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Qué es esto de la energía cinética aumenta con la quinta potencia de la longitud?

No entiendo muy bien esta cita de Stephen J. Gould desde Darwin, donde habla acerca de la compensación de las características físicas de los organismos para su tamaño.

Otras características esenciales de los organismos cambian con más rapidez con el aumento de tamaño de la relación de superficie a volumen. Cinética la energía, en algunas situaciones, se incrementa a medida que la longitud elevada a la quinta poder. Si un niño la mitad de su altura cae hacia abajo, su cabeza se golpeó no con la mitad, pero sólo 1/32 de la energía de la suya en una caída similar. En cambio, estamos protegidos de la fuerza física de sus berrinches, para el niño puede golpear con el, no la mitad, pero sólo 1/32 de la energía podemos reunir.

La masa aumenta con la tercera potencia de longitud, e incluso si nos permiten una menor caída (incluso a pesar de que no se desprende de la redacción), para que el niño (que es la mitad de altura), yo sólo puede venir con la cuarta potencia.

3voto

reshefm Puntos 1719

Modelo de el niño como una varilla de masa $m$ y la longitud de la $l$ de pie en el suelo verticalmente, con centro de masa en la altura de la $l/2$, con los pies pegados al suelo, pero el resto del cuerpo puede girar.

Cuando en posición vertical, la energía potencial es $mgl/2$. Cuando yacía en el suelo, el potencial es 0. Así que cuando cae, el niño golpea el suelo con energía $mgl/2$. La equiparación de este con $\frac{1}{2}I\omega^2$, $I=\frac{m l^2}{3}$ (el momento de inercia de una varilla rígida de rotación sobre su final) uno se $$\omega=\sqrt{\frac{3g}{l}}.$$ La cabeza golpea el suelo con una velocidad de $l\omega$. Dejar que la masa de la cabeza del ser $m_h$, la energía cinética de la cabeza de golpear el suelo es $$T=\frac{1}{2}m_h(l\omega)^2=\frac{3}{2} g l m_h.$$ Desde $l\rightarrow \lambda l$ $m_h\rightarrow\lambda^3m_h$ bajo una escala de transformación de $\lambda$, tenemos $$T\rightarrow\lambda^4T.$$ Por lo menos estoy con vistas a algo, no acabo de ver donde Gould factor adicional de $\lambda$ proviene. Suponiendo que esto es correcto y Gould es un error, tengo la sospecha de que él tuvo la $\lambda^5$ figura mirando a $E=\frac{1}{2}I\omega^2$, y observando que $I\rightarrow\lambda^5I$, pero se olvidó de mirar en detalle en cuanto a cómo $\omega$ se transforma.

NOTA: Si se hace que sea más fácil de tragar, este análisis también puede ser llevado a cabo por el supuesto de que el niño es un cilindro de radio $R$, la longitud de la $L$ y de densidad constante $\rho$ cual es libre de girar alrededor de su base. El tensor de inercia es $$\mathbf{I}=\left( \begin{array}{ccc} \frac{1}{12} L \pi R^2 \left(4 L^2+3 R^2\right) \rho & 0 & 0 \\ 0 & \frac{1}{12} L \pi R^2 \left(4 L^2+3 R^2\right) \rho & 0 \\ 0 & 0 & \frac{1}{2} L \pi R^4 \rho \\ \end{array} \right)$$ y repetir el análisis anterior, el uso de $I=\mathbf{I}_{xx}$ $m=\pi L \rho R^2$ le da una cabeza de energía que como las escalas de $$T=m_h(L\omega)^2=\frac{6 g L^3 m_h}{4 L^2+3 R^2}\rightarrow\lambda^4T$$ bajo la escala de la transformación.

2voto

Parece que la instrucción es la mitad de la derecha....

Como contestada por @DumpsterDoofus, el factor de escala objeto de la caída de una escala de altura, es el cuarto poder.

Sin embargo, si tenemos la escala de un objeto que viaja a una velocidad de $x \frac{\text{body-lengths}}{\text{second}}$, luego de una quinta parte de energía para la energía cinética es la correcta. El tamaño y por lo tanto la masa en la energía cinética de la ecuación de escalas como el cubo, y la velocidad del término de la energía cinética como las escalas de la plaza.

La diferencia en los dos escenarios que se viene correctamente no escala el factor de distancia en el valor de $g$.

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