Un cuerpo gira en el aire y se deja caer lentamente sobre el suelo.

Cuando un cuerpo gira con velocidad angular constante ω y se deja caer al suelo, la fricción debe actuar como en la imagen de abajoingrese la descripción de la imagen aquí

Ahora, debido a la fricción, el centro de masa debe acelerar hacia adelante y el cuerpo debe continuar moviéndose hacia adelante hasta que la fricción deje de actuar cuando la velocidad del punto de contacto es 0. Por lo tanto, el cuerpo debe continuar moviéndose hacia adelante hasta el infinito.

Pero cuando pruebo este experimento con un bolígrafo, el bolígrafo se detiene después de un tiempo, lo que parece contradecir lo que creo que debería suceder. ¿Dónde estoy equivocado?

Respuestas (2)

Hay dos factores que no has considerado:

  1. Si la superficie no es perfectamente plana, las protuberancias, las crestas y otras cosas (suciedad, etc.) tendrán interacciones no horizontales con el cilindro, ejerciendo un par de torsión en el cilindro sobre el eje de rotación opuesto a la velocidad angular. Si bien es similar a la resistencia del aire (colisiones con moléculas), creo que este será un efecto mucho mayor. Trate de pasar una barra por la alfombra (muchas protuberancias y crestas) en lugar de un piso de linóleo o vinilo plano.

  2. Si la superficie no está perfectamente nivelada, la gravedad generará un par que podría detener (o acelerar) el movimiento angular.

También la resistencia del aire.

Cuando golpea el suelo por primera vez, si gira lo suficientemente rápido como para exceder el coeficiente de fricción estática, tendrá fricción cinética mientras se desliza. Esto comenzará a acelerar hacia adelante hasta que deje de patinar. Entonces tendrá fricción rodante (estática) con el suelo. También tendrá fricción por la resistencia del aire. Estas fricciones actuarán para desacelerar su rotación hasta que finalmente se detenga.

¿Cuál es la base de la suposición de que tendrá fricción cinética cuando golpee el suelo por primera vez? ¿Por qué no puede ser fricción estática?
@BobD ¿Se alcanzaría la velocidad horizontal máxima instantánea sin deslizamiento?
¿Por qué no puede? Siempre que no se exceda la fuerza de fricción estática máxima posible.
@BobD Respeto tu conocimiento, así que hice una edición. Supongo que en algunos casos la deformación del material podría mantener la fricción estática desde el momento del contacto. Gracias por tu contribución.
@BobD Tener fricción estática desde el momento del contacto implicaría que la velocidad horizontal de la pluma pasa de cero a algún valor distinto de cero instantáneamente . Para que no se resbale, el movimiento horizontal de la pluma debe coincidir con su movimiento de rotación. Si realmente no hay deslizamiento, eso indica que el movimiento horizontal adquiere la misma velocidad en el momento del contacto, lo que implica una aceleración y una fuerza de fricción infinitas.
@NuclearWang Buenos puntos.
@AdrianHoward, sé que esto es un poco tarde, pero la fricción estática debería producir un par en el sentido de las agujas del reloj que aumenta la velocidad angular mientras disminuye la velocidad del centro de masa. Pero no vemos un aumento en la velocidad angular mientras hacemos el experimento
@Get_RiGhT La fricción estática disminuye la velocidad angular y disminuye la velocidad del COM
@AdrianHoward Ambos no pueden suceder al mismo tiempo porque si la fricción estática actúa hacia la izquierda, producirá un par que aumenta la velocidad angular
@Get_RiGhT Ambos deben suceder, la fuerza de fricción a la izquierda actúa contra el impulso de inercia de los cilindros a la derecha y se ralentiza.
Un cuerpo gira en el aire y se deja caer lentamente sobre el suelo.
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