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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
Anota lo que sabes: v₀, v, a, t y s, con unidades.
Elige la ecuación que contiene tus tres datos conocidos y la incógnita.
Elige un sentido positivo y da signo menos a las magnitudes en sentido contrario.
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
Dibuja un diagrama de cuerpo libre con todas las fuerzas sobre el cuerpo.
Elige un sentido positivo a lo largo del movimiento.
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).
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
Descompón la velocidad de lanzamiento en componentes: vx = v₀·cos θ y vy = v₀·sin θ.
El movimiento horizontal tiene velocidad constante; el vertical tiene aceleración −g.
Halla el tiempo de vuelo a partir del movimiento vertical.
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
Elige un sentido positivo y da a cada velocidad su signo.
Escribe la cantidad de movimiento total antes: Σm·v.
En un choque perfectamente inelástico los cuerpos se mueven juntos después; en uno elástico también se conserva la energía cinética.
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
Elige el eje: un pivote fijo, o el centro de masa para cuerpos que ruedan.
Halla el momento de inercia respecto a ese eje a partir de los resultados estándar, usando I = IG + m·d² para un eje desplazado.
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.
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
Un coche que circula a 60 km/h frena con una deceleración constante de 3,5 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia de frenado s.
v₀ = 60 km/ha = −3,5 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 15 m/s desde el borde de un tejado situado a 10 m sobre el suelo. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². ¿Cuánto tiempo después del lanzamiento llega al suelo? Halla t.
v₀ = 15 m/sh₀ = 10 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Un bloque de 18 kg baja deslizando por una rampa sin rozamiento inclinada 25° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque a lo largo de la rampa.
m = 18 kgθ = 25°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 3,5 kg sobre una rampa de 20° está unido mediante un hilo ligero, que pasa por una polea sin rozamiento en lo alto de la rampa, a una masa colgante de 2,5 kg. La masa colgante baja. La rampa no tiene rozamiento. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del sistema.
m1 = 3,5 kgm2 = 2,5 kgθ = 20°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 20° por encima de la horizontal y cae a 130 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad de lanzamiento v0.
θ = 20°R = 130 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota desde el nivel del suelo a 29 m/s y 30° por encima de la horizontal. Cae, ya bajando, sobre la azotea plana de un edificio de 2 m de altura. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la distancia horizontal x desde el punto de lanzamiento hasta donde cae.
v₀ = 29 m/sθ = 30°hroof = 2 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
En un rotor de feria, los pasajeros se colocan contra la pared de un cilindro vertical de radio 4 m. Cuando gira lo bastante rápido, el suelo baja y el rozamiento los sostiene. El coeficiente de rozamiento estático es 0,4. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad angular mínima ω en rad/s.
r = 4 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
ω = rad/s
8.Movimiento circularDifícil
Se hace girar en una circunferencia vertical una bola atada a una cuerda de 0,6 m. Usa g = 9,81 m/s². ¿Cuál es la velocidad mínima vmin en el punto más alto para que la cuerda siga justo tensa?
r = 0,6 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
Una bola de 2 kg cuelga de un hilo ligero de longitud 3 m. Se separa hasta que el hilo forma 60° 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 = 2 kgL = 3 mθ = 60°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Trabajo y energíaDifícil
Un muelle de rigidez 800 N/m situado al pie de una pendiente de 30° se comprime 15 cm contra un bloque de 2 kg y se suelta. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la pendiente es 0,15. ¿Qué distancia d recorre el bloque pendiente arriba desde el punto de suelta hasta detenerse? (Desprecia el corto tramo en el que empuja el muelle, es decir, aplica el rozamiento y la gravedad a toda la distancia d.)
Un deslizador de 3,5 kg que se mueve a 5 m/s choca frontalmente, de forma perfectamente elástica, con un deslizador de 3 kg en reposo sobre un carril sin rozamiento. Halla la velocidad v′1 del primer deslizador después del choque (positiva en su sentido inicial).
m1 = 3,5 kgm2 = 3 kgv1 = 5 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,1 kg golpea una pared a 22 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 5 m/s. El contacto dura 10 ms. Halla la fuerza media Favg que ejerce la pared sobre la pelota.
m = 0,1 kgvin = 22 m/svout = 5 m/sΔt = 10 ms
Favg = N
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un motor entrega un par de 1210 N·m a 1800 rpm. Halla su potencia de salida P en kW.
T = 1210 N·mn = 1800 rpm
P = kW
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (esfera maciza) rueda sin deslizar por una pendiente inclinada 10° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a de su centro.
θ = 10°I = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²
a = m/s²
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Un motor de 1,5 kW que gira a 1440 rpm acciona un piñón de 25 dientes, que engrana con una rueda de 45 dientes. El par de engranajes tiene un rendimiento del 96 %. Halla el par T1 en el eje del motor.
P = 1,5 kWn1 = 1440 rpmN1 = 25N2 = 45η = 96%
T1 = N·m
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea motriz de 200 mm a 960 rpm con una polea de 500 mm; los centros están separados 800 mm. El coeficiente de rozamiento es 0,35 y la tensión del ramal tenso no puede superar 600 N. Halla la mayor potencia P que puede transmitir la correa sin deslizar, en kW (ignora los efectos centrífugos).
Una masa de 1,8 kg unida a un muelle con k = 40 N/m oscila sobre una superficie sin rozamiento con una amplitud de 9 cm. Halla su velocidad v cuando está a 5 cm del equilibrio.
m = 1,8 kgk = 40 N/mA = 9 cmx = 5 cm
v = m/s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 3 kg unida a un muelle con k = 380 N/m se separa 12 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.
m = 3 kgk = 380 N/mA = 12 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 20 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 50 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 800 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 20 kgk = 50 kN/mc = 800 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 40 kg cuelga de dos muelles uno al lado del otro (en paralelo), con rigideces k₁ = 40 kN/m y k₂ = 20 kN/m. La masa se mantiene horizontal. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.
m = 40 kgk1 = 40 kN/mk2 = 20 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: s = 39,68 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.
Unidades
v₀ = 60/3,6 = 16,67 m/s
Distancia de frenado
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 16,67²/(2·3,5) = 39,68 m
Respuesta
s = 39,68 m
2.Cinemática
Respuesta: t = 3,621 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.
Ecuación del movimiento
Hacia arriba es positivo y el suelo está h₀ por debajo del punto de partida.
−10 = 15·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 15·t − 10 = 0
Resuelve la ecuación de segundo grado
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t = (15 + √(15² + 2·9,81·10))/9,81 = 3,621 s
Respuesta
t = 3,621 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 4,146 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.
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.
Fuerzas a lo largo del hilo
m₂·g = 24,53 N
m₁·g·sin θ = 11,74 N
μ·m₁·g·cos θ = 0 N
Aceleración del sistema
a = (24,53 − 11,74 − 0)/6 = 2,13 m/s²
Respuesta
a = 2,13 m/s²
5.Tiro parabólico
Respuesta: v0 = 44,54 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) = √(9,81·130/sin 40°) = 44,54 m/s
Respuesta
v0 = 44,54 m/s
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 70,6 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.
Descompón la velocidad de lanzamiento
vx = 25,11 m/s, vy = 14,5 m/s
Tiempo hasta caer en la azotea
Raíz mayor: la pelota está bajando.
2 = 14,5·t − 4,905·t²
t = (14,5 + √(14,5² − 2·9,81·2))/9,81 = 2,811 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 25,11·2,811 = 70,6 m
Respuesta
x = 70,6 m
7.Movimiento circular
Respuesta: ω = 2,476 rad/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.
Fuerzas sobre un pasajero
N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g
Velocidad angular
ω = √(g/(μ·r)) = √(9,81/(0,4·4)) = 2,476 rad/s
Respuesta
ω = 2,476 rad/s
8.Movimiento circular
Respuesta: vmin = 2,426 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.
Tensión nula en el punto más alto
m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·0,6) = 2,426 m/s
Respuesta
vmin = 2,426 m/s
9.Trabajo y energía
Respuesta: T = 39,24 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) = 2·9,81·3·(1 − cos 60°) = 29,43 m²/s²
Fuerzas abajo
m·g = 2·9,81 = 19,62 N
T = mg + mv²/L = 19,62 + 2·29,43/3 = 39,24 N
Respuesta
T = 39,24 N
Comprobación: T = mg(3 − 2cos θ) = 39,24 N.
10.Trabajo y energía
Respuesta: d = 0,7282 m
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 del muelle
x = 15 cm = 0,15 m
½kx² = ½·800·0,15² = 9 J
Balance de energía a lo largo de la rampa
m·g = 2·9,81 = 19,62 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 9/(19,62·(0,5 + 0,15·0,866)) = 0,7282 m
Respuesta
d = 0,7282 m
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′1 = 0,3846 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 = (3,5 − 3)/(3,5 + 3)·5 = 0,3846 m/s
v′2 = 2·3,5/(3,5 + 3)·5 = 5,385 m/s
Respuesta
v′1 = 0,3846 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: Favg = 270 N
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.
Variación de la cantidad de movimiento
J = m·Δv = 0,1·(5 + 22) = 2,7 N·s
Fuerza media
Favg = J/Δt = 2,7/0,01 = 270 N
Respuesta
Favg = 270 N
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: P = 228,1 kW
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
Potencia
P = T·ω = 1210·188,5 = 228080 W = 228,1 kW
Respuesta
P = 228,1 kW
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: a = 1,217 m/s²
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.
Ecuaciones del movimiento
m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0,4·m·r²·(a/r) → f = 0,4·m·a
Aceleración
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 10°/1,4 = 1,217 m/s²
Respuesta
a = 1,217 m/s²
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: T1 = 9,947 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·1440/60 = 150,8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 1500/150,8 = 9,947 N·m
Respuesta
T1 = 9,947 N·m
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: P = 3,74 kW
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 contacto
θ = 2,764 rad
Tensión del ramal flojo
eμθ = e0,9675 = 2,631, T₂ = 600/2,631 = 228 N
Potencia
P = (600 − 228)·10,05 = 3,74 kW
Respuesta
P = 3,74 kW
17.Muelles y péndulos
Respuesta: v = 0,3528 m/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.
Frecuencia angular
ω = √(40/1,8) = 4,714 rad/s
Velocidad en x
v = ω·√(A² − x²) = 4,714·√(0,09² − 0,05²) = 0,3528 m/s
Respuesta
v = 0,3528 m/s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: amax = 15,2 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 = √(380/3) = 11,25 rad/s
Aceleración máxima
amax = A·ω² = 0,12·11,25² = 15,2 m/s²
Respuesta
amax = 15,2 m/s²
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,4
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.
Amortiguamiento crítico
cc = 2·√(k·m) = 2·√(50000·20) = 2000 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 800/2000 = 0,4
Respuesta
ζ = 0,4
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 6,164 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 uno al lado del otro comparten la deformación y suman sus fuerzas, así que sus rigideces simplemente se suman: k = k1 + k2.