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Demostrar que una partícula viaja en un plano a partir de su velocidad y aceleración en el espacio

Tenemos una partícula que viaja en el espacio 3d. Se da que $a(t)=-r(t)$ .

Primero tengo que demostrarlo: $$\frac{d}{dt}(\underline r \times \underline v)=0$$ Esto es fácil de hacer: $$ \frac{d}{dt}(\underline r \times \underline v)=r(t) \times r''(t)+r'(t) \times r'(t)=0 $$ Entonces tengo que demostrar que el vector $\underline r \times \underline v$ es una constante. Esto se deduce inmediatamente del hecho anterior: $$ \frac{d}{dt}(\underline r \times \underline v)=0 \Rightarrow \int \frac{d}{dt}(\underline r \times \underline v)dt=0 \cdot t+C=C. $$ Entonces tengo que demostrar que $\underline r \times \underline v$ es perpendicular a $\underline r$ : $$ \vec{r}\cdot (r \times v)=v(r\times r)=v \cdot0=0 $$

De esto necesito:

1) demostrar que la partícula se mueve en un plano

2) encontrar en qué plano y con qué vector normal.

3) encontrar un punto por el que pase la partícula

Para ello hice este boceto: enter image description here Mi suposición es que:

1) el vector normal es $r\times v$ que es $\overrightarrow{BD}$ en la foto.

2) El plano está definido por el vector normal y cualquier punto de la curva.

3) la partícula pasa definitivamente por el origen $(0,0,0)$ .

Sin embargo, esto no tiene mucho sentido porque se podría pensar que cada partícula viaja siempre en el mismo plano.

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Ofek Gillon Puntos 435

Definiré por conveniencia $\vec{r}\times \vec{v}$ como $\vec{L}$

Has demostrado que $\frac{dL}{dt}=0$ y por lo tanto $\vec{L}$ es constante.

Esto significa que hay un vector constante que siempre es perpendicular a $\vec{v}$ y eso significa que el movimiento está restringido a un plano ( $L$ es el vector perpendicular al plano). Esto responde también a la parte del vector normal en la pregunta (b).

Así que tus conjeturas eran correctas pero pensabas que toda partícula tiene la propiedad de $r(t) = -a(t)$ , que sólo es correcto para una partícula unida a un muelle.

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