Problema di meccanica: molla e conservazione quantità di moto

Messaggioda DinoComo » 09/02/2018, 15:31

Buongiorno a tutti, esercitandomi per un esame di fisica sono incappato in un problema la cui risoluzione, trovata da me, è probabilmente sbagliata (confrontandola con il metodo di risoluzione utilizzato dal professore). Il problema è che non riesco a capire in quale punto la mia risoluzione risulti fallace (o miracolosamente esatta e quindi molto più semplice di quella proposta dal professore, ma ne dubito.)
Problema:
Si ha una molla ideale con costante k, lunghezza a riposo $ z_0 $ e $ z_e $ lunghezza di equilibrio con la massa m1 appoggiata.
Se una massa m2, inizialmente posta a una distanza h sopra m1 (quest’ultima ferma nella posizione di equilibrio), è fatta cadere sulla massa m1 e rimane attaccata ad essa, c) si determini l’altezza massima $ z_max $ a cui m1+m2 arrivano quando la molla si allunga nuovamente e lancia le due masse verso l’alto (supponendo che la molla si possa staccare dal piano orizzontale).
Immagine:
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Immagine

Risoluzione ottenuta da me:
Utilizzo la conservazione della quantità di moto : $ m_2*V_2 = (m_1 + m_2)*V_12 $ ----> $ V_12 = (m_2*(2*g*h)^(1/2))/(m_1+m_2) $ in cui $ (2*g*h)^(1/2) = V_2 $ dalla conservazione dell'energia meccanica.
Ora considerando che abbiamo la velocià della due mazze all'"impatto" con la molla e sapendo che la forza elastica è una forza conservativa tale sarà anche la velocità di uscita dalla molla all'altezza $ z_e $ e quindi grazie alla conservazione dell'energia meccanica si può calcolare l'altezza h' raggiunta: $ h' = (((m_2)^2)*2*h)/(2*(m_1+m_2)^2) $ alla quale va poi aggiunta l'altezza $ z_e $ per ottenere l'altezza dal suolo.
Risoluzione del professore che ha ideato l'esercizio:
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All'inizio credevo fosse solo una differenza di risultato data dal diverso sistema di riferimento usato (Io considero l'altezza $ z_e $ come punto 0 dell'energia potenziale del peso ) ma, data la presenza della costante elastica della molla nella sua soluzione, deduco che non sia così.
Vi ringrazio in anticipo per l'impegno nel trovare un modo per aiutarmi a comprendere cosa non sto considerando (erroneamente) e che non riesco a dedurre dalla soluzione presentata. Grazie :D
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Re: Problema di meccanica: molla e conservazione quantità di moto

Messaggioda professorkappa » 09/02/2018, 16:07

Il tuo ragionamento va bene. Come mantieni l'energia meccanica tra il momento in cui le masse ripassano della posizione molla in equilibrio al momento in cui l energia cinetica e' nulla? Forse sbagli I calcoli li?
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Re: Problema di meccanica: molla e conservazione quantità di moto

Messaggioda DinoComo » 09/02/2018, 16:28

professorkappa ha scritto:Il tuo ragionamento va bene. Come mantieni l'energia meccanica tra il momento in cui le masse ripassano della posizione molla in equilibrio al momento in cui l energia cinetica e' nulla? Forse sbagli I calcoli li?

Considero che le due masse ripartono con energia cinetica pari a $ frac(1)(2)(m_1+m_2)*(V_12)^2 $ ( $ V_12 $ trovata in precedenza) e uguagliandola ad $ m*g*h' $ trovo h', cioè l'altezza non dal suolo ma dalla posizione di equilibrio della molla con la massa $ m_1 $ appoggiata: $ z_e $, che è anche la posizione di "impatto" con la molla.
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Re: Problema di meccanica: molla e conservazione quantità di moto

Messaggioda professorkappa » 09/02/2018, 16:51

Ah.
E no, devi considerare anche l'energia potenziale posseduta dalla molla: la molla, dal momento della ripartenza, a quello in cui va a riposo, fa lavoro.
E non e' mgh'. E' (m1+m2)gh'
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Re: Problema di meccanica: molla e conservazione quantità di moto

Messaggioda DinoComo » 09/02/2018, 17:28

professorkappa ha scritto:Ah.
E no, devi considerare anche l'energia potenziale posseduta dalla molla: la molla, dal momento della ripartenza, a quello in cui va a riposo, fa lavoro.
E non e' mgh'. E' (m1+m2)gh'

Certo, scusa ho sbagliato a scrivere per quanto riguarda l'energia potenziale. Provo ora a risolvere considerando l'energia potenziale "immagazzinata" nella compressione $ z_0 -z_e $ .
Conservazione dell'energia: $ frac (1)(2)*(m_1+m_2)*(V_12)^2 + frac (1)(2)*k*(z_0-z_e)^2 = (m_1+m_2)*g*h' $
Da cui $ h' = ((m_1+m_2)*(V_12)^2 + k (z_0-z_e)^2)/(2*(m_1+m_2)*g) $ .
Sostituendo poi $ V_12 $ con $ m_2*(2*g*h)^(1/2)/(m_1+m_2) $
Trovo $ h' = ((m_2)^2*h)/(m_1+m_2)^2 + (k*(z_0-z_e)^2)/(2*(m_1+m_2)*g) $ .
A questo punto la differenza con la risoluzione del professore potrebbe stare in un errore matematico, mio o suo, credo...
Grazie mille professorkappa :-D . Se qualcuno dovesse trovare l'errore lo dica :oops: .
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Re: Problema di meccanica: molla e conservazione quantità di moto

Messaggioda professorkappa » 09/02/2018, 17:50

Si, sicuramente una svista. D'altra parte, hai semplicemente fatto quello che ha fatto il professore!
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Re: Problema di meccanica: molla e conservazione quantità di moto

Messaggioda professorkappa » 09/02/2018, 17:54

Quella del professore e' sicuramente sbagliata.
A numeratore del secondo membro ha un lavoro $kx^$, quindi per avere uno spostamento a denominatore dovrebbe esserci una forza. Tu la hai (mg). Come minimo manca una g.

Non mi va, sinceramente, di riguardare altri calcoli :-)
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Re: Problema di meccanica: molla e conservazione quantità di moto

Messaggioda DinoComo » 09/02/2018, 18:03

professorkappa ha scritto:Quella del professore e' sicuramente sbagliata.
A numeratore del secondo membro ha un lavoro $kx^$, quindi per avere uno spostamento a denominatore dovrebbe esserci una forza. Tu la hai (mg). Come minimo manca una g.

Non mi va, sinceramente, di riguardare altri calcoli :-)

Vero, ora posso smettere di cercare di manipolare la mia soluzione per cercare di farla uscire uguale alla sua :smt023
Grazie mille professorkappa, gentilissimo. :-)
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