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¿Por qué no se tiene en cuenta el par causado por la tensión de la parte curva de la cuerda en las poleas masivas?

En este Conferencia OCW del MIT , el profesor analiza un sistema bloque - polea maciza - bloque como el que se muestra aquí: enter image description here

El análisis era bastante fácil de seguir hasta este punto:

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Aquí dice que sólo los puntos finales del segmento curvo hacen que la polea se tuerza.. ¿por qué?

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Justin Lardinois Puntos 136

Consideremos una sección infinitesimal de la cuerda, en un ángulo $\theta$ (medido en el sentido de las agujas del reloj) desde la vertical hacia arriba (véase la imagen inferior)

Sea la tensión T, en un lado de esta sección y (T+dT) en el otro lado, actuando ambas en sentidos opuestos (ejerciendo pares opuestos, en el sentido contrario a las agujas del reloj y en el sentido de las agujas del reloj respectivamente).

El par neto debido a esta sección infinitesimal de cuerda es $$(T+dT)R - TR = (dT)R$$

Integrando esto entre los puntos finales para obtener el par neto total $$(T_2-T_1)R$$

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Kevin Zhou Puntos 1670

El profesor está haciendo algo complicado, que debería haber mencionado explícitamente.

Para encontrar un par total, tenemos que especificar qué sistema estamos considerando. Supongamos que nuestro sistema es la polea. En ese caso, las fuerzas externas son la fuerza del soporte, la gravedad, la fuerza normal de la parte curva de la cuerda y la fricción de la parte curva de la cuerda. Las tres primeras fuerzas no proporcionan par porque pasan por el centro de la polea. Sólo la fricción proporciona par.

Pero el profesor no mencionó la fricción en absoluto, y sí la tensión, ¡que ni siquiera actúa sobre la polea! ¿Qué es lo que ocurre?

El truco es que no tienen en cuenta la polea. En su lugar están considerando el par neto en la polea más la parte curva de la cuerda . El sentido de esta elección es que ahora todas las fuerzas complicadas con las que no queremos molestarnos (las tensiones de las diferentes piezas de la parte curva entre sí, la fricción y las fuerzas normales entre la polea y la parte curva) son internas, por lo que no proporcionan un par neto. Ahora las únicas fuerzas externas son la fuerza del soporte, la gravedad, y las tensiones de los dos segmentos rectos de cuerda. Sólo las dos últimas pueden dar pares, así que ésas son las fuerzas que consideró el profesor.

Pero, ¿por qué se permite cambiar el sistema? Porque el punto de tomar torsiones aquí es establecer $\tau = I \alpha$ para encontrar una aceleración angular. Y como la cuerda no tiene masa, el valor de $I$ es la misma tanto si se considera la polea como sistema, como si se considera la polea más la cuerda curva como sistema. Así que puedes utilizar este último para calcular $\tau$ y así calcular $\alpha$ .

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