FUERZA ELÁSTICA
En
esta simulación podemos ver el movimiento que sigue una partícula
sujeta a un muelle. En las gaficas tenemos la velocidad, la aceleración
y la posición frente al tiempo y podemos seleccionar cual queremos ver
mediante los botones de seleccion. Tenemos representada además la curva
de su energía donde
la línea roja representa la energía cinética, la línea azul la energía
potencial elástica y la línea verde representa la suma de las dos
anteriores, la energía total. La partícula esta representada como
energía frente a
posición que sólo se mueve en el eje x, asi que dándole una posición
inicial ya comienza el movimiento.
Por la segunda ley de Newton
sabemos que la suma de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo es
proporcional al producto de la masa por la aceleración, asi que suponiendo que
la única fuerza que actúa sobre la partícula es la elástica llegamos a la
siguiente relación:
Pero sabemos también que la fuerza elástica es:
· Felastica =
-k*x
Por lo que despejando obtenemos que
la fuerza elastica es:
· m*a =
-k*x, le damos de masa 1kg y nos queda que a=-k*x, pero si además queremos ver
cómo le afecta el rozamiento sólo tenemos que restarlo y de esta forma obtenemos
la relacion siguiente, dandole un coeficiente de rozamiento de 0.1:
· a = -k*x - 0.1*v
Para cualquier aceleración que
pueda alcanzar el movimiento tenemos que la velocidad y la posición se
relacionan de esta forma tras integrar numéricamente: ·
v = v + a*dt · x = x + v*dt ·
t = t + dt
Para la visualización de la energía sabemos
que la energía potencial elástica inicial es la máxima y la cinética 0.
Ponemos una
curva en función de la ecuación de la parábola, unos ejes donde
colocamos la partícula que representa el movimiento del muelle a lo
largo del eje x. A esta partícula le ponemos 2 vectores que representan
la energía potencial elástica y la energía cinética de la partícula que
varía con el movimiento de esta, y asi podemos ver la variación de la
energía con el desplazamiento. También hemos dibujado otro vector que
representa la energía total y que tiene un valor constante, pero como
en nuestro caso hemos añadido una fuerza de rozamiento la energía total
va disminuyendo como podemos ver en la simulación.