el ejercicio se resume a que hay que subir una masa a una altura h, el peso hace fuerza sobre la masa, y lo que pide el ejercicio es el trabajo que hace una fuerza que actúa sobre la gravedad (Esto no se como interpretarlo, a lo sumo es una fuerza con igual direccion pero de diferente sentido, no se si necesariamente deberia tener igual modulo)

Y bueno, como el peso va para abajo, la fuerza \( F \) debe ir para arriba y el vector dirección también va para arriba, por eso no entiendo porque es pi y no 0 el angulo

12 Junio, 2024, 10:03 pm
Respuesta #6

Richard R Richard

  • Ingeniero Industrial
  • $$\Large \color{#9c57a6}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 4,054
  • País: ar
  • Karma: +2/-0
  • Sexo: Masculino
  • Dentro de la ciencia todo,fuera de la ciencia nada
Hola el trabajo que haces para mover la pieza del punto inicial al Punto final, de abajo hacia arriba es igual y contraria a la gravedad entonces si lo expresás en función de la fuerza igual.ybcontraria al peso,sí te va a quedar positivo si es sistema de referencia  va de abajo hacia arriba,pero si lo expresas en función de la gravedad te queda negativa y el signo negativo surge del coseno de pi, de ser una fuerza con sentido contrario  al desplazamiento sistema de referencia.


El trabajo que hace la fuerza peso al descender es positivo y el trabajo que hace una fuerza que se opone al peso va a ser negativo, y viceversa, el trabajo que hace la fuerza para ascender va a ser positivo pero el trabajo que va a hacer la fuerza peso será negativo y esto último es lo que te piden que expreses el valor del trabajo en función de la gravedad y/o el peso.
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

12 Junio, 2024, 10:54 pm
Respuesta #7

Nub

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,458
  • País: 00
  • Karma: +0/-0
Hola el trabajo que haces para mover la pieza del punto inicial al Punto final, de abajo hacia arriba es igual y contraria a la gravedad entonces si lo expresás en función de la fuerza igual.ybcontraria al peso,sí te va a quedar positivo si es sistema de referencia  va de abajo hacia arriba,pero si lo expresas en función de la gravedad te queda negativa y el signo negativo surge del coseno de pi, de ser una fuerza con sentido contrario  al desplazamiento sistema de referencia.


El trabajo que hace la fuerza peso al descender es positivo y el trabajo que hace una fuerza que se opone al peso va a ser negativo, y viceversa, el trabajo que hace la fuerza para ascender va a ser positivo pero el trabajo que va a hacer la fuerza peso será negativo y esto último es lo que te piden que expreses el valor del trabajo en función de la gravedad y/o el peso.
Ahhh creo que entendi, yo estaba pensando que para ir de \( 0 \) a \( h \) debia haber una fuerza \( f \) que lo mueva para arriba por lo tanto tenia que ser en igual dirección pero diferente sentido que el peso. Pero el ejercicio como tal pedia el trabajo que debe efectuarse contra la gravedad... esto lo veo medio raro pero es "contra la gravedad" porque va en dirección opuesta el desplazamiento? eso es lo que llama contraria a la gravedad?

12 Junio, 2024, 11:39 pm
Respuesta #8

Richard R Richard

  • Ingeniero Industrial
  • $$\Large \color{#9c57a6}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 4,054
  • País: ar
  • Karma: +2/-0
  • Sexo: Masculino
  • Dentro de la ciencia todo,fuera de la ciencia nada
Por si no fui claro o por las dudas lo explico de otra manera, tu para ir de nivel cero a un sitio mas elevado , tienes que aplicar una fuerza al menos igual al peso, con igual dirección a la gravedad pero sentido contrario, así si tu sistema de referencia es positivo hacia arriba el desplazamiento es positivo y tu fuerza positiva, el resultado es que el trabajo realizado por esa fuerza es positivo.
Pero si me preguntas el trabajo que ha realizado la fuerza de gravedad en contra de si misma, verás que la fuerza es negativa y el desplazamiento positivo luego resulta negativo su trabajo.
Pero si el sistema de referencia lo tomas a la inversa que positivo es hacia abajo, el trabajo de la fuerza F resulta negativo y el de la gravedad positivo.
Entonces cuando hay que tener cuidado... , cuando además te piden calcular potenciales gravitatorios, es decir la variación del potencial gravitatorio es igual a menos el trabajo de la fuerza de gravedad,  o bien igual al trabajo de la fuerza F.  El tema es que cuando tienes ejes invertido los valores de los potenciales tambien se invierten y las relaciones quedan intactas.


Lo del valor del coseno de 0 o $$\pi$$ es según escribas el trabajo en función de $$F=P=mg$$  pero tenemos claro por la segunda ley de Newton que $$\vec F+ \vec P=\vec 0$$  serian fuerzas iguales y opuestas , entonces el bloque ascendería a una velocidad constante  despreciable que no vendría a cuento en el problema.  si tomas a g con direccion hacia abajo  de algun modo para expresar a F como positivo debes invertirle el signo cosa que hace el coseno de $$\pi$$ ya sea en la segunda de ley de Newton o cuando calculas el trabajo.


Sea como fuera subir un cuerpo hace que este aumente su potencial gravitatorio,  entonces el trabajo que hace la gravedad sea negativo, y si lo piensas del lado de la fuerza F el trabajo será positivo porque con esa fuerza estas aumentando la energía del sistema, pues tiene mas energía potencial al final que al principio.


Saludos  \(\mathbb {R}^3\)

13 Junio, 2024, 12:21 am
Respuesta #9

Nub

  • $$\Large \color{#5b61b3}\pi\,\pi\,\pi\,\pi\,\pi$$
  • Mensajes: 1,458
  • País: 00
  • Karma: +0/-0
Primero que nada, supongamos el sistema de referencia es con y positivo para arriba :laugh:
Pero si me preguntas el trabajo que ha realizado la fuerza de gravedad en contra de si misma, verás que la fuerza es negativa y el desplazamiento positivo luego resulta negativo su trabajo.
Eso es lo que tu dices que pide el ejercicio... no se si es asi, pero en fin, cuando dices que en contra de si misma que siginifica exactamente? que va el desplazamiento encontra y no a favor de la fuerza?