Considere una cuerda que cuelga del techo (masiva / sin masa irrelevante, supongo). Se establece un pulso de onda en la cuerda. Justo cuando el pulso de la onda comienza a propagarse en esta cuerda, se corta la parte superior de la cuerda y se deja que la cuerda caiga libremente.
¿Qué sucede con el pulso de onda?
Planteé esta pregunta como un problema de tarea para una clase de estudiantes de segundo año en Waves, pero luego me di cuenta de que probablemente no era tan simple como la respuesta ingenua que tenía.
Mi respuesta ingenua fue que, dado que no hay tensión en la cuerda una vez en caída libre (sin gravedad), la velocidad de las ondas transversales en la cuerda es 0, por lo tanto, el pulso se congelará en relación con la cuerda y caerá.
Mis colegas señalaron la conservación de la energía y el impulso. Uno de mis amigos llegó a la conclusión de que la cuerda debería hacer una extraña especie de espiral para conservar el momento y el momento angular en el centro del pulso.
Agradecería si alguien pudiera arrojar algo de luz sobre este problema.
Al menos al principio, no le sucederá nada inusual al pulso. Seguirá subiendo por la cuerda exactamente como si nunca se hubiera cortado, porque el mensaje de que la cuerda se ha cortado tarda un tiempo en descender hasta donde está la ola.
Durante este período inicial en el que el pulso aún no ha aprendido que la cuerda está cortada, el centro de masa de la cuerda aún debe acelerar hacia abajo en . La parte inferior de la cuerda no acelera en absoluto (excepto por el movimiento de las olas). Eso significa que la parte superior de la cuerda va más rápido a medida que acelera hacia abajo y alcanza la parte inferior. Por lo tanto, la cuerda tiende a enrollarse sobre sí misma.
Una vez que la parte que cae de la cuerda se encuentra con la ola que viaja hacia arriba, todas las apuestas están canceladas. Básicamente, solo tiene una cuerda que, vista en un marco de caída libre, se agita de manera salvaje y suelta con bastante energía, lo que sea que haya sido almacenado en la ola y en el estiramiento antes de ser cortado.
A partir de ahí, probablemente quieras simular o hacer un experimento. Mirando rápidamente, encontré un par de lindas simulaciones de cuerdas en línea, y probablemente puedas encontrar más si investigas un poco más.
kstar
Marcos Eichenlaub
kstar