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2.3. Movimiento de partícula sujeta de un hilo

De Laplace

Contenido

1 Enunciado

Una barra rígida AB de longitud a se mueve en un plano vertical OXY, manteniendo su extremo A articulado en un punto del eje horizontal de coordenadas \overrightarrow{OA}= a \vec{\imath}, y verificando la ley horaria θ(t) = 2ωt, con 0 \leq \theta \leq \pi y siendo ω = cte. Un hilo inextensible de longitud 2a tiene uno de sus extremos conectado al origen del sistema de referencia (punto O), mientras que del otro cuelga una partícula P que mantiene al hilo siempre tenso. El hilo se apoya sobre una pequeña polea de radio despreciable situada en el extremo B de la barra, de forma que el tramo \overline{BP} permanece siempre paralelo al eje OY (ver figura). Se pide:

  1. Ecuaciones horarias del punto P, \overrightarrow{OP} = \vec{r}(t) =x(t) \vec{\imath} + y(t) \vec{\jmath}.
  2. Instante del tiempo tM en que la partícula alcanza su altura máxima.
  3. Radio de curvatura de la trayectoria seguida por P, en el instante considerado en el apartado anterior.

2 Ecuaciones horarias

La posición del punto P puede escribirse como suma de tres vectores

\overrightarrow{OP}=\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{AB}+\overrightarrow{BP}

donde

\overrightarrow{OA}=a\vec{\imath}

y

\overrightarrow{AB}=a\cos(\theta)\vec{\imath}+a\,\mathrm{sen}(\theta)\vec{\jmath}

El vector \overrightarrow{BP} es vertical hacia abajo y con un módulo igual a

|\overrightarrow{BP}| = 2a-|\overrightarrow{OB}|

siendo

|\overrightarrow{OB}| = |\overrightarrow{OA}+\overrightarrow{AB}| = \sqrt{|\overrightarrow{OA}|^2+|\overrightarrow{AB}|^2+2\overrightarrow{OA}\cdot\overrightarrow{AB}}=\sqrt{a^2+a^2+2a^2\cos(\theta)} =2a\cos\left(\frac{\theta}{2}\right)

3 Instante de máxima altura

4 Radio de curvatura

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