Confusión en la conservación del momento angular

Planteamiento del problema: Una varilla articulada en un extremo se suelta de la posición horizontal. Cuando se vuelve vertical, su mitad inferior se separa sin ejercer ninguna reacción en el punto de ruptura. Luego encuentra el ángulo máximo θ en grados formado por la mitad superior articulada con la vertical.

Acercarse:

Dejar w ser la velocidad angular

Utilice la conservación de la energía para obtener w 1 = ( 3 gramo / yo ) 1 / 2

Ahora, como no hay un par externo que actúe cuando la barra está vertical, se debe conservar el momento angular (según yo).

Entonces w 2 = 8 w 1 ( I w = C o norte s t )

Utilice la conservación de energía de nuevo.

Obtenemos C o s ( θ ) = 3 lo cual definitivamente no es correcto

Sin embargo, si asumimos que la velocidad angular no cambia, aterrizaremos en la respuesta que es 60 °

Solo necesito una razón para que la velocidad angular no cambie, sé cómo proceder.

PD: Perdón por el mal formato, soy nuevo aquí.

"Ahora, como no hay un par externo que actúe cuando la barra está vertical, el momento angular debe conservarse (según yo)". ¿Momento angular de QUÉ? La pieza rota no se detiene en seco; sale volando horizontalmente en una trayectoria parabólica...

Respuestas (2)

Consideremos una situación análoga para el movimiento lineal. Supongamos que dos trenes están acoplados y van a la misma velocidad, sin fuerza neta sobre ellos. De repente se desacoplan de tal manera que no se ejerce ninguna fuerza entre ellos. Entonces, las velocidades de los trenes no cambiarán justo después del desacoplamiento, ya que la fuerza neta sobre ellos era cero.

De manera similar, considere la mitad superior de la varilla. En posición vertical no hay torque debido a la gravedad. Dado que las mitades de la barra no se aplican ninguna fuerza entre sí durante la separación, el par de torsión neto en la mitad superior de la barra será cero. Por lo tanto, su momento angular (por lo tanto, la velocidad angular) no cambiará.

En su solución, se perdió el hecho de que el extremo inferior de la barra también tiene algo de momento angular y lo retendrá después de la separación. El momento angular del extremo superior permanecerá constante antes y después de la separación.

De manera similar, la cantidad de movimiento lineal de cada tren se conservará después del desacoplamiento (no es que la cantidad de movimiento total de los dos trenes se transfiera a un solo tren)

Considere un bailarín de ballet que gira con los brazos estirados inicialmente. Ahora, si los brazos se acercan, la velocidad angular aumenta debido a la disminución del momento de inercia, aunque no actúa un par neto. Aquí es donde comenzó la confusión.
Esto se debe a que el momento de inercia disminuye y el momento angular permanece constante, por lo que la velocidad angular debe aumentar. Pero si los brazos simplemente se separaran del cuerpo (sin ninguna fuerza entre el cuerpo y el brazo durante la separación) no habría cambio en la velocidad angular.
@Mathboi La mitad inferior de la barra retendrá su momento angular después de la separación (ya que no tenía torque) y no lo transferirá a la mitad superior.

L = longitud original de la varilla

Θ = ángulo sobre la vertical que recorre la varilla (L/2)

w = velocidad angular en el punto vertical

H = la cantidad que cae el CM de la barra completa para volverse vertical (= L/2)

h = altura a la que se eleva la pieza corta CM desde la vertical para alcanzar el ángulo Θ (h = (L/4)*(1 - cosΘ))

m = masa de la barra llena

Yo = mL²/3

KE = PE → ½Iw² = mgH → mL²w²/6 = mg(L/2) o w² = 3g/L

Usando la misma ecuación de energía para la pieza corta y observando que I = mL²/24,

½(mL²/24)(3g/L) = (m/2) g h = (m/2)g(L/4)(1 - cosΘ) que se simplifica a

cosΘ = 0,5

Θ = 60°

Esta misma solución está en todo Internet. Pero, ¿por qué no cambia la velocidad angular?
Porque una parte de la AM que está tratando de conservar se está alejando con el trozo de varilla rota en su trayectoria parabólica...