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[Resuelto] P:4 - Ej. 11 de guia1 2do 2007 - Cinemática

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Creo que lo resolvieron en clase este cuatrimestre pero no estuve presente.
Entiendo que el radio no es constante y que por lo tanto debe haber un componente radial de la velocidad. Las dudas son: ¿Como debo entender el radio R para luego al derivarlo hallar V(t)? y ¿Qué representa x en la figura, lo mismo que el vector PL? .

Acá dejo el enunciado del ejercicio:

11 - Un faro que gira con velocidad angular constante w, proyecta su luz sobre una pantalla ubicada a una distancia d = OP (ver fig.).

a) Halle la velocidad lineal del punto luminoso sobre la pantalla en función de datos y de
x.
b) Calcule en función de datos y de x la velocidad angular del punto luminoso para un
observador situado a una distancia D = AP de la pantalla. (Sugerencia: haga este
cálculo usando trigonometría).
c) ¿Cómo debería ser la velocidad angular del faro para que el punto luminoso se mueva
con velocidad constante?

Saludos!

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aca va la resolucion, el movimiento del punto es unidimensional, todo pasa en el plano del dibujo y \(x\) es esa distancia que pusiste y es lo que tenes que derivara para encontrar la velocidad

a) Si llamas \(d\) a la distancia \(OP\) entonces \(x\) viene dado por \(x(t)=d.tg(\phi(t))\) (triangulo \(\triangle_{OPL}\)). despues derivas ambos miembros, el derecho usando la regla de la cadena, con respecto a \(t\) y llegas a \({\dot_{x}}=\frac{d}{cos^2(\phi)}.{\dot_{\phi}}\). usando la identidad \(1+tg^2(\phi)=\frac{1}{cos^2(\phi)}\) y el dato que\({\dot_{\phi}}=\omega\) es constante y la relacion entre \(x\) y \(\phi\) llegas a la expresion

$${\dot_{x}}=\omega.d.(1+\frac{x^2}{d^2})$$

b) si llamas \(r\) a la distancia \(AP\) y \(\theta\) al angulo entre \(AL\) y \(AP\) entonces \(d.tg(\phi(t))=x=r.tg(\theta(t))\) (triangulo \(\triangle_{OPL}\) y \(\triangle_{APL}\)) derivando la igualdad con rspecto a t llegas a:
\(\frac{d}{cos^2(\phi)}.{\dot_{\phi}}=\frac{r}{cos^2(\theta)}.{\dot_{\theta}}\) y usando la identidad trigonometrica de antes, y las relaciones trigonometricas entre \(x\) \(\phi\) y \({\theta}\) y despejando \(\dot_\theta\) de la ecuacion llegas a:

$${\dot_{\theta}}=\frac{\omega.d}{r}.\frac{(1+\frac{x^2}{d^2})}{(1+\frac{x^2}{r^2})}$$

c) usando la ecuacion de la parte a) \({\dot_{x}}=\frac{d}{cos^2(\phi)}.{\dot_{\phi}}\) para que el miembro izquierdo sea constante, el miembro derecho no tiene que depender del tiempo, y eso pasa solo si \(\frac{\dot_{\phi}}{cos^2(\phi)}.\) es constante y ademas igual a \(\frac{\dot_x}{d}\), entonces despejando llegas a que para que \(\dot_x\)sea constante se tiene que cumplir:

$${\dot_{\phi}}=\frac{\dot_x}{d}.cos^2(\phi)$$
donde \(\dot_x\) es constante, es un numero que no depende del tiempo

asi que \(sec^2(x) = (1/(cos(x)))^2 = 1+tan^2(x)\) mira vos jaja, algun dia me voy a aprender esas identidades trigonometricas, espero que rapido porque siempre traban 🙁 , me vino barbaro tu respuesta, gracias!

Editado 1 vez.

jaja todo bien

parece que sale de la nada pero fijate que si agarras la identidad \(sen^2(\phi)+cos^2(\phi)=1\) y dividis ambos miembros por \(cos^2(\phi)\) te queda la identidad esa.

uh re viejo este thread, a mi no me salio el punto c :p

Fijate que Joaquín explica como hacerlo.

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When the Prime Minister asked of a new discovery, 'What good is it?', Faraday replied, 'What good is a new-born baby?'