¿Qué rodamiento llegará primero a la esquina inferior izquierda?

Suponiendo que el rodamiento se caiga simultáneamente y suponiendo que no hay velocidades iniciales en otras palabras, caída libre de los rodamientos, y para la configuración dada de las rutas, el rodamiento que viaja a lo largo de los lados C&D alcanzará antes que el otro.

He realizado algunos cálculos de la envolvente utilizando ecuaciones cinemáticas básicas:

V = U + a * t;
S = U * t + 1/2 * a * t ^ 2;
V ^ 2 – U ^ 2 = 2 * a * S

donde, V es la velocidad final; U es la velocidad inicial; a es aceleración; t es tiempo tomado; S es la distancia recorrida.

Y suponiendo que la distancia a lo largo de los lados más largos es de 2 metros y lados más cortos en 1 metro, el ángulo formado por el lado C con la vertical es de 15 (theta) grados. Me gustaría enfatizar que el ángulo realizado se asume con la vertical y no con la horizontal.

Por lo tanto, los componentes de la aceleración debidos a la gravedad a lo largo de los lados A, D y B, C son g * sin (theta) y g * cos * (theta) respectivamente. Una vez más, theta es el ángulo formado por el lado C con la vertical, aquí se supone que es de 15 grados.

Para la configuración dada, descubrí que el tiempo que tarda el rodamiento en recorrer los lados A y B es mayor que el tiempo que tarda el rodamiento en recorrer los lados C y D.

Estoy enfatizando el punto “para la configuración dada” porque el ángulo hecho por el lado C / B con la vertical juega un papel.

Si gira la configuración actual sobre la esquina entre los lados A y C, girar en el sentido de las agujas del reloj aumentará el espacio de tiempo entre ambos caminos (viajar a lo largo de C y D será más rápido) hasta que el lado C / B coincida con la vertical. Del mismo modo, si gira la configuración en el sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de la esquina entre A y C, observará una disminución en la diferencia de tiempo entre ambas rutas te hasta que theta sea 45 grados. A 45 grados en una configuración ideal, ambos rodamientos llegan al mismo tiempo, además de aumentar el ángulo entre la vertical y el lado C permitirá que el rodamiento se desplace a lo largo de la ruta A y B viajará más rápido.

Esto está sucediendo así, debido al efecto de los componentes de la aceleración debido a la gravedad, es decir, g * cos (theta) y g * sin (theta). Para theta menor que 45 el primer componente es más grande y para theta mayor que 45 el último es más grande. De nuevo, theta es el ángulo formado por el lado C con la vertical.

La ruta del CD es la más rápida. Tenga en cuenta que hay una forma óptima que primero fue calculada por Johann Bernoulli:

Curva de brachistochrone
Página sobre Wolfram

Es una compensación entre dos consideraciones: (i) en cualquier momento, la bola se mueve más rápido si es más baja (porque más de su energía potencial inicial se habrá convertido en cinética), por lo que desea bajar temprano, pero (ii) la distancia más corta es una línea recta, por lo que no desea agregar demasiada distancia adicional para desviar a poca distancia

Pero en esta elección restringida es obvio: las longitudes de ruta son iguales y el CD baja primero.

El tiempo de tránsito debe ser idéntico ya que ambos siguen las mismas pendientes efectivas pero en diferente orden. Supongo que no puedes poner ambas bolas simultáneamente.

More Interesting

Encontré una solución para el problema de la materia oscura, la energía oscura y el enredo con una teoría. ¿Que debo hacer con eso?

Si vivimos en un mundo 3D, ¿cómo crees que funcionan otras dimensiones (o qué aspecto tienen, si es posible explicarlo)?

¿Importa la antimateria?

¿Qué tan rápido se mueve un gravitón?

¿Qué es una explicación intuitiva de la teoría de Kaluza-Klein?

La entropía siempre aumenta, ¿por qué la temperatura de nuestro universo sigue disminuyendo? ¿No debería aumentar para los aumentos de entropía?

¿Un par de partículas de materia / antimateria producido por la conversión de energía en masa está más enredado que dos de las mismas partículas de materia enredadas por asociación?

Halo (franquicia de videojuegos): ¿Cómo es capaz el UNSC Pillar of Autumn de flotar en un planeta y despegar al espacio sin acoplamiento o soporte externo?

¿Es la teoría de cuerdas la ecuación matemática perfecta para la teoría de todo?

¿Se puede conocer la posición y la velocidad de las partículas o no, debido a alguna ley?

¿La inflación cósmica, la materia oscura y la energía oscura serán demostrables?

¿Cuál es la undécima dimensión?

¿Qué pasaría con un objeto que está parcialmente dentro del horizonte de eventos de un agujero negro?

¿Cómo se relaciona la teoría cuántica con el estudio de la nanoelectrónica, las nanoestructuras o ambas?

¿Por qué debe invertirse la expansión cósmica hasta un único punto en teoría?