a=106 cm/s2
Vamos a tomar un sistema de referencia ligado al disco. Además, puesto que vamos a utilizar coordenadas polares, hemos marcado en el gráfico ya los vectores unitarios ur y uθ. La aceleración absoluta del punto A es:
aA=aO+α X OA-ω2OA+2ω X vr+ar
Vamos a ir determinando cada término. El punto O es un punto fijo, luego no tiene ni velocidad ni aceleración:
aO=0
El disco gira con velocidad angular constante, luego la aceleración angular será nula:
ω=cte ⇒ α=0
El vector de posición OA será:
OA=15tg30Oi+15j=8.66i+15j
La velocidad relativa es la que tendría el punto A dentro del sistema de referencia en movimiento. Dicha velocidad sólo puede tener la dirección del eje X, ya que el punto A estaría confinado a moverse dentro de la ranura horizontal. Entonces:
vr=vri
Esta velocidad también la podemos expresar en coordenadas polares, y tendremos entonces:
La distancia r vale:
La variación del ángulo θ con el tiempo es de 2 rad/s y según el enunciado, es positiva. Tendremos entonces, proyectando los vectores ur y uθ sobre los ejes X e Y:
Si igualamos componentes sobre los ejes X e Y:
De la segunda ecuación obtenemos:
Y sustituyendo en la primera:
Ya tenemos entonces la velocidad relativa:
vr=vri=40i
Ahora hacemos lo mismo con la aceleración relativa. Dicha aceleración sólo puede tener componente sobre el eje X, ya que dentro del disco el punto A estaría confinado a moverse dentro de la ranura.
ar=ari
Además, podemos expresar esta aceleración en coordenadas polares, luego:
La aceleración angular es nula ya que nos dicen que excepto en los extremos de la oscilación la velocidad angular permanece constante. Entonces:
Si ahora sustituímos igual que antes los valores conocidos tendremos:
Si igualamos por separado las componentes en los dos ejes:
De la segunda ecuación:
Y sustituyendo en la primera:
=115.47sen30O-17.32 · 22sen30O+2 · 20 · 2cos30O=92.38 cm/s2
Es decir, la aceleración relativa vale:
ar=ari=92.38i
Sustituyendo en la expresión de la aceleración del punto A:
aA=aO+α X OA-ω2OA+2ω X vr+ar=-ω2OA+2ω X vr+ar=
=-77.94i-135j+240j+92.38i=14.44i+105j
En módulo tendremos:
aA=106 cm/s2