Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda NoSignal » 17/11/2017, 18:07

Oggi a lezione abbiamo visto un'applicazione del teorema di conservazione dell'energia meccanica: il giro della morte.
Ciò che non comprendo è come considerazioni di tipo energetico siano sufficienti a dimostrare che il corpo effettivamente riuscirà a compiere il giro della morte. Che il teorema mi fornisca condizioni necessarie è chiaro, ma come dimostro che tali condizioni siano anche sufficienti?

Ad esempio:

Si consideri un corpo vincolato a muoversi su un binario privo di attrito che descrive la traiettoria classi del giro della morte.
La circonferenza descritta dal binario ha raggio $R$.
Il corpo è lasciato scivolare sul binario da una quota $h$ da suolo, quindi con velocità iniziale nulla.
Dato che le forze vincolari della guida non producono lavoro, l'unica forza che produce lavoro è la gravità che è conservativa e quindi vale il teorema di conservazione dell'energia meccanica.
Dato che voglio far arrivare il corpo al punto più alto della circonferenza che sarà ad una quota $2R$ dal suolo, si evince, per la conservazione dell'energia meccanica, che deve essere almeno $h$=$2R$.
Quindi come condizione necessaria affinché il corpo raggiunga il punto più alto della circonferenza è che parta da una quota $2R$ dal suolo.

Come dimostro che questa condizione sia anche sufficiente?
Probabilmente la questione è banale, ma dannazione mi sfugge! :smt012
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda MementoMori » 17/11/2017, 18:30

Supponi che non sia sufficiente: allora il corpo non riesce a fare il giro della morte quindi avrá velocitá nulla prima di arrivare all'altezza $ 2R $ ma quindi non si conserva l'energia. Però non essendoci forze non conservative che compiano lavoro questo non è possibile quindi è anche condizione sufficiente.
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda Vulplasir » 17/11/2017, 18:31

Infatti non è affatto sufficiente...mementomori chiaramente ci ha capito poco.
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda MementoMori » 17/11/2017, 18:39

Se il corpo è vincolato sulla guida è sufficiente altrimenti no chiaramente.
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda Vulplasir » 17/11/2017, 18:55

Beh certo...ma un giro della morte vincolato non ha nessun senso, ma chi inventa certi problemi
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda NoSignal » 17/11/2017, 19:15

MementoMori ha scritto:Supponi che non sia sufficiente: allora il corpo non riesce a fare il giro della morte quindi avrá velocitá nulla prima di arrivare all'altezza $ 2R $ ma quindi non si conserva l'energia. Però non essendoci forze non conservative che compiano lavoro questo non è possibile quindi è anche condizione sufficiente.


Va bene mi è chiaro.
Ho un altro dubbio: nel caso di vincolo unilaterale, affinché il corpo arrivi nel punto più alto sulla circonferenza senza cadere giù ma continuando a percorrere la restante semicirconferenza è necessaria una certa quota.

Come posso dedurre che il corpo percorrerà effettivamente il binario anzichè staccarsi da esso prima di arrivare?
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda professorkappa » 17/11/2017, 19:22

Basta farlo arrivare con sufficiente velocita' nel punto piu' alto....e qual e' questa velocita', secondo te?
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda NoSignal » 18/11/2017, 10:32

la velocità deve essere tale da bilanciare almeno la forza peso, che deve essere centripeta nel punto più alto, quindi deve essere $mg=mv^2/R$ da cui $v=\sqrt(Rg)$, ma ciò che non capisco è cosa mi garantisce che il corpo non si staccherà prima dal binario.
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda professorkappa » 18/11/2017, 12:32

Perche il punto piu in alto e quello in cui la forza centrifuga e' minima e la componente cetripeta della forza peso e' massima. Se non si stacca li, non si stacca da nessuna parte.
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Re: Chiarimento Teorema Conservazione Energia

Messaggioda Shackle » 18/11/2017, 14:50

Fai attenzione.
Immaginiamo di avere una guida liscia, costituita da un tratto iniziale di forma qualsiasi ( la guida è liscia, il campo gravitazionale è conservativo , non c'è perdita energia: la forma della guida nel primo tratto non ha importanza) , che ad un certo punto si raccorda con una guida circolare , sempre liscia , di raggio $R$ , posta nel piano verticale . Il vincolo è unilaterale.

L'altezza $h_0$ del punto iniziale in cui lasci andare la massa $m$ senza velocità non può esser uguale a : $h_0 = 2R$ , come hai scritto nel primo post. Guarda questo esercizio . Si vede che , affinché $m$ arrivi nel punto più alto della curva circolare , che si trova a $2R$ dal punto più basso, con la minima velocità richiesta perché $m$ non si stacchi : $v = sqrt(gR)$ , l'altezza di partenza deve essere :

$h_0 = 2.5R $

Del resto, senza fare conti : se fosse $h_0 = 2R$ , il punto mobile ritornerebbe alla stesa altezza di partenza con energia cinetica nulla e quindi velocità nulla , cosí com'è partita , e questo per il principio di conservazione dell'energia .
Invece, noi vogliamo che $m$ arrivi nel punto più alto del tratto circolare con una velocità ben maggiore, cioè con la velocità che assicura almeno l'uguaglianza tra forza centripeta e forza di gravità :

$mv^2/R = mg \rightarrow v = sqrt(gR)$

perciò , in conclusione , l'altezza di partenza deve essere $h_0 = 2.5 R$ .
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