Espiral logarítmica
De Laplace
(Diferencias entre revisiones)
(→Ley horaria) |
(→Ley horaria) |
||
Línea 43: | Línea 43: | ||
obtenemos finalmente | obtenemos finalmente | ||
- | <center><math>\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}\theta} = -\frac{b\mathrm{e}^{-\theta\,\mathrm{cotg}\,\alpha}}{\mathrm{sen}\,\alpha | + | <center><math>\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}\theta} = -\frac{b\mathrm{e}^{-\theta\,\mathrm{cotg}\,\alpha}}{\mathrm{sen}\,\alpha}\left(\cos(\theta-\alpha)\vec{\imath}+\,\mathrm{sen}(\theta-\alpha)\vec{\jmath}\right)</math></center> |
==Tiempo en llegar al origen== | ==Tiempo en llegar al origen== |
Revisión de 08:00 25 jun 2010
Contenido |
1 Enunciado
Una partícula recorre la espiral logarítmica de ecuación
![\vec{r} = b (\cos(\theta)\vec{\imath}+\,\mathrm{sen}(\theta)\vec{\jmath})\mathrm{e}^{-\theta\,\mathrm{cotg}\,\alpha}](/wiki/images/math/a/0/2/a026f3a13e35e8cf03a75eef014e821d.png)
donde b y α son constantes. El movimiento es uniforme a lo largo de la curva, con celeridad constante v0. En el instante inicial la partícula se encuentra en θ = 0
- Determine la ley horaria θ = θ(t).
- Calcule el tiempo que tarda en llegar a
. ¿Cuántas vueltas da para ello?
- Halle el vector aceleración y sus componentes intrínsecas en cada punto de la trayectoria.
- Determine la posición de los centros de curvatura de este movimiento.
2 Ley horaria
Para hallar la ley horaria θ = θ(t) aplicamos que el movimiento es uniforme y por tanto
![\left|\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}t}\right| = |\vec{v}| = v_0](/wiki/images/math/2/a/a/2aaa8175422f62be14b2402b0a6193b4.png)
Sin embargo, lo que se nos da es la trayectoria como función de la coordenada θ y la velocidad no es la derivada de la posición respecto a θ, sino respecto al tiempo. Para relacionar las dos cosas aplicamos la regla de la cadena
![\vec{v}=\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}\theta}\,\frac{\mathrm{d}\theta}{\mathrm{d}t}=\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}\theta}\dot{\theta}](/wiki/images/math/5/0/6/50614e140fe5249d6f7844f12b21ac18.png)
Aquí es una función que debemos determinar.
Tomando módulos
![v_0= \left|\vec{v}\right|= \left|\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}\theta}\right|\dot{\theta}](/wiki/images/math/6/d/6/6d6ece164c7bb35c8533d487f79b4cf2.png)
Derivando en la ecuación de la trayectoria
![\begin{array}{ccc}
\displaystyle\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}\theta}& = & b(-\,\mathrm{sen}\,\theta\vec{\imath}+\cos\theta\vec{\jmath})\mathrm{e}^{-\theta\,\mathrm{cotg}\,\alpha}-b\,\mathrm{cotg}\,\alpha(\cos\theta\vec{\imath}+\,\mathrm{sen}\,\theta\vec{\jmath})\mathrm{e}^{-\theta\,\mathrm{cotg}\,\alpha}=\\
& = & b\left(-(\mathrm{sen}\,\theta+\,\mathrm{cotg}\,\alpha\cos\theta)\vec{\imath}+(\cos\theta-\,\mathrm{cotg}\,\alpha\,\mathrm{sen}\,\theta)\vec{\jmath}\right)\mathrm{e}^{-\theta\,\mathrm{cotg}\,\alpha}\end{array}](/wiki/images/math/7/c/d/7cdf2e73dc83fbe19889058ed4ff4884.png)
Aplicando que
![\,\mathrm{sen}\,\theta+\,\mathrm{cotg\alpha}\,\cos\theta = \frac{\,\mathrm{sen}\,\theta\,\mathrm{sen}\,\alpha+\cos\theta\cos\alpha}{\mathrm{sen}\,\alpha}=\frac{\cos(\theta-\alpha)}{\mathrm{sen}\,\alpha}](/wiki/images/math/6/e/0/6e03adfc5a09a593f2a440a9a16e93fe.png)
y que
![\cos\theta-\,\mathrm{cotg}\,\alpha\,\mathrm{sen}\,\theta = -\frac{\mathrm{sen}\,\theta\cos\alpha-\,\mathrm{sen}\,\alpha\cos\theta}{\mathrm{sen}\,\alpha}=-\frac{\mathrm{sen}(\theta-\alpha)}{\mathrm{sen}\,\alpha}](/wiki/images/math/f/f/6/ff639903103ed4601272de23d6364306.png)
obtenemos finalmente
![\frac{\mathrm{d}\vec{r}}{\mathrm{d}\theta} = -\frac{b\mathrm{e}^{-\theta\,\mathrm{cotg}\,\alpha}}{\mathrm{sen}\,\alpha}\left(\cos(\theta-\alpha)\vec{\imath}+\,\mathrm{sen}(\theta-\alpha)\vec{\jmath}\right)](/wiki/images/math/d/9/2/d927e30e16f647cc689f7a3f687f3045.png)