Chronology Current Month Current Thread Current Date
[Year List] [Month List (current year)] [Date Index] [Thread Index] [Thread Prev] [Thread Next] [Date Prev] [Date Next]

Re: [Phys-L] Phys-l Digest, Vol 240, Issue 4

Interactive Physics became Roblox, which as an education version, but my
district refused to unblock it because of fears of forbidden content on the
main Roblox site.

On Mon, Jan 6, 2025 at 11:00 AM <phys-l-request@mail.phys-l.org> wrote:

Send Phys-l mailing list submissions to
        phys-l@mail.phys-l.org

To subscribe or unsubscribe via the World Wide Web, visit
        https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l
or, via email, send a message with subject or body 'help' to
        phys-l-request@mail.phys-l.org

You can reach the person managing the list at
        phys-l-owner@mail.phys-l.org

When replying, please edit your Subject line so it is more specific
than "Re: Contents of Phys-l digest..."


Today's Topics:

   1. Re: [**External**] Re: [**External**] Re: pendulum in free
      fall (Philip Keller)
   2. Re: [**External**] Re: pendulum in free fall (John Welch)


----------------------------------------------------------------------

Message: 1
Date: Mon, 6 Jan 2025 11:03:35 -0500
From: Philip Keller <pkeller@holmdelschools.org>
To: Phys-L@phys-l.org
Subject: Re: [Phys-L] [**External**] Re: [**External**] Re: pendulum
        in free fall
Message-ID:
        <CAMEjEfMJaFN5XA5b4px7PYRXkUdD=
B89nz3unB093x_mMGPw9g@mail.gmail.com>
Content-Type: text/plain; charset="UTF-8"

I am still running it in Windows 11.  We had to update a few years back. It
makes me sad to watch as this amazing tool slowly fades into obscurity...

On Mon, Jan 6, 2025 at 10:01?AM stefan jeglinski <jeglin@4pi.com> wrote:

Nice. That's the accelerating cycloid as I called it. This gets at my
question:

There's a string that ultimately causes that motion of the bob. At some
point in time, it seems like the tension in the string would be high
enough to break the string. Meanwhile, in the elevator frame, the bob is
merely executing UCM forever...

Does IP still exist any more or still run in modern Windows? I thought
it was no longer developed.

Stefan Jeglinski


On 1/6/25 9:45 AM, Philip Keller via Phys-l wrote:
I was able to simulate this in Interactive Physics. In the elevator
frame,
it is just a vertical circle, as expected. But I would not have been
able
to guess the path in the stationary frame!  I took a picture of it
here:



https://docs.google.com/document/d/1SCH65itX6r2ltxAczJL1eJAkpgIYudhbU-noDJ-XXSQ/edit?usp=sharing

(Btw, this is where Interactive Physics stands out from Phet and others
--
it took just a few minutes to get this running.)

On Mon, Jan 6, 2025 at 9:10?AM Carl Mungan via Phys-l <
phys-l@mail.phys-l.org> wrote:

UCM about a quadratically increasing y coordinate of the center of the
circle. You could probably graph it in Excel.

I don't anyone who makes as big and frequent blunders as myself, so
don't
worry about that! It's a neat problem; where did you get it from?

And yes, we're assuming elevator is so massive compared to the bob
(and
assuming a massless string) that elevator does not deflect from its
vertical fall due to motion of bob.

On Mon, Jan 6, 2025 at 9:05?AM stefan jeglinski<jeglin@4pi.com>
wrote:

Thanks Carl yes that was an obvious blunder on my part. As I was
thinking about this I began imagining the pendulum dropped at the
90-deg
mark to calculate v at the bottom, and of course the value of T in
that
case doesn't go as ?L/g. I should have left the question as just v at
the bottom. Both the value of v and T are irrelevant to the question
at
hand, which is a description of the motion in the two reference
frames.
I think the elevator frame of reference seems pretty straightforward
(UCM). It's the ground frame I'm still wondering about.

Stefan Jeglinski

On 1/6/25 7:13 AM, Carl Mungan via Phys-l wrote:
I think the problem is indeterminate because period is independent
of
amplitude (for small oscillations). The speed of the bob at the
instant
the
cable breaks is thus unknown. Call it V.
V is given by sqrt[2gL(1-cosA)] where A is the (unknown) angular
amplitude before cutting the cable. Here the length of the string is
L
=
g
(T/2*pi)^2 which is known.
After cutting, the bob will go around in a circle (relative to the
elevator) with period 2*pi*L/V.
On Jan 6, 2025, at 12:27 AM, stefan jeglinski<jeglin@4pi.com>
wrote:

Happy New Year, I need help sorting out my thinking on this one.
The
problem as posed:
"An elevator cab is suspended from a steel cable. A pendulum inside
the
cab hangs from the ceiling of the cab on a string. The pendulum is
set
to
swinging and has a period T while the elevator cab is stationary.
Suddenly,
the steel cable supporting the cab breaks (or is cut) at precisely
the
moment when the pendulum bob reaches its *maximum speed*. Describe
the
pendulum?s subsequent motion from the point of view of an observer in
the
elevator and also of an observer on the ground. What is the period of
the
pendulum as the cab falls?"
(We imagine that the elevator roof has a slot or some opening which
allows the pendulum to swing outside of the elevator while it's
falling
and
then back in. The pivot point is some frictionless shaft bearing that
allows the pendulum to swing in a complete plane)
Me:

Elevator:
When the cable breaks everything goes into free fall (?no
gravity?).
The bob drops like every other part of the elevator but it has a
horizontal
speed at the moment of the break. The bob moves to the side as it
drops
in
such a way that the original tension at the break is intact and the
string
stays taut at length L (if the bob was/freely/moving its distance
from
its
pivot would be > L); thus tension is maintained and the bob moves in
uniform circular motion with a tangential speed v = sqrt(2gL).
Ground:
Everything about the pendulum must/look/the same ? the pendulum
string
can?t go slack for one observer and not the other (yes?); however,
the
bob?s path doesn?t look like a circle from the ground ? the bob
follows a
vertical cycloid that accelerates down. Punchline: an accelerating
cycloid
means the bob is under a non-uniform tension.
This is my key issue: if this analysis is correct then we could
choose
a value of g for which the pendulum string doesn?t break for the
elevator
observer but could break for the ground observer. Or maybe my
analysis
is
incorrect.
PS the ?period? question is interesting. Although the ?restoring
period" T ~ sqrt(L/g) goes away (infinity for g = 0), the pendulum
still
has a period due to circular (or cycloidal) motion.
_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l
-----
Carl E. Mungan, Professor of Physics, 410-293-6680
U.S. Naval Academy Mailstop 9c, 572C Holloway Rd, Annapolis MD
21402-1363
http://usna.edu/Users/physics/mungan/

_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l
_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l


--
Carl E. Mungan, Professor of Physics, 410-293-6680
U.S. Naval Academy Mailstop 9c, 572C Holloway Rd, Annapolis MD
21402-1363
http://usna.edu/Users/physics/mungan/
_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l

_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l
_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l



------------------------------

Message: 2
Date: Mon, 6 Jan 2025 08:23:51 -0800
From: John Welch <jj@johnw.org>
To: Phys-L@phys-l.org
Subject: Re: [Phys-L] [**External**] Re: pendulum in free fall
Message-ID:
        <CAPbf24DUB4v+q=
Ps2k9mHL5+57T3xqDhAWQmLftRbiexSOi_yQ@mail.gmail.com>
Content-Type: text/plain; charset="UTF-8"

I think your paradox about there being a 'g' value that would break the
string in one frame but not the other is resolved if you see that the speed
of the ucm will increase with g also and so cause the string to break as
well in the elevator frame.

On Mon, Jan 6, 2025, 7:01?AM stefan jeglinski <jeglin@4pi.com> wrote:

Nice. That's the accelerating cycloid as I called it. This gets at my
question:

There's a string that ultimately causes that motion of the bob. At some
point in time, it seems like the tension in the string would be high
enough to break the string. Meanwhile, in the elevator frame, the bob is
merely executing UCM forever...

Does IP still exist any more or still run in modern Windows? I thought
it was no longer developed.

Stefan Jeglinski


On 1/6/25 9:45 AM, Philip Keller via Phys-l wrote:
I was able to simulate this in Interactive Physics. In the elevator
frame,
it is just a vertical circle, as expected. But I would not have been
able
to guess the path in the stationary frame!  I took a picture of it
here:



https://docs.google.com/document/d/1SCH65itX6r2ltxAczJL1eJAkpgIYudhbU-noDJ-XXSQ/edit?usp=sharing

(Btw, this is where Interactive Physics stands out from Phet and others
--
it took just a few minutes to get this running.)

On Mon, Jan 6, 2025 at 9:10?AM Carl Mungan via Phys-l <
phys-l@mail.phys-l.org> wrote:

UCM about a quadratically increasing y coordinate of the center of the
circle. You could probably graph it in Excel.

I don't anyone who makes as big and frequent blunders as myself, so
don't
worry about that! It's a neat problem; where did you get it from?

And yes, we're assuming elevator is so massive compared to the bob
(and
assuming a massless string) that elevator does not deflect from its
vertical fall due to motion of bob.

On Mon, Jan 6, 2025 at 9:05?AM stefan jeglinski<jeglin@4pi.com>
wrote:

Thanks Carl yes that was an obvious blunder on my part. As I was
thinking about this I began imagining the pendulum dropped at the
90-deg
mark to calculate v at the bottom, and of course the value of T in
that
case doesn't go as ?L/g. I should have left the question as just v at
the bottom. Both the value of v and T are irrelevant to the question
at
hand, which is a description of the motion in the two reference
frames.
I think the elevator frame of reference seems pretty straightforward
(UCM). It's the ground frame I'm still wondering about.

Stefan Jeglinski

On 1/6/25 7:13 AM, Carl Mungan via Phys-l wrote:
I think the problem is indeterminate because period is independent
of
amplitude (for small oscillations). The speed of the bob at the
instant
the
cable breaks is thus unknown. Call it V.
V is given by sqrt[2gL(1-cosA)] where A is the (unknown) angular
amplitude before cutting the cable. Here the length of the string is
L
=
g
(T/2*pi)^2 which is known.
After cutting, the bob will go around in a circle (relative to the
elevator) with period 2*pi*L/V.
On Jan 6, 2025, at 12:27 AM, stefan jeglinski<jeglin@4pi.com>
wrote:

Happy New Year, I need help sorting out my thinking on this one.
The
problem as posed:
"An elevator cab is suspended from a steel cable. A pendulum inside
the
cab hangs from the ceiling of the cab on a string. The pendulum is
set
to
swinging and has a period T while the elevator cab is stationary.
Suddenly,
the steel cable supporting the cab breaks (or is cut) at precisely
the
moment when the pendulum bob reaches its *maximum speed*. Describe
the
pendulum?s subsequent motion from the point of view of an observer in
the
elevator and also of an observer on the ground. What is the period of
the
pendulum as the cab falls?"
(We imagine that the elevator roof has a slot or some opening which
allows the pendulum to swing outside of the elevator while it's
falling
and
then back in. The pivot point is some frictionless shaft bearing that
allows the pendulum to swing in a complete plane)
Me:

Elevator:
When the cable breaks everything goes into free fall (?no
gravity?).
The bob drops like every other part of the elevator but it has a
horizontal
speed at the moment of the break. The bob moves to the side as it
drops
in
such a way that the original tension at the break is intact and the
string
stays taut at length L (if the bob was/freely/moving its distance
from
its
pivot would be > L); thus tension is maintained and the bob moves in
uniform circular motion with a tangential speed v = sqrt(2gL).
Ground:
Everything about the pendulum must/look/the same ? the pendulum
string
can?t go slack for one observer and not the other (yes?); however,
the
bob?s path doesn?t look like a circle from the ground ? the bob
follows a
vertical cycloid that accelerates down. Punchline: an accelerating
cycloid
means the bob is under a non-uniform tension.
This is my key issue: if this analysis is correct then we could
choose
a value of g for which the pendulum string doesn?t break for the
elevator
observer but could break for the ground observer. Or maybe my
analysis
is
incorrect.
PS the ?period? question is interesting. Although the ?restoring
period" T ~ sqrt(L/g) goes away (infinity for g = 0), the pendulum
still
has a period due to circular (or cycloidal) motion.
_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l
-----
Carl E. Mungan, Professor of Physics, 410-293-6680
U.S. Naval Academy Mailstop 9c, 572C Holloway Rd, Annapolis MD
21402-1363
http://usna.edu/Users/physics/mungan/

_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l
_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l


--
Carl E. Mungan, Professor of Physics, 410-293-6680
U.S. Naval Academy Mailstop 9c, 572C Holloway Rd, Annapolis MD
21402-1363
http://usna.edu/Users/physics/mungan/
_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l

_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l
_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l



------------------------------

Subject: Digest Footer

_______________________________________________
Forum for Physics Educators
Phys-l@mail.phys-l.org
https://www.phys-l.org/mailman/listinfo/phys-l


------------------------------

End of Phys-l Digest, Vol 240, Issue 4
**************************************



-- 
Marc Reif
Fayetteville, Arkansas
Science Teacher
AP Workshop Consultant
lesson plans and homework
<https://planbook.com/planbook.html?t=1258691&k=ReifPhysics&v=W&y=2020673>
website for APSI participants: http://apsifool.info
WordPress blog (primarily about science teaching):
http://fysicsfool.wordpress.com/
Arkansas Science Teachers Association <https://arkscience.org/> Treasurer
NWA STEM Teachers <http://www.stemteachersnwa.org/> Vice President
2021 PAEMST <http://paemst.org>State Finalist