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 OA2OA+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 OA2OA+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