Un objeto se balancea en un círculo a una velocidad constante. Si el radio se duplica mientras la velocidad y la masa se mantienen constantes, ¿cuál será la tensión?

Si el radio se duplica, la fuerza centrípeta disminuye (se reduce a la mitad).

No se especificó si el objeto se balanceó en un plano paralelo al suelo (es decir, horizontalmente, como si lo balanceara sobre su cabeza) o en un plano perpendicular al suelo (es decir, en un círculo vertical).

Entonces, supongamos que es la primera opción: un círculo horizontal. Aquí, la tensión es igual a la fuerza centrípeta. Como la fuerza centrípeta disminuye, la tensión también disminuye .

Si nos fijamos en el círculo vertical ahora, las cosas son ligeramente diferentes. En la parte inferior de su oscilación, la fuerza de gravedad (mg) lo empuja hacia abajo. La fuerza centrípeta (mv ^ 2 / r) se dirige hacia el “centro” del círculo. La fuerza neta que actúa sobre la cuerda, que es la tensión, es igual a mg + mv ^ 2 / r. Establecimos que la fuerza centrípeta disminuye antes, por lo tanto (en comparación con su estado inicial) la tensión disminuye.

¡Espero que esto ayude!

La tensión proporciona la fuerza necesaria para mantener el objeto en movimiento en un círculo. La ecuación para la fuerza centrípeta (la fuerza que empuja algo hacia el centro de un círculo) es F = m * (v ^ 2) / r (donde m = masa del objeto, v = la velocidad del objeto y r = radio desde el centro de rotación).

Como la tensión está proporcionando toda la fuerza centrípeta:

T = m * (v ^ 2) / r

Si el radio se incrementa a 2r, la ecuación es

T = m * (v ^ 2) / 2 r = 1/2 * m * (v ^ 2) / r

Entonces la tensión cae a la mitad.

El objeto se mueve a través de un círculo más grande, por lo tanto, no tiene que girar tanto en ningún momento para permanecer en el círculo, por lo que tiene sentido que la tensión disminuya.

Matemáticamente se puede mostrar así:

F = m * a (aceleración centrípeta ya que avanza a una velocidad constante en un círculo)

a = v ^ 2 / r (donde v es la velocidad de rotación y r el radio)

si aplicamos newton obtenemos que T (tensión en la cuerda) = F (fuerza por el objeto)

así T = v ^ 2 / r pero si queremos obtener una relación, entonces simplemente podemos obtener esto

donde T1 (es el radio inicial) = v ^ 2 / r1 y T2 (es el radio duplicado) = v ^ 2 / r2

ratio = T2 / T1 entonces (V ^ 2 / r2) / (V ^ 2 / r1) y con las condiciones iniciales sabemos que V son iguales

y r2 = 2 * r1 entonces simplemente sustituyendo en la ecuación de razón obtenemos que

ratio = 1/2, significa que al duplicar el radio reducimos a la mitad nuestra tensión a la mitad.

Si todas las demás variables son iguales, la tensión se reduciría a la mitad. Piensa en ello de esta manera. Si estás en patinaje artístico y quieres girar en el acto, muchos querrían que los brazos estén más cerca del cuerpo. Cuanto más lejos están los brazos, menor es la velocidad. Los mismos principios funcionan en la tensión.

La tensión disminuye en un factor de 2, es decir, se reduce a la mitad .

La aceleración radial viene dada por v ^ 2 / r, donde v es la velocidad circunferencial y r es el radio. Entonces, si r se duplica, la tensión se reduce a la mitad.