Conservazione energia e quantità di moto
Alessio ed Edoardo indossano un'imbracatura che permette loro di stare appesi al soffitto grazie a delle funi. Inizialmente fermi uno di fronte all'altro, si spingono a vicenda. Alessio ha una massa di $120kg$, Edoardo ha una massa di $78kg$. Per effetto della spinta, Alessio sale di $0.64m$ rispetto alla sua posizione iniziale. Determina a quale altezza arriva Edoardo. [Soluzione: $h_E=1.8m$]
Io avevo pensato di utilizzare innanzitutto la conservazione dell'energia su Alessio trovando la velocità iniziale di Alessio: $$\frac{1}{2}m_Av_A^2=m_Agh_A \Rightarrow v_A=\sqrt{2gh_A}$$
In questo modo, sfruttando la conservazione della quantità di moto, ho trovato la velocità iniziale di Edoardo:
$$0=m_Av_A+m_Ev_E \Rightarrow v_E=-\frac{m_A}{m_E}v_A=-\frac{m_A}{m_E}\sqrt{2gh_A}$$
Infine ho utilizzato nuovamente la conservazione dell'enegia per trovare l'altezza raggiunta da Edoardo:
$$\frac{1}{2}m_Ev_E^2=m_Egh_E \Rightarrow h_E=\frac{v_E^2}{2g}=\frac{1}{2g}\Big(-\frac{m_A}{m_E}\Big)^2\cdot 2gh_A=\Big(\frac{m_A}{m_E}\Big)^2h_A=1.54m$$
I conti quindi non mi tornano. Sapreste indicarmi dove ho commesso l'errore?
Risposte
Sembra giusto, forse un errore di calcolo?
Mi sembra che hai ragione tu.
La velocità iniziali dei due sono in rapporto inverso alle loro masse, l'altezza raggiunta è proporzionale al quadrato della velocità, quindi al quadrato del rapporto delle masse.
In definitiva $h_E = (m_A/m_E)^2h_A$ che però a me risulta $1,51m$ e non $1.54$
La velocità iniziali dei due sono in rapporto inverso alle loro masse, l'altezza raggiunta è proporzionale al quadrato della velocità, quindi al quadrato del rapporto delle masse.
In definitiva $h_E = (m_A/m_E)^2h_A$ che però a me risulta $1,51m$ e non $1.54$
Io l'avrei fatto in un altro modo. Supponendo che le funi abbiano massa trascurabile e abbiano la stessa lunghezza possiamo usare la conservazione dell'energia meccanica usando però l'energia cinetica rotazionale:
$ { ( 1/2I_1omega_1 ^2=M_1gh_1),( 1/2I_2omega_2 ^2=M_2gh_2 ):} $
dove $ I_1=M_1r^2 $ e $ I_2=M_2r^2 $.
Possiamo applicare la conservazione del momento angolare del sistema delle due persone dato che non sono presenti forze esterne che agiscono sul sistema:
$ 0=M_1omega_1r^2+M_2omega_2r^2 rArr M_1omega_1=-M_2omega_2 $ dunque, $ omega_1=-M_2/M_1omega_2 $
Sostituendo e facendo il rapporto membro a membro tra le equazioni del sistema:
$ h_2=h_1M_1^2/M_2^2 $
Anche a me risulta $ 1.51m $ .
$ { ( 1/2I_1omega_1 ^2=M_1gh_1),( 1/2I_2omega_2 ^2=M_2gh_2 ):} $
dove $ I_1=M_1r^2 $ e $ I_2=M_2r^2 $.
Possiamo applicare la conservazione del momento angolare del sistema delle due persone dato che non sono presenti forze esterne che agiscono sul sistema:
$ 0=M_1omega_1r^2+M_2omega_2r^2 rArr M_1omega_1=-M_2omega_2 $ dunque, $ omega_1=-M_2/M_1omega_2 $
Sostituendo e facendo il rapporto membro a membro tra le equazioni del sistema:
$ h_2=h_1M_1^2/M_2^2 $
Anche a me risulta $ 1.51m $ .
Grazie mille per le risposte.