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Ejemplo de sistema de tres partículas

De Laplace

Contenido

1 Enunciado

Tres partículas puntuales se encuentran en un cierto instante en los vértices de un triángulo. Las masas, posiciones y velocidades de las partículas son,

i mi (g) \vec{r}_i (m) \vec{v}_i (m/s)
1 400 0.90\vec{\imath} -1.60\vec{\jmath}
2 500 1.20\vec{\jmath} -1.20\vec{\imath}
3 300 -1.60\vec{\imath} -0.90\vec{\jmath}

Las tres partículas están conectadas por resortes de longitud natural nula. No hay más fuerzas actuando en el sistema, siendo la constante de los que unen la masa 2 con la 1 y la 2 con la 3 k_{21}=k_{23}=100\,\mathrm{N}/\mathrm{m} y el que une la 1 con la 3 k_{13}=32\,\mathrm{N}/\mathrm{m}.

Para el instante indicado:

  1. Determine la aceleración de cada partícula.
  2. Calcule la posición, velocidad y aceleración del CM.
  3. Calcule el momento cinético del sistema respecto al origen y respecto al CM.
  4. Halle la energía cinética del sistema respecto al origen y respecto al CM.
  5. Calcule las derivadas respecto al tiempo de la cantidad de movimiento, del momento cinético y de la energía cinética.

2 Aceleraciones

De acuerdo con la segunda ley de Newton, la aceleración de cada masa es proporcional a la resultante de las fuerzas que actúan sobre ella

\vec{a}_i = \frac{1}{m_i}\vec{F}_i

En este caso, las fuerzas sobre cada masa son suma de las fuerzas elñasticas, que verifican la ley de Hooke

\vec{F}_{i\to k} = -k_{ik}\left(\vec{r}_k-\vec{r}_i\right)

3 Centro de masas

4 Momento cinético

5 Energía cinética

6 Derivadas temporales

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