Descobrir o torque em um viscosímetro


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Estou resolvendo problemas através da Fox e McDonald. Aqui está o problema

insira a descrição da imagem aqui

Tentei descobrir o torque devido às forças viscosas que é

τ1=μ(2πRh)Rωa
e o binário devido a massa m1 como
τ2=m1gR
escrita na equação integrando isso e usando a condição de contornoω=0emt=0, obtiveω=m1ga
τ2−τ1=m2R2dωdt
ω=0t=0. No entanto, estou faltandom1+m2 emvez dem2na parte exponencial. Obrigado.
ω=m1ga2πRhμ[1−exp(−2πμhtRam2)]
m1+m2m2

Respostas:


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Você não considerou a aceleração de .m1

A configuração de um diagrama de corpo livre no peso mostra:

m1g−T=m1ay

Tay

Isso leva às seguintes correções:

τ1=μ(2πRh)Rωa∗R

(O original tinha um valor para a força, enquanto precisamos de um torque.) Isso ocorre porque toda a força viscosa operaria a uma distância R da origem.

τ2=TR=(m1g−m1ay)R=m1gR−m1R2dωdt

m1

Finalmente:

τ2−τ1=m2R2dωdt
m1gR−m1R2dωdt−μ(2πRh)Rωa∗R=m2R2dωdt
m1g−μ(2πRh)Rωa=(m1+m2)Rdωdt

Que é facilmente resolvido em:

ω=m1ga2μπR2h(1−exp(−2μπRhta(m1+m2)))

Claramente, quando o exponencial desaparece, a velocidade máxima se estabiliza como

ω=m1ga2μπR2h

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Mark já apontou o que está faltando, e essa é a abordagem lagrangiana que também deve dar o mesmo resultado - e dá.

m1x1=R θ(t)

m1KE1=12m1x1′(t)2=12m1R2θ′(t)2

m1PE1=−m1gx1=−m1gR θ(t)

m2KE2=12Iθ′(t)2=12m2R2θ′(t)2

L=KE1+KE2−PE1=12m1R2θ′(t)2+12m2R2θ′(t)2+m1gRθ(t)

τ2Q=−μ(2πRh)RωaR

ddtdLdθ′(t)−dLdθ(t)=Q

m1R2θ″(t)+m2R2θ″(t)−m1gR=−2πhμR3θ′(t)a

θ′(t)=ω(t)

(m1+m2)Rω′(t)+2πhμR2ω(t)a−m1g=0

ω(0)=0

ω(t)=m1ga2πhμR2(1−e−2πhμRta(m1+m2))

que concorda com a abordagem do diagrama de corpo livre.

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