Fuerzas sobre un cono rodante sobre una superficie plana

Se me ocurrió una pregunta mientras estudiaba mecánica de rodadura pura. Considere un cono hueco sobre una superficie plana con su lado curvo sobre el piso. Al aplicar un impulso sobre el cono en el lado curvo, cerca del centro de masa del cono, se observa que el cono sufre un rodamiento puro mientras él mismo gira alrededor de su vértice. Mi pregunta es por qué el centro de masa experimenta un movimiento circular incluso después del impulso si aparentemente no hay fuerza actuando sobre el cono. Sé que no hay fricción presente después del impulso porque la fuerza de fricción actúa solo cuando hay una fuerza neta sobre la masa y en esto no hay nada como tensión o algo que proporcione fuerza centrípeta.

EDITAR: el cono parece experimentar esta fuerza solo cuando el centro de masa tiene un movimiento relativo y eso significa que la fuerza podría depender de la velocidad. Pero sabemos que ni la fuerza gravitatoria ni la fricción estática dependen de la velocidad. Así que podría haber alguna otra fuerza actuando.

Respuestas (1)

Se observa experimentalmente que el cono se mueve en una trayectoria circular alrededor de su vértice. También se sabe que cualquier objeto que se mueva en una trayectoria circular debe tener una fuerza que actúe sobre él hacia el centro. Esto es suficiente para concluir que definitivamente hay una fuerza que actúa sobre el centro de masa del cono que apunta hacia el centro.

Ahora, ¿qué podría ser esta fuerza? Veamos cómo surge realmente esta fuerza. Un cono tiene la tendencia natural a moverse en forma circular como usted ha descrito, ya que es una propiedad de su forma y también el hecho de que varios anillos en diferentes longitudes a lo largo del eje tienen diferentes circunferencias y, por lo tanto, cubrirán diferentes distancias cuando se ruedan. Ahora, esta tendencia natural del cono hace que la fricción estática entre en escena. Es la fricción estática la que actúa hacia adentro para asegurarse de que el cono ejecute su movimiento circular esperado. ¿Por qué la fuerza es fricción estática? Porque la falta de tal fuerza haría que el cono rodara en línea recta, lo que provocaría que rozara el suelo.

Pero, ¿qué pasa con el hecho de que la fuerza de fricción estática solo se aplica cuando el objeto está en reposo con respecto a la superficie?
Es reposo con respecto a la superficie. No hay deslizamiento en la línea de contacto entre el cono y el suelo.
Ok, entonces la ley establece esto solo para el movimiento de deslizamiento relativo de las superficies. Pero también sabemos que la fuerza de fricción estática es directamente proporcional a la fuerza neta aplicada, entonces, ¿cómo es que se aplica sobre el objeto?
El cono presiona contra el piso mientras trata de rodar. La fricción estática surge para contrarrestarla.
¿Puede proporcionar un sitio web o una fuente que analice la dinámica de un cono rodante? Busqué en la web pero solo encontré información sobre su cinemática. No puedo visualizar cómo actúa la fuerza de fricción hacia el vértice. Si puedo ver un FBD sería muy bueno.
@user42819 Coloque un bloque en un plato giratorio tosco. El bloque gira en círculo, pero no se desliza sobre la plataforma giratoria. ¿Qué fuerza lo mantiene moviéndose en un círculo?
Debería ser la fuerza de fricción la que debería proporcionar la fuerza centrípeta, pero no puedo entender por qué no actúa para oponerse a la tendencia del movimiento relativo (tangencialmente).
A menos que cambie la velocidad angular de rotación, la tendencia del movimiento relativo es inicialmente radial (hacia afuera). Esto se atribuye a la fuerza centrífuga ficticia. Solo hay una componente tangencial de movimiento relativo después de que el bloque ha comenzado a moverse hacia afuera. Mantiene la misma velocidad tangencial a medida que se mueve hacia afuera y, por lo tanto, tiene una velocidad angular menor que la del plato giratorio. Esta tendencia a moverse lateralmente en relación con la plataforma giratoria cuando el objeto se mueve radialmente se atribuye a la Fuerza de Coriolis ficticia.
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