Revisión del 10:22 3 nov 2023 de Pedro(discusión | contribs.)(Página creada con «= Enunciado = right Una barra de masa <math>m</math> y longitud 4h (sólido "2") está articulada en un extremo (punto <math>A</math>) en un pasador que puede deslizar sobre el eje fijo <math>OY_1</math>. El otro extremo de la barra se apoya en un apoyo vertical, de modo que el punto <math>C</math> de la barra puede deslizar sin rozamiento sobre el apoyo. Un muelle de constante elástica <math>k</math> y longitud nat…»)
Una barra de masa y longitud 4h (sólido "2") está articulada en un extremo (punto ) en un pasador
que puede deslizar sobre el eje fijo . El otro extremo de la barra se apoya en un apoyo vertical, de modo
que el punto de la barra puede deslizar sin rozamiento sobre el apoyo. Un muelle de constante elástica
y longitud natural conecta el extremo de la barra con el punto . La gravedad actúa como
se indica en la figura.
Encuentra la reducción cinemática del movimiento {21} expresada en la base del sólido "1" y en función de las coordenadas y sus derivadas temporales. ¿Como es la ligadura cinemática que relaciona estas coordenadas?
Calcula las siguientes magnitudes cinéticas del sólido "2": , , , . Expresa los resultados usando las coordenadas y sus derivadas temporales.
Supongamos que la función de Lagrange y el vínculo cinemático tienen esta forma ( , , , y son constantes dadas)
Aplicando la técnica de los multiplicadores de Lagrange, encuentra las ecuaciones de movimiento.
Solución
Reducción cinemática
Observando el dibujo vemos que
Al ser un movimiento plano el vector rotación sólo tiene componente en el eje .
La barra desliza sobre el apoyo vertical en . Esto implica que debe ser paralela a la propia barra
Así pues el sistema tiene un grado de libertad.
Aplicamos Chasles para encontrar la expresión matemática del vínculo
Aplicamos la ligadura en
Otra forma de llegar a esta ligadura es de forma geométrica. Observando el dibujo vemos que
Derivando respecto al tiempo obtenemos la ligadura cinemática anterior.
Cinética
Cantidad de movimiento
La velocidad del centro de masas de la barra es
Y la cantidad de movimiento es
Momento angular en el centro de masas
Como es un movimiento plano y es el centro de masas de la barra podemos usar la expresión
Energía cinética
La calculamos pasando por el centro de masas. Al ser un movimiento plano
Energía potencial
La energía potencial elástica del muelle es
La energía potencial gravitatoria es (tomando como referencia la altura del eje )
La energía potencial total es
Multiplicadores de Lagrange
Siguiendo el enunciado suponemos que la función de Lagrange y el vínculo cinemático son
Como hay un vínculo cinemático hay que introducir un multiplicador de Lagrange. De este modo podemos seguir trabajando con las coordenadas , aunque el sistema tenga sólo un grado de libertad. Las ecuaciones de Lagrange son como sigue