Rotazione del Pendolo di Maxwell
Salve a tutti, avrei una curiosità da chiedervi riguardo il famoso Pendolo di Maxwell.
E' risaputo che questo strumento viene utilizzato per dimostrare la conservazione dell'energia meccanica, che coinvolge 3 tipi di energia: quella potenziale, cinetica traslazionale e rotazionale (che coinvolge la velocità angolare ed il momento d'inerzia del corpo stesso).
Ponendo un sistema di riferimento, ad esempio positivo verso la direzione di "srotolamento dei fili", posso porre il punto più alto come punto in cui l'energia potenziale è massima, ed il punto più basso in cui quest'ultima è nulla.
Il problema che mi pongo, riguarda il comportamento dinamico dell'oggetto quando raggiunge il punto più basso; su Wikipedia ho letto che esso cambia direzione in questo punto, il che vorrebbe dire che la sua velocità lineare deve necessariamente annullarsi (per poter tornare verso l'alto - richiamato tramite la legge di Hooke), la sua velocità angolare deve necessariamente annullarsi anch'essa, altrimenti non potrebbe cambiare verso di rotazione, e quindi l'energia meccanica in questo punto mi risulta nulla. Questo entra però in contraddizione con la conservazione dell'energia meccanica.
Io avevo pensato al fatto che si l'energia potenziale nel punto più basso fosse nulla, insieme alla cinetica traslazione (in quanto il corpo ritorna verso l'alto) ma l'energia traslazione non si annulla, avvolgendo il filo nello stesso verso in cui lo ha srotolato.
Potete darmi una mano in questo problema?
Grazia e tutti
Distinti saluti
Enrico Catanzani
E' risaputo che questo strumento viene utilizzato per dimostrare la conservazione dell'energia meccanica, che coinvolge 3 tipi di energia: quella potenziale, cinetica traslazionale e rotazionale (che coinvolge la velocità angolare ed il momento d'inerzia del corpo stesso).
Ponendo un sistema di riferimento, ad esempio positivo verso la direzione di "srotolamento dei fili", posso porre il punto più alto come punto in cui l'energia potenziale è massima, ed il punto più basso in cui quest'ultima è nulla.
Il problema che mi pongo, riguarda il comportamento dinamico dell'oggetto quando raggiunge il punto più basso; su Wikipedia ho letto che esso cambia direzione in questo punto, il che vorrebbe dire che la sua velocità lineare deve necessariamente annullarsi (per poter tornare verso l'alto - richiamato tramite la legge di Hooke), la sua velocità angolare deve necessariamente annullarsi anch'essa, altrimenti non potrebbe cambiare verso di rotazione, e quindi l'energia meccanica in questo punto mi risulta nulla. Questo entra però in contraddizione con la conservazione dell'energia meccanica.
Io avevo pensato al fatto che si l'energia potenziale nel punto più basso fosse nulla, insieme alla cinetica traslazione (in quanto il corpo ritorna verso l'alto) ma l'energia traslazione non si annulla, avvolgendo il filo nello stesso verso in cui lo ha srotolato.
Potete darmi una mano in questo problema?
Grazia e tutti
Distinti saluti
Enrico Catanzani
Risposte
Nel punto più basso, quando il moto di traslazione si inverte, sono nulle l'energia cinetica di traslazione e l'energia potenziale (prendendo la quota zero in tale punto), mentre non è nulla l'energia cinetica di rotazione. In pratica lo yo-yo (perché di questo si tratta) nel punto più basso continua a ruotare per avvolgere il filo dall'altro lato, questo accade senza che il verso della velocità angolare cambi.
Una cosa: hai citato Hook, ma qui non c'entra. Il tutto funziona senza alcun contributo significativo dell'elasticità del filo.
EDIT: Un'altra cosa: nel punto più basso il filo esercita un impulso sul corpo ed è quello che inverte la velocità di traslazione (come una palla quando rimbalza su un muro), l'energia è conservata visto che l'impulso non compie lavoro comunque. Quando si gioca con lo yo-yo lo strappetto che si dà quando lo yo-yo arriva al punto più basso amplifica quell'impulso (in tal caso si compie lavoro sul corpo, visto che il filo è spostato) per compensare le perdite per attriti vari e far sì che lo yo-yo si avvolga fino al punto di partenza.
Una cosa: hai citato Hook, ma qui non c'entra. Il tutto funziona senza alcun contributo significativo dell'elasticità del filo.
EDIT: Un'altra cosa: nel punto più basso il filo esercita un impulso sul corpo ed è quello che inverte la velocità di traslazione (come una palla quando rimbalza su un muro), l'energia è conservata visto che l'impulso non compie lavoro comunque. Quando si gioca con lo yo-yo lo strappetto che si dà quando lo yo-yo arriva al punto più basso amplifica quell'impulso (in tal caso si compie lavoro sul corpo, visto che il filo è spostato) per compensare le perdite per attriti vari e far sì che lo yo-yo si avvolga fino al punto di partenza.