Plano inclinado sin rozamiento 11

 

PLANO INCL SIN ROZAM 11, 1

Determina la aceleración que debería tener el plano inclinado de la figura para que el bloque se mantenga inmóvil sobre él. El plano inclinado es liso y su ángulo es α.

 

 

Solución:

Evidentemente el plano deberá moverse horizontalmente hacia la derecha con aceleración. El bloque, que se mantiene inmóvil respecto al plano, también se moverá horizontalmente con la misma aceleración.

PLANO INCL SIN ROZAM 11, 2

Puesto que el bloque se mueve horizontalmente hay que tomar un eje horizontal y el otro vertical. (No se toma un eje paralelo al plano y otro normal como nos pide el cuerpo)

Fuerzas que intervienen:

PLANO INCL SIN ROZAM 11, 3

Descomposición de las fuerzas:

PLANO INCL SIN ROZAM 11, 4

Los ángulos α son iguales por tener sus lados perpendiculares entre si.

Aplicación:

PLANO INCL SIN ROZAM 11, 5

Según la anterior figura:

N cos α = m g

N sen α = m a

N sen α/N cos α = m a/m g

sen α/cos α = a/g

a = g tg α

 

 

 

Plano inclinado sin rozamiento 10

 

Un cuerpo cae por un plano inclinado, deslizándose sin rozamiento. Determina la inclinación del plano sabiendo que el cuerpo tarda en llegar al suelo, el doble de lo que tardaría si cayera libremente desde el mismo punto de partida.

 

 

Solución:

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 1

El tiempo, t1, que tarda el cuerpo en llegar al suelo en caída libre, es el doble que el tiempo, t2, que tarda en bajar deslizándose por el plano inclinado, es decir: t2 = 2 t1. 

Tiempo invertido en la caída vertical:

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 2

Ecuación del movimiento:

y = 0 – (1/2) g t12 t12 = –2 y/g

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 3

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 4

Cuando llega al suelo y = –h, sustituyendo en la expresión anterior:

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 5

Tiempo invertido en el descenso por el plano inclinado:

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 6

Tiempo invertido en el descenso por el plano inclinado:

Ecuación del movimiento:

x2 = (1/2) a t22

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 7

Cuando llega al suelo, x2 = L, siendo L la longitud el plano inclinado. Sustituyendo en la expresión anterior:

L = (1/2) a t22 t22 = 2 L/a

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 8

Cálculo de la aceleración.

Fuerzas que intervienen:

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 9

Evidentemente, la única posibilidad de movimiento es que el bloque baje.     

Descomposición de las fuerzas:

PLANO INCL CON ROZAM 05,2

Los ángulos α son iguales por tener sus lados perpendiculares.

Aplicación:

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 10

Fuerzas normales:

N – m g cos α = 0  N = m g cos α

Fuerzas tangenciales:

m g sen α = m a  g sen α = a

Sustituyendo  en la ecuación de t2:

PLANO INCL SIN ROZAM 10, 11

Evidentemente, los ángulos descartados no pueden ser los de un plano inclinado.

 

 

Plano inclinado sin rozamiento 09

 

Un bloque de 20 kg se encuentra en reposo sobre un plano liso, inclinado 45º sobre la horizontal. Calcula su aceleración cuando se le aplique una fuerza paralela al plano hacia arriba de valor:

a)  200 N.

b)  100 N.

 

 

Solución:

Datos: m = 20 kg: a = 45º

Fuerzas que intervienen:

PLANO INCL SIN ROZAM 09, 1

Descomposición de las fuerzas:

PLANO INCL SIN ROZAM 09, 2

Fuerzas normales:

N – P cosa = 0

Fuerzas tangenciales:

F – P sena = m a

a)  Dato: F = 200 N

Aplicando la segunda expresión:

a = (F – m g sena)/m

PLANO INCL SIN ROZAM 09, 3

El bloque sube con una aceleración de 3,07 m/s2.

b)  Datos: F = 100 N

PLANO INCL SIN ROZAM 09, 4

El bloque baja (el signo negativo lo indica) con una aceleración de 1,93 m/s2.

 

 

 

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