Lagrangiano péndulo plano con punto de suspensión móvil Capítulo 1

Continuamos resolviendo los problemas que siguen a la sección §5:

Encontrar la lagrangiana (o lagrangiano)

2.Péndulo plano de masa m2, cuyo punto de suspensión (de masa m1) puede desplazarse en el mismo plano sobre una recta horizontal.

Como nuestras coordenadas generalizadas son aquellas por dónde se efectúa el movimiento, en este caso las coordenadas x y ϕ, es a partir de estos que obtenemos nuestro lagrangiano, y para efectos prácticos en el péndulo, vamos a representar la proyección del largo del péndulo l, y su ángulo ϕ respecto a las coordenadas rectangulares x y y, mediante un triángulo rectángulo:


Escribiendo en términos de las coordenadas rectangulares:
x1=x1y1=0
x2=lsenϕ+x1y2=lcosϕ
(El signo negativo es debido a la forma que he decidido escoger las coordenadas)
Las derivadas respecto al tiempo son:
˙x1=˙x1˙y1=0
˙x2=lcosϕ˙ϕ+˙x1˙y2=lsenϕ˙ϕ
Reemplazamos en nuestra energía cinética para cada masa:
T1=12m(˙x21+˙y21)T2=12m(˙x22+˙y22)
Así que nos corresponderá realizar un poco de álgebra (para este caso resulta bastante sencilla, para expresar las velocidades al cuadrado)
˙x21=˙x21˙y21=0
˙x22=(lcosϕ˙ϕ+˙x1)2˙y22=l2sen2ϕ˙ϕ2
Reemplazando en nuestras energías cinéticas:
T1=12m˙x21T2=12[(lcosϕ˙ϕ+˙x1)2+l2sen2ϕ˙ϕ2]
En este caso sólo vamos a necesitar la identidad trigonométrica fundamental (sen2ϕ+cos2ϕ=1) para la energía cinética de la partícula de masa m2 y finalmente las energías cinéticas son:
T1=12m˙x21T2=12[l2˙ϕ2+2lcosϕ˙ϕ˙x+˙x2]
Pero el lagrangiano es la resta de la energía cinética y de la energía potencial:
L=T1+T2U2
Es así que representamos la única energía potencial que tenemos:
U2=m2glcosθ
Finalmente representamos el lagrangiano cómo:
L=12(m1+m2)˙x2+12m2(l2˙ϕ2+lcosϕ˙ϕ˙x)+m2glcosθ
Que corresponde a la respuesta.


Comentarios

Entradas populares de este blog

Lagrangiano péndulo plano con punto de suspensión a) Capítulo 1

Lagrangiano péndulo plano con punto de suspensión b) Capítulo 1