¿Tensión acercándose al infinito?

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He estado tratando de resolver esta suma, donde tienes que encontrar la tensión en función del ángulo. θ . Las tres masas están sobre una superficie sin fricción y a la del medio se le da una velocidad inicial tu . Es un problema bastante largo, pero hay una cosa en mi proceso de la que no estoy seguro.

Que las masas sean metro 1 , metro 2 y metro 3 de izquierda a derecha. la fuerza sobre metro 2 será 2 T porque θ . Mirando a metro 1 en el marco de referencia de metro 2 , tendrá cierta velocidad v perpendicular a la cuerda. Junto con la fuerza de tracción, también habrá una pseudo fuerza 2 T porque θ en la dirección hacia abajo. Así, tomando la componente de la pseudo fuerza en dirección radial, y escribiendo la ecuación para la aceleración centrípeta, obtengo:

metro v 2 yo = T 2 T porque 2 θ

T = metro v 2 yo porque 2 θ

Pero de acuerdo con esta ecuación, una vez que el ángulo se reduce a 45 , la tensión se aproximará al infinito. ¿Qué hice mal?

¿Qué tal mostrar dónde obtuviste el cos (2θ)?
@RWBird He editado la pregunta para incluir la derivación
Necesitas mostrar en qué dirección estás escribiendo las fuerzas.
"tangencial a la cuerda" seguro que la velocidad no es tangencial
La velocidad tiene que ser tangencial para que la longitud de la cuerda permanezca constante, lo cual se supone. Tenga en cuenta que las ecuaciones están escritas en el marco de referencia de la masa central, lo que significa que se supone que es estacionaria. Por eso, la velocidad de solo puede ser tangencial.
Bueno, pensando en una barra inclinada, como la que se desliza sobre la pared, ¿es tangencial su velocidad en la parte donde está unida a la pared? Sin embargo, la vara conserva la longitud. No creo que sea completamente tangencial.
No porque ambos extremos se están moviendo. Aquí, un extremo de la cuerda está fijo, ya que el marco de referencia está fijo a la masa central. Para mantener la longitud de la cuerda, la otra masa no puede tener ninguna velocidad paralela a la cuerda.
No tiene velocidad paralela a la cuerda, sin embargo, no es tangencial ni perpendicular a la cuerda. La velocidad forma un ángulo con la cuerda.
¿Es la "u" una velocidad inicial o una velocidad constante dada (mantenida por una fuerza externa)?
¿Están estas cosas deslizándose sobre una superficie horizontal sin fricción?
Trabajando a través de las ecuaciones obtengo una singularidad en θ = π / 3 . Muy interesante.
@RWBird, tu es una velocidad inicial. Debería haberlo mencionado en la pregunta.

Respuestas (3)

Junto con la fuerza de tracción, también habrá una pseudo fuerza 2 T porque θ en la dirección hacia abajo.

Desde el marco de referencia del observador, la fuerza neta que actúa sobre metro 2 la masa es 2 T porque θ en la dirección hacia abajo . Por tanto, la aceleración del bloque será 2 T porque θ metro en la dirección hacia abajo . La pseudo fuerza que actúa sobre metro 1 será 2 T porque θ en dirección hacia arriba desde el marco de referencia de metro 2 , y la componente radial de la fuerza neta será T ( 1 + 2 porque 2 θ ) en lugar de T ( 1 2 porque 2 θ ) .

T es un valor absoluto de una fuerza de tracción. Esta cantidad no puede ser negativa. Por lo tanto, su última fórmula no puede ser correcta.

Junto con la fuerza de tracción, también habrá una pseudo fuerza 2 T porque θ en la dirección hacia abajo.

En realidad, una pseudo fuerza 2 T porque θ se dirige hacia arriba. Por lo tanto, la forma correcta de su segunda ecuación es

metro v 2 yo = T + 2 T porque 2 θ

Ohh cierto, aparentemente cometí un error muy idiota. ¡Gracias por mencionarlo!

Dada, u, como velocidad inicial, podemos suponer que no hay fuerzas externas. El momento y la energía se conservan. La conservación del momento da la velocidad del centro de masa como u/3. Al combinar esto con la geometría del sistema, se obtienen las componentes x e y de la posición de cada una de las masas en términos de θ y t (tomando el eje y en la dirección de u). Tomando derivadas se obtienen los componentes de la velocidad. La aplicación de la conservación de la energía al marco fijo o al centro de masa produce: ω 2 = [ ( tu 2 ) / ( L 2 ) ] / [ 3 2 ( s i norte 2 θ ) ] . (Donde ω = dθ/dt). Usando L ω 2 como la aceleración centrípeta en el metro 2 El sistema permite encontrar T en función de θ y u.