Saludos mis estimados amigos de la comunidad de steemit acá les presento una practica para el entendimiento de la física en el look de las Montañas Rusas:
Fuerza centrípeta vertical
Descripción
Consiste en una guía formada por dos rieles de tubo metálico, la guía tiene una parte recta y otra que forma un rizo vertical. La parte recta se usa como un plano inclinado para acelerar una esfera de acero, la que debe recorrer el rizo sin desprenderse.
Foto: Alfonso Romero
Cámara: SONY
Lugar: Maracaibo, Estado Zulia
Objetivos
Entrenarse en el empleo del principio de conservación de la energía, y comprender y utilizar las propiedades del movimiento de rotación de un cuerpo rígido.
Teoría
Se determina la altura mínima h desde la cual hay que lanzar la esfera para que esta recorra todo el rizo sin desprenderse
Cuando esta condición se cumple, la velocidad crítica Vt de la esfera en la parte superior del rizo debe ser tal que la fuerza centrífuga resulte igual al peso de la esfera
Donde m es la masa de la esfera, despejando Vt
En el momento inicial la esfera solo tiene una energía potencial mgh. En el momento que la esfera pasa por la parte superior del rizo tiene tres tipos de energía:
El principio de conservación de la energía exige que:
Además
El momento de inercia de la esfera es
Reemplazando estos valores en la ultima ecuación y despejando h resulta:
También se puede calcular la velocidad Vb de la esfera en el momento de llegar a la parte inferior del rizo, utilizando el principio de conservación de la energía:
El valor de Vb se puede medir experimentalmente si se tiene en cuenta que la esfera se mueve a lo largo de la guía inclinada con un movimiento uniformemente acelerado con aceleración a, y velocidad inclinada nula. Si llamamos S a la distancia recorrida por la esfera hasta la parte inferior del rizo, y t al tiempo que tarda en recorrerla, se tiene:
Donde:
Usando nuestro riel simulador del look para realizar los cálculos tenemos:
S= 85cm
h medida es: h=49cm
t medido es: t=0,28seg
r=14,8
Vb=2.62 m/seg
acá les presento los valores calculados
h=40cm
Vb= 3.6 m/seg
cabe aclarar que en condiciones ideales, es decir, sin fricción de aire ni del riel la esfera aria el look soltándola de la misma altura del diámetro del circulo del look, en otras palabras:
h=2r
Foto: Alfonso Romero
Cámara: SONY
Lugar: Maracaibo, Estado Zulia
Referencias Bibliográficas Consultadas
Física Vol. I Mecánica. Marcelo Alonso, Edward J. Finn. Fondo Educativo Interamericano, S.A.
Física 1. PRINCIPIOS CON APLICACIONES. Giancoli, D. C. Pearson Educación de México, S.A. de C.V., 6ta edición.
Física. Tomo I. Raymond A. Serway. McGraw-Hill. 4ta edición.
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Nos seguimos leyendo en un próximo post.