Transferencia entre KE traslativa y KE rotacional en un cuerpo rígido
Evolvente
Me inspiré en algunos cañones de ciencia ficción que parecen funcionar girando inicialmente un proyectil dentro del cañón y luego disparando repentinamente el proyectil a alta velocidad. Ahora, me pregunto si es posible que tal cañón funcione de manera práctica.
Entonces, desde el punto de vista de la energía, parece que este cañón hipotético es capaz de realizar un trabajo sobre este proyectil haciéndolo girar usando un par, y este trabajo aumenta la KE rotacional.
Entonces, hay un proceso desconocido que causa la transferencia de KE rotacional a KE traslativa, lo que hace que el proyectil salga volando con una velocidad particular.
Parecería que la función de girar hacia arriba del cañón sería una forma interesante de tener la KE de la bala de cañón almacenada y lista para disparar. Sin embargo, aunque la KE traslativa y la KE rotacional son ambas KE, el mismo tipo de energía, parece que se necesita hacer un trabajo adicional para transferir entre ambos tipos de KE. Para hacer esto, al aplicar el principio de superposición, parece que necesitarías combinar los efectos de deshacer el giro con un par inverso y luego aplicar una fuerza, en la dirección del disparo del cañón, en un corto espacio de tiempo. . ¿No parece ineficiente este aparente retroceso en la realización del trabajo, que hace que el giro del proyectil sea un desperdicio de recursos? ¿Existen mecanismos reales y prácticos que funcionen especialmente bien para convertir la KE rotacional en KE traslativa?
En resumen, ¿puede haber algún sentido práctico en un cañón que inicialmente hace girar sus proyectiles?
Respuestas (1)
Praneet Srivastava
En el mecanismo de disparo de su cañón, sería fácil construir algo para acelerar la bala de cañón, pero aún existe el hecho de que el centro de masa de la bala de cañón está en reposo con respecto al cañón. Si usas pólvora o cualquier otro mecanismo de disparo convencional, sería casi irrelevante si la bala del cañón giraba o no, porque se aceleraría a una velocidad dependiendo de la fuerza aplicada. De hecho, esto es cierto para las fuerzas electromagnéticas o de cualquier otro tipo (que podrías ver en una ciencia ficción). Digo casi porque una bala de cañón que gira entregaría más energía al descansar por completo. Hay algunas formas sencillas de convertir la energía cinética de rotación en la de traslación. Ellos son:
Fricción: Esta es sin duda la forma más fácil. Simplemente dejamos que la parte inferior de nuestro proyectil giratorio toque la parte inferior del cañón del cañón y lo dejamos rodar. Obviamente, es completamente poco práctico, y solo lo enumeré para estar completo.
Muelles o cuerdas: Esto es solo una idea. La energía rotacional, mediante el uso de cuerdas, posiblemente podría usarse para comprimir un resorte. Esto luego procedería a lanzar el mismo proyectil (o uno diferente). También podría usar un sistema de cuerdas elásticas para el mismo propósito.
3. Ranuras: Podríamos construir ranuras compatibles en el proyectil y el cañón del cañón. La bala de cañón deberá rehacerse en forma de misil para una mejor eficiencia. Después de cargar el proyectil en el cañón, de la misma manera que se empuja un tornillo hacia adelante al girarlo, debido a las ranuras, el proyectil se lanzará hacia adelante. Esto es mucho más práctico que las otras dos opciones.
Recuerde que incluso en un cañón futurista, uno necesitaría usar fuerzas de contracción o fuerza magnética electrostática. (A menos que desee disparar partículas subatómicas giratorias, en cuyo caso podría usar la Fuerza nuclear débil). Si usamos la fuerza magnética:
Hipotéticamente, podría tener una esfera masiva de metal fundido girando tan rápido que genera un campo magnético (como lo hace el núcleo de la Tierra). Si luego enrollamos alambres alrededor del cañón del cañón, y llevan suficiente corriente, la masa fundida se aceleraría. Esa sería un arma bastante letal.
La única aplicación práctica que se me ocurre es que los proyectiles puntiagudos giratorios, como los misiles, están más estabilizados aerodinámicamente que los no giratorios.
Confusión sobre la conservación de la energía al analizar este experimento
Marvin el marciano contra la Estrella de la Muerte: ¿cuánta energía necesitarán realmente para desintegrar la Tierra?
¿Por qué la energía cinética es un punto fijo de la transformación de Legendre?
¿Por qué la fuerza de fricción no realiza trabajo sobre el automóvil?
¿Se necesita energía para mover algo en un círculo?
Sistema de resorte giratorio: ¿Es correcta mi intuición?
Un cuerpo gira en el aire y se deja caer lentamente sobre el suelo.
¿Por qué necesitamos la cantidad de impulso?
¿Es correcta esta expresión para la energía cinética de un disco giratorio que gira alrededor de un segundo eje?
Varilla giratoria Como un péndulo cónico
Pablo
Gautham
Josué Lin