Podemos derivar fácilmente la expresión de tensión y velocidad para una partícula en movimiento circular vertical. Sabemos que en una cuerda la tensión se produce cuando el objeto sujeto tira de la cuerda alejándola del punto donde la cuerda está rígidamente unida.
Vemos que cuando es agudo, entonces hay un componente radial de que tira del objeto, que a su vez aleja la cuerda del centro del círculo. Así produce tensión en la cuerda. Pero cuando el ángulo es obtuso (como ), entonces vemos que la componente de también actúan radialmente hacia adentro, por lo que no hay nada que tire de la cuerda lejos del centro y también la velocidad es tangencial.
Entonces,
, cuando
Así que cuando
, entonces
en
Pero cuando
en
Si pensamos intuitivamente,
debiera ser
en absoluto
tal que
, independientemente de cualquier velocidad inicial mayor que
. porque en
, la componente radial de
,es decir,
también actúan hacia adentro, por lo que no hay nada que tire de la cuerda hacia afuera y solo esto
debe proporcionar la aceleración centrípeta.
podemos pensar
existir cuando
, cuando hay algún agente externo que sujeta la cuerda y le da al objeto un movimiento circular vertical tirando de la cuerda para proporcionar una aceleración centrípeta, pero si pensamos que la cuerda está unida al clavo, no debería haber ninguna tensión en
.
Por favor, ayúdenme a explicar intuitivamente por qué existe tensión en la cuerda en
cuando no hay nada que tire de la cuerda.
Tienes que entender cómo la cuerda afecta el movimiento de la partícula.
Imagine cortar la cuerda en un instante, por ejemplo, cuando el ángulo es obtuso. ¿Qué haría la partícula? Ya no se movería a lo largo del círculo. Más bien, seguiría una trayectoria parabólica (debido únicamente a la gravedad) que es tangente al círculo en el punto en el que se encontraba la partícula cuando se cortó la cuerda.
Si la partícula va lo suficientemente rápido, esta parábola alejaría a la partícula del centro al que está unida la cuerda. Esto significa que, sin la cuerda, la partícula se alejaría del centro del movimiento circular. La cuerda "quiere" mantener invariable su longitud, por lo que impide que la partícula se aleje del centro, y lo hace por medio de la tensión. Es este movimiento "natural" de la partícula que se aleja del centro lo que mantiene la cuerda bajo tensión.
Por otro lado, si el movimiento de la partícula no es lo suficientemente rápido, la parábola no alejará a la partícula del centro. Así que no hay necesidad de tensión en la cuerda. En este escenario, la partícula simplemente sigue la parábola, incluso si hay una cuerda, y "cae" con respecto a la trayectoria circular (esto puede ocurrir solo durante la parte de la trayectoria donde el ángulo es obtuso).
Esta es la razón por la que la partícula tiene que ser más rápida que una velocidad mínima para completar un ciclo completo.
Yejus
manú
Yejus
manú
manú
Yejus
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