1
Nivel
Segundo ciclo
Dificultad
8
 
Categoría
Mecánica lagrangiana

Una varilla de longitud se encuentra fija por un extremo a un eje vertical. La varilla gira con velocidad angular alrededor de dicho eje. Determine el ángulo que la varilla forma con el eje.

Solución disponible
José Adrián C M
 

Figura 1.

Posición del CM: si la varilla es uniforme

(1)

siendo

Derivando

(2)

Luego con lo que:

(3)

Si definimos unos ejes para que formen el sistema cuerpo de la forma


Figura 2.

de la definición de tensor de inercia:

(4)

nos queda

(5)

En el sistema que hemos definido (que gira junto al cuerpo) el vector de la velocidad angular esta siempre en el plano -, i.e. no tiene componente en el eje . Si descomponemos:

(6)

Además,

(7)

Para la energía potencial:

(8)

Así,

(9)

De las ecuaciones de Lagrange para

(10)

Imponiendo la condición de equilibrio nos queda:

(11)
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