Dinámica: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 20 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

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1Fórmulas y métodos

Cinemática

Velocidad
v = v0 + a·t
Desplazamiento
s = v0·t + ½·a·t²
Sin el tiempo
v² = v0² + 2·a·s
Unidades
1 m/s = 3,6 km/h

Método

  1. Anota lo que sabes: v₀, v, a, t y s, con unidades.
  2. Elige la ecuación que contiene tus tres datos conocidos y la incógnita.
  3. Elige un sentido positivo y da signo menos a las magnitudes en sentido contrario.
  4. Resuelve y comprueba que la respuesta tiene sentido físico.

Leyes de Newton

Segunda ley
ΣF = m·a
Peso
W = m·g
Rozamiento dinámico
Ff = μ·N
En un plano inclinado
paralela: m·g·sin θ, normal: m·g·cos θ

Método

  1. Dibuja un diagrama de cuerpo libre con todas las fuerzas sobre el cuerpo.
  2. Elige un sentido positivo a lo largo del movimiento.
  3. Descompón las fuerzas en componentes paralelas y perpendiculares al movimiento (en un plano inclinado: m·g·sin θ a lo largo del plano, m·g·cos θ contra el plano).
  4. Aplica ΣF = m·a en la dirección del movimiento; el rozamiento es μ·N y se opone al movimiento.

Tiro parabólico

Componentes
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Posición
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Altura máxima
H = h + vy²/(2g)
Alcance (suelo horizontal)
R = v0²·sin 2θ/g

Método

  1. Descompón la velocidad de lanzamiento en componentes: vx = v₀·cos θ y vy = v₀·sin θ.
  2. El movimiento horizontal tiene velocidad constante; el vertical tiene aceleración −g.
  3. Halla el tiempo de vuelo a partir del movimiento vertical.
  4. Usa ese tiempo en el movimiento horizontal para hallar el alcance.

Movimiento circular

Aceleración centrípeta
a = v²/r = ω²·r
Fuerza centrípeta
F = m·v²/r
Velocidad angular
ω = v/r = 2π/T
Curva plana, rozamiento
vmax = √(μ·g·r)

Trabajo y energía

Energía cinética
Ek = ½mv²
Energía potencial
Ep = mgh
Balance de energía
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Trabajo de rozamiento
W = μ·N·d
Potencia
P = W/t

Cantidad de movimiento y choques

Cantidad de movimiento
p = m·v
Conservación
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Choque perfectamente inelástico
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Impulso
J = F·Δt = m·Δv

Método

  1. Elige un sentido positivo y da a cada velocidad su signo.
  2. Escribe la cantidad de movimiento total antes: Σm·v.
  3. En un choque perfectamente inelástico los cuerpos se mueven juntos después; en uno elástico también se conserva la energía cinética.
  4. Iguala la cantidad de movimiento antes y después y resuelve.

Rotación del sólido rígido

Momentos de inercia respecto a G
barra mL²/12, disco ½mR², anillo mR², esfera maciza (2/5)mR², esfera hueca (2/3)mR²
Teorema de Steiner
I = IG + m·d²
Radio de giro
I = m·k²
Barra respecto a su extremo
I = mL²/3
Ecuación del movimiento
ΣM = I·α
Velocidad en rad/s
ω = 2π·n/60
Energía cinética
E = ½·I·ω²
Trabajo y potencia
W = T·θ, P = T·ω
Rodadura sin deslizamiento
v = ω·r, E = ½mv²(1 + I/(mr²)), a = g·sin θ/(1 + I/(mr²))
Momento angular
L = I·ω, I1ω1 = I2ω2
Impacto respecto a un pivote
m·v·d = I·ω

Método

  1. Elige el eje: un pivote fijo, o el centro de masa para cuerpos que ruedan.
  2. Halla el momento de inercia respecto a ese eje a partir de los resultados estándar, usando I = IG + m·d² para un eje desplazado.
  3. Elige el método: ΣM = I·α para aceleraciones y fuerzas, energía (½·I·ω² + ½·m·v² + m·g·h) para velocidades, momento angular para impactos y cambios bruscos.
  4. Relaciona el movimiento lineal y el angular con v = ω·r y a = α·r, y convierte rpm a rad/s.

Engranajes y trenes de engranajes

Engranajes en contacto
n1·N1 = n2·N2
Par
T2 = T1·(N2/N1)·η
Potencia
P = T·ω, ω = 2π·n/60
Tren compuesto
relación total = producto de las relaciones de cada etapa

Muelles y péndulos

Masa en un muelle
T = 2π·√(m/k)
Péndulo
T = 2π·√(L/g)
Frecuencia angular
ω = √(k/m) = 2π/T
Velocidad y aceleración máximas
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Energía
E = ½·k·A²

Vibraciones mecánicas

Frecuencia natural
ωn = √(k/m), fn = ωn/(2π)
A partir de la deflexión estática
ωn = √(g/δst)
Amortiguamiento crítico
cc = 2√(km) = 2mωn
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc
Frecuencia amortiguada
ωd = ωn√(1 − ζ²)
Decremento logarítmico
δ = (1/n)·ln(x0/xn), ζ = δ/√(4π² + δ²)
Muelles en paralelo
k = k1 + k2
Muelles en serie
1/k = 1/k1 + 1/k2

2Problemas de práctica

1.CinemáticaMedia
policíaa = 5 m/s²coche27 m/s

Un coche que circula a 27 m/s constantes, por encima del límite, adelanta a un coche de policía parado. En ese momento el coche de policía arranca y acelera uniformemente a 5 m/s². ¿Cuánto tarda el coche de policía en alcanzarlo? Halla t.

vcar = 27 m/sapolice = 5 m/s²v0,police = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
d = ?

Se deja caer una piedra desde el reposo en un pozo. El chapoteo se oye 2,6 s después de soltar la piedra. La velocidad del sonido es 343 m/s; desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la profundidad d del pozo.

ttotal = 2,6 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Leyes de NewtonMedia
20 kg35°F = 200 Nμ = 0,2

Se arrastra un trineo de 20 kg por nieve horizontal con una cuerda a 35° por encima de la horizontal y una fuerza de 200 N. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del trineo.

m = 20 kgF = 200 Nθ = 35°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
θ = 25°bloquev₀ = 9,5 m/s

Se da un empujón a un bloque de modo que empieza a subir por una rampa de 25° con una velocidad de 9,5 m/s. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,1. Usa g = 9,81 m/s². ¿Qué distancia d recorre por la rampa antes de detenerse?

v₀ = 9,5 m/sθ = 25°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
d = m
5.Tiro parabólicoMedia
v0​ = ?70°R = 45 m

Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 70° por encima de la horizontal y cae a 45 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad de lanzamiento v0.

θ = 70°R = 45 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Tiro parabólicoDifícil
h = 10 mv0​ = 16 m/s30°H = ?

Se lanza una pelota a 16 m/s y 30° por encima de la horizontal desde lo alto de un acantilado de 10 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la altura máxima H sobre el suelo al pie del acantilado.

v₀ = 16 m/sθ = 30°h = 10 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Movimiento circularMedia
r = 150 mvmax​ = ?

Un coche toma una curva plana de 150 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,8. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que el coche puede tomar la curva sin derrapar.

r = 150 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
r = 1 mv = 3,5 m/s

Se hace girar en una circunferencia vertical una bola de 1,3 kg atada a una cuerda de 1 m. En el punto más bajo se mueve a 3,5 m/s. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda en el punto más bajo.

m = 1,3 kgr = 1 mv = 3,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabajo y energíaMedia
90°L = 1,5 m5 kg

Una bola de 5 kg cuelga de un hilo ligero de longitud 1,5 m. Se separa hasta que el hilo forma 90° con la vertical y se suelta desde el reposo. Halla la tensión T del hilo cuando la bola pasa por el punto más bajo.

m = 5 kgL = 1,5 mθ = 90°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Trabajo y energíaDifícil
h = 5 mL = 2 mμ = 0,25k = 800 N/m

Se suelta desde el reposo un bloque de 2,5 kg a una altura de 5 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 2 m (μ = 0,25) y después choca contra un muelle (k = 800 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la compresión máxima x del muelle.

m = 2,5 kgh = 5 mL = 2 mμ = 0,25k = 800 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
5 kg9 m/s0,5 kg

Un deslizador de 5 kg que se mueve a 9 m/s choca frontalmente, de forma perfectamente elástica, con un deslizador de 0,5 kg en reposo sobre un carril sin rozamiento. Halla la velocidad v′2 del segundo deslizador después del choque.

m1 = 5 kgm2 = 0,5 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
1500 kg19 m/s1300 kg11 m/sv′ = ?

En un cruce, un coche de 1500 kg que circula hacia el este a 19 m/s choca con un coche de 1300 kg que circula hacia el norte a 11 m/s. Los coches quedan unidos. Halla la velocidad v′ de los restos justo después del choque.

m1 = 1500 kgv1 = 19 m/s (E)m2 = 1300 kgv2 = 11 m/s (N)
v′ = m/s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
n = 1800 rpmTb​ = 185 N·mI = 30 kg·m²

Un volante de inercia con un momento de inercia de 30 kg·m² gira a 1800 rpm. Un freno aplica un par de rozamiento constante de 185 N·m. ¿Cuánto tiempo t tarda en detenerse?

I = 30 kg·m²n = 1800 rpmTb = 185 N·m
t = s
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
0,8 m0,25 mn1​ = 35 rpm

Una persona está de pie sobre un plato giratorio sin rozamiento y sostiene una pesa de 6 kg en cada mano, a 0,8 m del eje. La persona y el plato solos tienen un momento de inercia de 1,5 kg·m² respecto al eje. Giran a 35 rpm y luego acercan las pesas hasta 0,25 m del eje. Trata las pesas como masas puntuales. Halla la nueva velocidad n2 en rpm.

I0 = 1,5 kg·m²m = 2 × 6 kgr1 = 0,8 mr2 = 0,25 mn1 = 35 rpm
n2 = rpm
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
N1​ = 12N2​ = 50

Un motor de 5,5 kW que gira a 1450 rpm acciona un piñón de 12 dientes, que engrana con una rueda de 50 dientes. El par de engranajes tiene un rendimiento del 97 %. Halla el par T1 en el eje del motor.

P = 5,5 kWn1 = 1450 rpmN1 = 12N2 = 50η = 97%
T1 = N·m
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
d1​ = 160 mmd2​ = 315 mm1440 rpmC = 600 mmθ = ?

Una correa abierta conecta una polea de 160 mm y una polea de 315 mm cuyos centros están separados 600 mm. Halla el ángulo de contacto θ en la polea menor, en grados.

d1 = 160 mmd2 = 315 mmC = 600 mm
θ = °
17.Muelles y péndulosMedia
L = 1,9 m

Un péndulo simple tiene una longitud de 1,9 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla su periodo T para oscilaciones pequeñas.

L = 1,9 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Muelles y péndulosDifícil
2,5 kgk = 480 N/mA = 6 cm

Una masa de 2,5 kg unida a un muelle con k = 480 N/m se separa 6 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.

m = 2,5 kgk = 480 N/mA = 6 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
tx25 mm2 ciclos11,7 mm

En un ensayo de vibración libre de un sistema masa–muelle amortiguado, a un pico de desplazamiento de 25 mm le sigue 2 ciclos después un pico de 11,7 mm. Halla el factor de amortiguamiento ζ.

x0 = 25 mmx2 = 11,7 mmn = 2
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
k1​ = 5k2​ = 20m = 25 kg

Una masa de 25 kg cuelga de dos muelles unidos uno tras otro (en serie): el muelle superior tiene k₁ = 5 kN/m y el inferior k₂ = 20 kN/m. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.

m = 25 kgk1 = 5 kN/mk2 = 20 kN/m
fn = Hz

3Disoluciones

1.Cinemática

Respuesta: t = 10,8 s

Movimiento con aceleración constante: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² y v² = v₀² + 2·a·s. Elige la ecuación que contiene las tres magnitudes que conoces y la que buscas, y mantén los signos coherentes con un único sentido positivo.

Distancias iguales

v·t = ½·a·t² → t = 2v/a = 2·27/5 = 10,8 s

Respuesta

t = 10,8 s

En ese momento el coche de policía va a 2v = 54 m/s.

2.Cinemática

Respuesta: d = 30,9 m

Movimiento con aceleración constante: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² y v² = v₀² + 2·a·s. Elige la ecuación que contiene las tres magnitudes que conoces y la que buscas, y mantén los signos coherentes con un único sentido positivo.

Las dos partes del tiempo

½·9,81·t₁² = 343·(2,6 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 891,8 = 0

Tiempo de caída

Solo la raíz positiva tiene sentido físico.

t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·891,8))/(2·4,905) = 2,51 s

Profundidad

d = ½·9,81·2,51² = 30,9 m

Respuesta

d = 30,9 m
3.Leyes de Newton

Respuesta: a = 7,377 m/s²

Segunda ley de Newton: la fuerza neta sobre un cuerpo es igual a su masa por su aceleración, ΣF = m·a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre, elige un sentido positivo a lo largo del movimiento y suma todas las fuerzas en esa dirección: las fuerzas aplicadas, el rozamiento μ·N en contra del movimiento y las componentes del peso.

Fuerza normal

N = m·g − F·sin θ = 196,2 − 200·sin 35° = 81,48 N

Fuerzas horizontales

m·a = F·cos θ − μ·N = 163,8 − 16,3
a = 147,5/20 = 7,377 m/s²

Respuesta

a = 7,377 m/s²
4.Leyes de Newton

Respuesta: d = 8,962 m

Segunda ley de Newton: la fuerza neta sobre un cuerpo es igual a su masa por su aceleración, ΣF = m·a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre, elige un sentido positivo a lo largo del movimiento y suma todas las fuerzas en esa dirección: las fuerzas aplicadas, el rozamiento μ·N en contra del movimiento y las componentes del peso.

Deceleración

Ambas fuerzas apuntan rampa abajo; la masa se simplifica.

a = 9,81·(sin 25° + 0,1·cos 25°) = 5,035 m/s²

Distancia

d = v₀²/(2a) = 9,5²/(2·5,035) = 8,962 m

Respuesta

d = 8,962 m
5.Tiro parabólico

Respuesta: v0 = 26,21 m/s

Tiro parabólico: sin resistencia del aire, x = vxt e y = h + vyt − ½gt². Las dos direcciones son independientes, salvo que comparten el mismo tiempo.

Despeja v₀ de la fórmula del alcance

v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·45/sin 140°) = 26,21 m/s

Respuesta

v0 = 26,21 m/s
6.Tiro parabólico

Respuesta: H = 13,26 m

Tiro parabólico: sin resistencia del aire, x = vxt e y = h + vyt − ½gt². Las dos direcciones son independientes, salvo que comparten el mismo tiempo.

Velocidad vertical de lanzamiento

vy = 16·sin 30° = 8 m/s

Subida por encima del acantilado

Δh = vy²/(2g) = 8²/(2·9,81) = 3,262 m

Altura sobre el suelo

H = 10 + 3,262 = 13,26 m

Respuesta

H = 13,26 m
7.Movimiento circular

Respuesta: vmax = 34,31 m/s

Movimiento circular uniforme: un objeto que se mueve con velocidad v en una circunferencia de radio r tiene una aceleración dirigida hacia el centro a = v²/r, así que necesita una fuerza neta hacia el centro F = m·v²/r. Esa fuerza la proporciona algo real: el rozamiento, una tensión, la gravedad o una fuerza normal.

El rozamiento proporciona la fuerza centrípeta

m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,8·9,81·150) = 34,31 m/s

Respuesta

vmax = 34,31 m/s (123,5 km/h)
8.Movimiento circular

Respuesta: T = 28,68 N

Movimiento circular uniforme: un objeto que se mueve con velocidad v en una circunferencia de radio r tiene una aceleración dirigida hacia el centro a = v²/r, así que necesita una fuerza neta hacia el centro F = m·v²/r. Esa fuerza la proporciona algo real: el rozamiento, una tensión, la gravedad o una fuerza normal.

Fuerzas en el punto más bajo

Hacia el centro (hacia arriba) es positivo.

T − m·g = m·v²/r
T = 1,3·9,81 + 1,3·3,5²/1 = 12,75 + 15,92 = 28,68 N

Respuesta

T = 28,68 N
9.Trabajo y energía

Respuesta: T = 147,1 N

Teorema del trabajo y la energía: la variación de energía cinética es igual al trabajo de todas las fuerzas. Escribiendo la gravedad y los muelles como energía potencial (mgh y ½kx²), queda un balance: energía inicial = energía final + energía perdida por rozamiento (μN·d). En una trayectoria circular la fuerza neta hacia el centro debe ser igual a mv²/r.

Velocidad abajo

v² = 2gL(1 − cos θ) = 2·9,81·1,5·(1 − cos 90°) = 29,43 m²/s²

Fuerzas abajo

m·g = 5·9,81 = 49,05 N
T = mg + mv²/L = 49,05 + 5·29,43/1,5 = 147,1 N

Respuesta

T = 147,1 N

Comprobación: T = mg(3 − 2cos θ) = 147,2 N.

10.Trabajo y energía

Respuesta: x = 52,53 cm

Teorema del trabajo y la energía: la variación de energía cinética es igual al trabajo de todas las fuerzas. Escribiendo la gravedad y los muelles como energía potencial (mgh y ½kx²), queda un balance: energía inicial = energía final + energía perdida por rozamiento (μN·d).

Energía tras la franja rugosa

La rampa es lisa, así que solo la franja quita energía.

mgh − μmgL = 24,53·(5 − 0,25·2) = 110,4 J

Compresión máxima

½kx² = 110,4 → x = √(2·110,4/800) = 0,5253 m = 52,53 cm

Respuesta

x = 52,53 cm
11.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: v′2 = 16,36 m/s

Conservación de la cantidad de movimiento: si no actúa ninguna fuerza externa durante un choque, la cantidad de movimiento total Σm·v antes es igual a la total después. Las velocidades tienen sentido, así que elige un sentido positivo y pon un signo menos a las velocidades en sentido contrario. En un choque elástico también se conserva la energía cinética; en uno perfectamente inelástico los cuerpos quedan unidos.

Choque elástico con un blanco en reposo

Resolver a la vez la conservación de la cantidad de movimiento y la de la energía da estos dos resultados.

v′1 = (5 − 0,5)/(5 + 0,5)·9 = 7,364 m/s
v′2 = 2·5/(5 + 0,5)·9 = 16,36 m/s

Respuesta

v′2 = 16,36 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: v′ = 11,39 m/s

Conservación de la cantidad de movimiento: si no actúa ninguna fuerza externa durante un choque, la cantidad de movimiento total Σm·v antes es igual a la total después. Las velocidades tienen sentido, así que elige un sentido positivo y pon un signo menos a las velocidades en sentido contrario. En un choque elástico también se conserva la energía cinética; en uno perfectamente inelástico los cuerpos quedan unidos.

Componentes de la cantidad de movimiento

px = 1500·19 = 28500 kg·m/s
py = 1300·11 = 14300 kg·m/s

Velocidad de los restos

v′ = √(px² + py²)/(m1 + m2) = 31886/2800 = 11,39 m/s

Respuesta

v′ = 11,39 m/s
13.Rotación del sólido rígido

Respuesta: t = 30,57 s

Rotación alrededor de un eje fijo: la suma de los momentos respecto al eje es igual a I·α (ΣM = I·α), igual que ΣF = m·a en la traslación. En forma de energía, un par T que gira un ángulo θ (en radianes) realiza un trabajo T·θ, que cambia la energía cinética ½·I·ω²; la gravedad suma o resta m·g·Δh del centro de masa. La potencia es P = T·ω.

Velocidad angular

ω = 2π·1800/60 = 188,5 rad/s

Deceleración y tiempo

α = Tb/I = 185/30 = 6,167 rad/s²
t = ω/α = 188,5/6,167 = 30,57 s

Respuesta

t = 30,57 s
14.Rotación del sólido rígido

Respuesta: n2 = 142,8 rpm

Rodadura y momento angular: un cuerpo que rueda sin deslizar tiene v = ω·r, así que su energía cinética es ½·m·v² + ½·I·ω² = ½·m·v²·(1 + I/(m·r²)). Por una pendiente eso da a = g·sin θ/(1 + I/(m·r²)). Cuando no actúa ningún momento externo respecto a un eje, el momento angular respecto a ese eje se mantiene constante, I₁·ω₁ = I₂·ω₂, aunque se pierda energía cinética.

Momentos de inercia

I1 = 1,5 + 2·6·0,8² = 9,18 kg·m²
I2 = 1,5 + 2·6·0,25² = 2,25 kg·m²

Conservación del momento angular

n2 = n1·I1/I2 = 35·9,18/2,25 = 142,8 rpm

Respuesta

n2 = 142,8 rpm

La energía cinética aumenta: la energía extra procede del trabajo que realiza la persona al acercar las pesas.

15.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: T1 = 36,22 N·m

Trenes de engranajes: los engranajes que engranan entre sí tienen la misma velocidad en los dientes, así que n₁·N₁ = n₂·N₂: el engranaje con menos dientes gira más rápido. Los engranajes montados en un mismo eje giran a la misma velocidad. La potencia se transmite (menos las pérdidas), así que el par aumenta cuando la velocidad disminuye: T₂ = T₁·(N₂/N₁)·η, y P = T·ω con ω = 2π·n/60.

Par del motor

ω₁ = 2π·1450/60 = 151,8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 5500/151,8 = 36,22 N·m

Respuesta

T1 = 36,22 N·m
16.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: θ = 165,2 °

Transmisiones por correa: sin deslizamiento, ambas poleas tienen la misma velocidad periférica v = π·d·n/60, así que n₁·d₁ = n₂·d₂ y la relación de velocidades es d₂/d₁. El deslizamiento s hace que la polea conducida gire un poco más despacio: n₂ = n₁·(d₁/d₂)·(1 − s). La potencia transmitida es P = (T₁ − T₂)·v, con T₁ la tensión del ramal tenso y T₂ la del ramal flojo. El rozamiento limita la relación de tensiones: T₁/T₂ = eμθ, donde θ es el ángulo de contacto en radianes sobre la polea menor; para una correa abierta θ = π − 2·asin((d₂ − d₁)/(2C)) con distancia entre centros C.

Ángulo de la correa

asin(0,1292) = 7,421°

Ángulo de contacto

θ = 180 − 2·7,421 = 165,2°

Respuesta

θ = 165,2°
17.Muelles y péndulos

Respuesta: T = 2,765 s

Movimiento armónico simple: una masa m en un muelle de constante elástica k oscila con frecuencia angular ω = √(k/m) y periodo T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Un péndulo simple de longitud L tiene T = 2π·√(L/g). Con amplitud A, la velocidad máxima es A·ω, la aceleración máxima A·ω² y la energía ½·k·A².

Periodo del péndulo

T = 2π·√(1,9/9,81) = 2,765 s

Respuesta

T = 2,765 s
18.Muelles y péndulos

Respuesta: amax = 11,52 m/s²

Movimiento armónico simple: una masa m en un muelle de constante elástica k oscila con frecuencia angular ω = √(k/m) y periodo T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Un péndulo simple de longitud L tiene T = 2π·√(L/g). Con amplitud A, la velocidad máxima es A·ω, la aceleración máxima A·ω² y la energía ½·k·A².

Frecuencia angular

ω = √(480/2,5) = 13,86 rad/s

Aceleración máxima

amax = A·ω² = 0,06·13,86² = 11,52 m/s²

Respuesta

amax = 11,52 m/s²
19.Vibraciones mecánicas

Respuesta: ζ = 0,06031

Vibración libre de un sistema masa–muelle: la pulsación natural sin amortiguamiento es ωn = √(k/m) en rad/s, y fn = ωn/(2π) en Hz. Un amortiguador viscoso c da el factor de amortiguamiento ζ = c/cc, con amortiguamiento crítico cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Un sistema subamortiguado (ζ < 1) oscila a ωd = ωn·√(1 − ζ²). Los muelles en paralelo se suman, k = k₁ + k₂; los muelles en serie se suman como inversos, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Decremento logarítmico

δ = (1/2)·ln(25/11,7) = 0,3796

Factor de amortiguamiento

ζ = δ/√(4π² + δ²) = 0,3796/√(39,48 + 0,1441) = 0,06031

Respuesta

ζ = 0,06031
20.Vibraciones mecánicas

Respuesta: fn = 2,013 Hz

Vibración libre de un sistema masa–muelle: la pulsación natural sin amortiguamiento es ωn = √(k/m) en rad/s, y fn = ωn/(2π) en Hz. Un amortiguador viscoso c da el factor de amortiguamiento ζ = c/cc, con amortiguamiento crítico cc = 2·√(k·m) = 2·m·ωn. Un sistema subamortiguado (ζ < 1) oscila a ωd = ωn·√(1 − ζ²). Los muelles en paralelo se suman, k = k₁ + k₂; los muelles en serie se suman como inversos, 1/k = 1/k₁ + 1/k₂.

Rigidez equivalente

Los muelles en serie soportan la misma fuerza y suman sus deformaciones, así que se combinan como inversos: 1/k = 1/k1 + 1/k2.

1/keq = 1/5 + 1/20 → keq = 5·20/(5 + 20) = 4 kN/m

Frecuencia natural

ωn = √(4000/25) = 12,65 rad/s
fn = 12,65/(2π) = 2,013 Hz

Respuesta

fn = 2,013 Hz

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