En la ventana de impresión, elige «Guardar como PDF» para conservar una copia en tu dispositivo.
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 avión necesita una velocidad de 250 km/h para despegar y la pista útil mide 1200 m. Partiendo del reposo, ¿qué aceleración constante a necesita?
v₀ = 0v = 250 km/hs = 1200 m
a = m/s²
2.CinemáticaDifícil
Un tranvía parte del reposo y acelera a 2,5 m/s² durante 11 s, después circula a velocidad constante durante 20 s y por último frena a 3,5 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia total s entre las dos paradas.
a1 = 2,5 m/s²t1 = 11 st2 = 20 sa3 = −3,5 m/s²
s = m
3.Leyes de NewtonMedia
Se arrastra un trineo de 40 kg por nieve horizontal con una cuerda a 25° por encima de la horizontal y una fuerza de 140 N. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,25. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del trineo.
m = 40 kgF = 140 Nθ = 25°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 7,5 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 3 kg. La mesa no tiene rozamiento. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del sistema.
m1 = 7,5 kgm2 = 3 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 65° sobre la horizontal desde el suelo llano. Desprecia la resistencia del aire. Halla la altura máxima H que alcanza la pelota.
v0 = 12 m/sθ = 65°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 45° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 30 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla el tiempo de vuelo t hasta que la pelota toca el suelo.
v0 = 26 m/sθ = 45°h = 30 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimiento circularMedia
Una curva de radio 290 m tiene un peralte de 8°. ¿A qué velocidad v puede tomarla un coche sin necesitar ningún rozamiento? Usa g = 9,81 m/s².
r = 290 mθ = 8°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Una bola de 0,9 kg sujeta a un hilo ligero de 1,3 m de longitud se hace girar en una circunferencia vertical. En el punto más bajo su velocidad es 10,5 m/s. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión Ttop del hilo en el punto más alto.
Un bloque de 4 kg desliza 8 m por una rampa inclinada 45° respecto a la horizontal, con un coeficiente de rozamiento dinámico de 0,15. Halla el trabajo Wf realizado contra el rozamiento.
m = 4 kgθ = 45°μ = 0,15d = 8 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabajo y energíaDifícil
Se suelta desde el reposo un bloque de 10 kg a una altura de 3 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 2,5 m (μ = 0,3) y después choca contra un muelle (k = 500 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la compresión máxima x del muelle.
m = 10 kgh = 3 mL = 2,5 mμ = 0,3k = 500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un coche de 1700 kg que se mueve a 12 m/s choca con un coche parado de 1300 kg y ambos quedan unidos. ¿Cuánta energía cinética ΔK se pierde en el choque?
m1 = 1700 kgv1 = 12 m/sm2 = 1300 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,2 kg golpea una pared a 13 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 8 m/s. El contacto dura 25 ms. Halla la fuerza media Favg que ejerce la pared sobre la pelota.
m = 0,2 kgvin = 13 m/svout = 8 m/sΔt = 25 ms
Favg = N
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un motor entrega un par de 1040 N·m a 2800 rpm. Halla su potencia de salida P en kW.
T = 1040 N·mn = 2800 rpm
P = kW
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (esfera maciza) parte del reposo y rueda sin deslizar por una pendiente inclinada 25° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla su velocidad v después de haber rodado 5,5 m a lo largo de la pendiente.
θ = 25°s = 5,5 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Un motor de 2,2 kW a 960 rpm acciona un tornillo sinfín de 3 entrada(s). La rueda tiene 80 dientes y la transmisión tiene un rendimiento del 70 %. Halla el par de salida Tw en el eje de la rueda.
z = 3Nw = 80n = 960 rpmP = 2,2 kWη = 70%
Tw = N·m
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea motriz de 160 mm a 720 rpm con una polea de 250 mm; los centros están separados 1000 mm. El coeficiente de rozamiento es 0,3 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 3,3 kg unida a un muelle con k = 230 N/m se desplaza 13 cm en sentido positivo y se suelta desde el reposo en t = 0. Halla su desplazamiento x respecto al equilibrio en t = 1,25 s (con signo).
m = 3,3 kgk = 230 N/mA = 13 cmt = 1,25 s
x = cm
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa unida a un muelle con k = 350 N/m oscila sobre una superficie sin rozamiento con una amplitud de 19 cm. Halla su energía cinética K cuando está a 13 cm del equilibrio.
k = 350 N/mA = 19 cmx = 13 cm
K = J
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 40 kg sobre un muelle con una rigidez de 5 kN/m tiene un amortiguador viscoso que da un factor de amortiguamiento de 0,45. Halla la frecuencia natural amortiguada fd de su vibración libre en Hz.
m = 40 kgk = 5 kN/mζ = 0,45
fd = Hz
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 10 kg cuelga de dos muelles unidos uno tras otro (en serie): el muelle superior tiene k₁ = 10 kN/m y el inferior k₂ = 5 kN/m. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.
m = 10 kgk1 = 10 kN/mk2 = 5 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: a = 2,009 m/s²
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
v = 250/3,6 = 69,44 m/s
Aceleración
a = v²/(2s) = 69,44²/(2·1200) = 2,009 m/s²
Respuesta
a = 2,009 m/s²
2.Cinemática
Respuesta: s = 809,3 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.
Velocidad máxima
v = a1·t1 = 2,5·11 = 27,5 m/s
Distancia de cada fase
s1 = ½·2,5·11² = 151,3 m
s2 = 27,5·20 = 550 m
s3 = 27,5²/(2·3,5) = 108 m
Distancia total
s = 151,3 + 550 + 108 = 809,3 m
Respuesta
s = 809,3 m
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 1,089 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 = 392,4 − 140·sin 25° = 333,2 N
Fuerzas horizontales
m·a = F·cos θ − μ·N = 126,9 − 83,31
a = 43,57/40 = 1,089 m/s²
Respuesta
a = 1,089 m/s²
4.Leyes de Newton
Respuesta: a = 2,803 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.
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
La velocidad horizontal se mantiene constante; el movimiento vertical tiene una aceleración constante g = 9,81 m/s² hacia abajo.
vx = v0·cos θ = 12·cos 65° = 5,071 m/s
vy = v0·sin θ = 12·sin 65° = 10,88 m/s
Punto más alto
En lo más alto la velocidad vertical es cero: vy² = 2gH.
H = vy²/(2g) = 10,88²/(2·9,81) = 6,029 m
Respuesta
H = 6,029 m
6.Tiro parabólico
Respuesta: t = 4,977 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.
Descompón la velocidad de lanzamiento
La velocidad horizontal se mantiene constante; el movimiento vertical tiene una aceleración constante g = 9,81 m/s² hacia abajo.
vx = v0·cos θ = 26·cos 45° = 18,38 m/s
vy = v0·sin θ = 26·sin 45° = 18,38 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 30 + 18,38·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (18,38 + √(338 + 588,6))/9,81 = 4,977 s
Respuesta
t = 4,977 s
7.Movimiento circular
Respuesta: v = 20 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.
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.
Velocidad en lo más alto
La energía cinética se transforma en energía potencial a lo largo de una altura 2r.
vtop² = 10,5² − 4·9,81·1,3 = 59,24 m²/s²
Fuerzas en lo más alto
La tensión y la gravedad apuntan ambas hacia abajo, hacia el centro.
T + m·g = m·vtop²/r
T = 0,9·59,24/1,3 − 0,9·9,81 = 32,18 N
Respuesta
Ttop = 32,18 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: Wf = 33,3 J
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).
Fuerza de rozamiento
N = mg·cos θ = 39,24·0,7071 = 27,75 N
F = μN = 0,15·27,75 = 4,162 N
Trabajo contra el rozamiento
Wf = F·d = 4,162·8 = 33,3 J
Respuesta
Wf = 33,3 J
10.Trabajo y energía
Respuesta: x = 93,96 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 = 98,1·(3 − 0,3·2,5) = 220,7 J
Compresión máxima
½kx² = 220,7 → x = √(2·220,7/500) = 0,9396 m = 93,96 cm
Respuesta
x = 93,96 cm
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: ΔK = 53040 J
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.
Velocidad común
v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 1700·12/3000 = 6,8 m/s
Energía cinética antes y después
Kbefore = ½·1700·12² = 122400 J
Kafter = ½·3000·6,8² = 69360 J
Energía perdida
ΔK = 122400 − 69360 = 53040 J
Respuesta
ΔK = 53040 J
La energía perdida se convierte en deformación, calor y sonido.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: Favg = 168 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 = 0,2·(8 + 13) = 4,2 N·s
Fuerza media
Favg = J/Δt = 4,2/0,025 = 168 N
Respuesta
Favg = 168 N
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: P = 304,9 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·2800/60 = 293,2 rad/s
Potencia
P = T·ω = 1040·293,2 = 304944 W = 304,9 kW
Respuesta
P = 304,9 kW
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: v = 5,707 m/s
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.
Altura descendida
h = s·sin θ = 5,5·sin 25° = 2,324 m
Balance de energía con rodadura
Rodadura sin deslizamiento: ω = v/r, y el rozamiento no realiza trabajo en el punto de contacto.
m·g·h = ½·m·v²·(1 + 0,4)
v = √(2·9,81·2,324/1,4) = 5,707 m/s
Respuesta
v = 5,707 m/s
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: Tw = 408,5 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.
Velocidad de la rueda
nw = n·z/Nw = 960·3/80 = 36 rpm
Par de salida
ωw = 2π·36/60 = 3,77 rad/s
Tw = η·P/ωw = 0,7·2200/3,77 = 408,5 N·m
Respuesta
Tw = 408,5 N·m
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: P = 2,17 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 = 3,052 rad
Tensión del ramal flojo
eμθ = e0,9155 = 2,498, T₂ = 600/2,498 = 240,2 N
Potencia
P = (600 − 240,2)·6,032 = 2,17 kW
Respuesta
P = 2,17 kW
17.Muelles y péndulos
Respuesta: x = −6,905 cm
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 = √(230/3,3) = 8,348 rad/s
ω·t = 8,348·1,25 = 10,44 rad
Desplazamiento
x = A·cos(ω·t) = 13·cos(10,44) = −6,905 cm
Respuesta
x = −6,905 cm
18.Muelles y péndulos
Respuesta: K = 3,36 J
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.
Energía total
E = ½·k·A² = ½·350·0,19² = 6,317 J
Energía del muelle en x
U = ½·k·x² = ½·350·0,13² = 2,958 J
Energía cinética
K = 6,317 − 2,958 = 3,36 J
Respuesta
K = 3,36 J
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fd = 1,589 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.
Frecuencia natural sin amortiguamiento
ωn = √(5000/40) = 11,18 rad/s
fn = 11,18/(2π) = 1,779 Hz
Frecuencia natural amortiguada
fd = fn·√(1 − ζ²) = 1,779·√(1 − 0,45²) = 1,589 Hz
Respuesta
fd = 1,589 Hz
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 2,906 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.