NO ME SALEN
PROBLEMAS RESUELTOS DE FÍSICA DEL CBC
(Leyes de Newton, dinámica del movimiento circular)
 

¡no me salen!

 
FIS 54 (d3.07) - Dos bloques de masas m1 = 2 kg y m2 = 3 kg unidos por una cuerda inextensible giran en un plano horizontal con la misma velocidad angular (ω). Los bloques describen dos trayec-torias circulares concéntricas de radios r1 = 30 cm y r2 = 50 cm, respectivamente. Sabiendo que el módulo de la tensión que ejerce la cuerda que une el centro de las trayectorias con el bloque de masa m1 es de 40 N, calcular:
    a) La intensidad de la tensión que ejerce la cuerda que une ambos bloques.
    b) La velocidad angular.  
girando
Pero qué problema más bonito... no se imaginan cómo lo amo debido a las visicitudes que me trajo en la vida. Empecemos, claro está, con los DCL.    
diagrama de cuerpo libre - No me salen Como hay dos sogas diferentes, una la que une el clavo con el cuerpo 1 y la otra la que une el cuerpo 1 con el 2, le puse a las tensiones nombres diferentes: Ti (tensión interna) a la primera, y Te (tensión externa) a la segunda, que, como toda cuerda del CBC realiza iguales fuerzas en ambos extremos, uno sobre el cuerpo 1 tirando hacia afuera y otro sobre el cuerpo 2 tirando hacia adentro.
   

Ya podemos pasar a las ecuaciones de Newton. En este problema las ecuaciones en el eje vertical no van a aportar información interesante. Igual las escribo.

   Cuerpo 1              ΣFy = m1 a                   N1 P1 = 0

   Cuerpo 2              ΣFy = m2 a                    N2 P2 = 0

Las ecuaciones del eje que tiene la dirección radial, en cambio, nos van a resolver el problema:

   Cuerpo 1              ΣFc = m1 ac1                  Ti Te = m1 ac1    

   Cuerpo 2              ΣFc = m2 ac2                        Te = m2 ac2      

fijate que le puse un subíndice particular a la aceleración de cada cuerpo... ¡es que son diferentes! ac1ac2. Estamos acostumbrados a que la aceleración del "sistema" sea una sola y la misma para todos los cuerpos. Pero acá son diferentes, ya que la velocidad angular es la misma para ambos, pero los radios son diferentes, R1 = 0,3 m y R2 = 0,5 m. Y siendo que ac = ω² . R

ac1 = ω² R1

ac2 = ω² R2

Metemos esto en las anteriores:

Ti Te = m1 ω² R1

       Te = m2 ω² R2

Y listo, finiquitado. Hay dos ecuaciones con dos incógnitas. Hacé como quieras. yo voy a sumar ambas ecuaciones:

Ti = m1 ω² R1 + m2 ω² R2

Ti = ω² (m1 R1 + m2 R2)

ω² = Ti / (m1 R1 + m2 R2)

ω² = 40 N / (2 kg 0,3 m + 3 kg 0,5 m)

   
 

ω = 4,36 s-1

 
   

Con eso me voy a la ecuación de Newton de la masa 2 (vos tenés que ir a las dos para verificar que te da lo mismo):

Te = m2 ω² R2

Te = 3 kg (4,36 s-1)² 0,5 m

   
 

Te = 28,5 N

 
   
     

DISCUSION: Seguramente ya te dijeron (y si todavía no te lo dijeron, ya te lo van a decir) que las fuerzas centrífugas no existen. Es mentira. Mirá, acá te cuento la historia del día que me echaron de la sociedad de físicos y desde entonces doy clases a escondidas. La cuestión es que no existen -per se- ni las fuerzas centrífugas ni las centrípetas. Ser o no ser centrífugo, o centrípeto, es simplemente una característica geométrica, consistente es estar permanentemente apuntando hacia un centro o desde un centro. Del mismo modo en que tampoco existe -por naturaleza propia- la fuerza normal. Ser normal sólo significa que forma 90 grados con alguna superficie.

Mirá el cuerpo 1 de este problema, por ejemplo. La fuerza Ti apunta permanentemente hacia el centro de giro, luego es centrípeta. Y la fuerza Te apunta permanentemente hacia afuera del círculo, y con dirección radial... es inequívocamente centrífuga.

Lo que afirma Newton (aquí está el error de estos chabones que me echaron) es que la resultante (la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo animado de MCU) es centrípeta. Pero nada dice sobre todas y cada una de las fuerzas que componen esa resultante.

NOTA: te repito este ejercicio paratiendo de otros datos acá.

 
DESAFIO: ¿Hay fuerzas centrífugas en este ejercicio?  
Algunos derechos reservados. Se permite su reproducción citando la fuente. Última actualización abr-16. Buenos Aires, Argentina.