Autor Tema: Una gota de agua...

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17 Julio, 2008, 11:20 am
Respuesta #10

island in the darkness

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Hola nia:

Tan sólo quería hacer unas matizaciones si me permitís:

i) A mí me gusta la horchata y los batidos de arándanos. El chocolate se lo dejamos a Jabato, que lo toma espeso y viscoso, ya lo creo que sí.

ii) Si admitimos que la gota de agua se comporta como un sólido-rígido, esto no es problema, las ecuaciones tienen en cuenta el momento de inercia, la velocidad angular, etc. y se llega a la misma conclusión.

iii) ¡Ojo!, la tautócrona (del griego "tauto", " el mismo" y "cronos", "tiempo") no es una curva, es una propiedad de ciertas curvas, que como bien dices se da cuando el tiempo de caída no depende del punto en el que se inció el movimiemto (si colocamos dos canicas sobre una cicloide a distintas alturas y las dejamos caer ¡llegan al punto más bajo a la vez! a pesar de que una tenga que recorreer un camino más largo que la otra). La culpa de esto la tiene el bueno de Christian Huygens.

iv) ¡Cuidado!, no es exactamente lo mismo la braquistócrona (del griego "braquis", "corto" y "cronos", "tiempo") que la cicloide. La primera es la curva plana de mínimo descenso entre dos puntos que no están en la misma vertical y la segunda es la trayectoria curva plana que genera un punto de una circunferencia al rodar ésta sin deslizar sobre una superficie plana. Por tanto, la braquistócrona asociada a la cicloide sería el arco que une los puntos A y B, siendo A el punto de la trayectoria más despegado del suelo y B el punto de contacto del suelo en un ciclo cualquiera completo de la trayectoria de la cicloide.

v) Recordar, una vez más (y no me canso) la historia de la braquistócrona:

El problema de la braquistócrona se solucionó finalmente en el siglo XVII, cuando en 1696 Johann Bernouilli planteó el problema de la braquistócrona  a la Royal Society de Londres (junto con otro añadido que consistía en hallar la curva que al trazar una línea desde un punto dado O, que corte a la curva en P y en Q, entonces OP'+OQ' sea una constante) con vistas a dirigirlo a su "enemigo" Newton (N.B.: en aquella época, había muchas rencillas en la comunidad matemática, por un lado estaban los británicos (Halley, Hook, etc.) con Newton a la cabeza y por otro lado el resto de europeos con figuras como la familia Bernouilli, Leibniz, Huygens, etc.) y dio un plazo de seis meses para su resolución. Transcurrido el plazo, sólo el amigo de Johann, Leibniz, resolvió el primer problema (de manera muy enrevesada) pero no el segundo. Leibniz instó a Johann que propusiera el reto a Newton (lo que no sabemos si con la esperanza de que alguien pudiera resolver el problema, con el ánimo de "molestar" a Newton con tamaño reto o los dos motivos a la vez), para lo cual Johann habló con Halley (amigo íntimo de Newton), quien le hizo llegar el problema a Newton. Isaac Newton resolvió el problema en menos que canta un gallo (¡nunca mejor dicho!) puesto que antes de que saliera el sol (en un plazo de 10 horas) ya tenía la solución. Ni que decir tiene que su cálculo de fluxiones le dio la solución. La solución de Newton era la más simple, breve, perfecta, elegante, divertida y general (más tarde los Bernouilli resolvieron el problema también: Jacob la hizo muy larga y aburrida aunque general, Johann fue muy elegante al emplear conceptos físicos (refracción luz y ley de Snell) pero muy particular y la de Leibniz fue muy ardua y tediosa). Johann, a pesar de lo orgulloso y soberbio que era, se rindió a la evidencia y quedó tan impresionado con la solución de Newton que preguntado cómo había adivinado que fue Newton, pronunció aquella famosa frase "ex ungue leonis" (="por las garras se reconoce al león") y la solución del León fue publicada en Philosophical Transactions, en el número de febrero de 1697.

vi) Watt ya sabía que antes y después de él existían dos coeficientes de rozamiento asociado al movimiento el coeficiente estático y el dinámico y que si no se vencían ambos, la locomotora no se movía ni un pelo por mucho vapor que tirase por la chimenea, je, je.

;)

island in the darkness.
Homo Homini Lupus

17 Julio, 2008, 11:22 am
Respuesta #11

island in the darkness

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Jabato:

Pero, hombre, si la guinda del pastel es precisamente resolver las integrales que dan la ecuación de la cicloide, je, je.

¿Me tengo que poner con el tema?

;)

island in the darkness.
Homo Homini Lupus

17 Julio, 2008, 12:50 pm
Respuesta #12

Jabato

  • Visitante
Pero hombre, si eso es un detalle táctico que no tiene mayor importancia, una vez planteada la ec. diferencial pues el resto es mecánico, y yo ya planteé dicha ecuación. ¿Que quieres? ¿que lo muestre?

Veamos la ecuación diferencial es:

\( 2gk^2(y_0-y)(1+y'^2)=1 \)                 ó bien            \( (y_0-y)(1+y'^2)=K \)

y de aquí obtenemos:

\( y'=\pm{}\ \sqrt[ ]{\displaystyle\frac{K-(y_0-y)}{y_0-y}} \)

cuya integración no debería plantear problemas a nadie que conozca un poco la teoría de las ecuaciones diferenciales de primer orden, ya que es una ecuación de variables separadas muy sencillita. Las condiciones de contorno se establecen para que la curva pase por un punto conocido alejado del eje Y, \( (x_0, y_0) \) y por el origen de coordenadas, el resto es fácil.


Saludos, Jabato.

21 Julio, 2008, 07:34 pm
Respuesta #13

island in the darkness

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De acuerdo con todo lo anterior podemos establecer, para el cálculo de la trayectoria, las siguientes ecuaciones:

(1)   \( k^2v^2=2gk^2(y_0-y)=Cos^2(\theta) \)          ó bien         \( k^2v^2=2gk^2(y_0-y)(1+y'^2)=1 \)

y suponiendo que el punto inicial tiene de cota \( y_0 \) y el punto final de la trayectoria coincide con el origen, la solución viene dada por la cicloide de ecuación:

(2)   \( x=A(t+Sent) \)              (3)   \( y=B(1-Cost) \)

en la que las constantes A y B dependen de cual sea el punto en el que se inicie la trayectoria. Os dejo como ejercicio demostrar que la solución de (1) viene dada por las (2) y (3)


Saludos, Jabato.

Mmmmm.... ¿y no será que la ecuación de la Cicloide en paramétricas es ésta?:

(2)   \( x=A(t-Sent) \)              (3)   \( y=B(1-Cost) \)

;)

island in the darkness.
Homo Homini Lupus

21 Julio, 2008, 07:47 pm
Respuesta #14

Jabato

  • Visitante
Pues no sé, es posible, sí.

Saludos, Jabato.

21 Julio, 2008, 07:49 pm
Respuesta #15

island in the darkness

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Bueno, después de esta "pequeña" corrección, propongo dos cosas interesantes:

i) Calcular la longitud de un arco de cicloide en un ciclo completo de recorrido, comprobando que es ocho veces el radio de su círculo generador.

ii) Calcular el área bajo la curva de un arco de cicloide en un ciclo completo comprobando que es tres veces la de su círculo generador.

;)

island in the darkness.
Homo Homini Lupus

21 Julio, 2008, 08:39 pm
Respuesta #16

incógnita_j

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4º) Solución usando mecánica Lagrangiana:

Tomando como ejes la recta de la pendiente (x) y la perpendicular a ella (y):
\( L = T - V \)
\( L = \displaystyle\frac{1}{2} m\dot{x}^2-(h_0-xmg\sin(\alpha)) \)
\( \frac{{\partial L}}{{\partial \dot{x}}}=m\dot{x} \)
\( \frac{{\partial L}}{{\partial x}}= mg\sin(\alpha) \)

Las ecuaciones del movimiento son:
\( \frac{d}{dt}\frac{{\partial L}}{{\partial \dot{x}}}-\frac{{\partial L}}{{\partial x}} = 0 \)Luego:
\( \ddot{x} = a = g\sin(\alpha) \)
Y ahora solo toca integrar con las condiciones de contorno.

Jabato, viendo tantos métodos de resolución no podía faltar este jeje.

PS: ¿ Cómo se hace con el Tex para poner los puntos encima de las letras? En plan derivada temporal o derivada respecto al parámetro de las curvas.
Siempre nos quedará hablar con los números y descubrir algún nuevo secreto.

21 Julio, 2008, 09:09 pm
Respuesta #17

Jabato

  • Visitante
¿Te refieres a esto?

\( \dot{x}\ \ddot{Y}\ \dddot{Z} \)


Saludos, Jabato.

21 Julio, 2008, 09:13 pm
Respuesta #18

incógnita_j

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Efectivamente. Muchas gracias Jabato.
Siempre nos quedará hablar con los números y descubrir algún nuevo secreto.

25 Julio, 2008, 04:59 pm
Respuesta #19

island in the darkness

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Hola amig@s:

Bueno, como Jabato no se arranca, aquí os dejo mis cálculos, que desde luego, han servido para entretenerme un rato y es que, como dije, la gracia está en las integrales interesantes que salen y las alternativas para resolverlas.

http://rapidshare.com/files/132376980/Cicloide_-_island_in_the_darkness.pdf.html

;)

island in the darkness.

PD: incógnita_j, sin duda la Mecánica Lagrangiana... nunca falla.
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