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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 36 km/h frena con una deceleración constante de 3,5 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia de frenado s.
v₀ = 36 km/ha = −3,5 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Un cohete de modelismo se lanza verticalmente hacia arriba desde el reposo. Su motor le da una aceleración constante hacia arriba de 26 m/s² durante 2 s; después el motor se apaga y el cohete se mueve libremente. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la altura máxima hmax que alcanza el cohete.
a = 26 m/s²t1 = 2 sg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leyes de NewtonMedia
Se arrastra un trineo de 20 kg por nieve horizontal con una cuerda a 35° por encima de la horizontal y una fuerza de 160 N. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del trineo.
m = 20 kgF = 160 Nθ = 35°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 8 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 5 kg. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la mesa es 0,1. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda.
m1 = 8 kgm2 = 5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
T = N
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 35° sobre la horizontal desde el suelo llano. Desprecia la resistencia del aire. Halla el tiempo de vuelo t hasta que la pelota toca el suelo.
v0 = 22 m/sθ = 35°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 15° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 30 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.
v0 = 18 m/sθ = 15°h = 30 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 130 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 = 130 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Una curva de radio 100 m tiene un peralte de 8°, y el coeficiente de rozamiento estático entre neumáticos y carretera es 0,2. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que un coche puede tomar la curva sin deslizar hacia arriba y hacia fuera.
r = 100 mθ = 8°μs = 0,2g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque de 2,5 kg desliza 9 m por una rampa inclinada 45° respecto a la horizontal, con un coeficiente de rozamiento dinámico de 0,1. Halla el trabajo Wf realizado contra el rozamiento.
m = 2,5 kgθ = 45°μ = 0,1d = 9 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabajo y energíaDifícil
Se suelta desde el reposo un bloque de 0,5 kg a una altura de 2 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 3,5 m (μ = 0,15) y después choca contra un muelle (k = 800 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la velocidad v del bloque cuando llega al muelle.
m = 0,5 kgh = 2 mL = 3,5 mμ = 0,15k = 800 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Una bala de 15 g se dispara horizontalmente contra un bloque de madera de 3 kg que cuelga de hilos ligeros, y se queda incrustada en él. El bloque oscila hacia arriba hasta quedar 11 cm más alto que al principio. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v de la bala antes del impacto.
m = 15 gM = 3 kgh = 11 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,4 kg golpea una pared a 27 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 4 m/s. El contacto dura 40 ms. Halla la fuerza media Favg que ejerce la pared sobre la pelota.
m = 0,4 kgvin = 27 m/svout = 4 m/sΔt = 40 ms
Favg = N
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un volante de inercia con un momento de inercia de 2,5 kg·m² gira a 2800 rpm. Un freno aplica un par de rozamiento constante de 140 N·m. ¿Cuánto tiempo t tarda en detenerse?
I = 2,5 kg·m²n = 2800 rpmTb = 140 N·m
t = s
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Una barra esbelta uniforme de masa 2 kg y longitud 1,1 m cuelga en reposo de un pivote sin rozamiento en su extremo superior. Una bala de 20 g que se mueve horizontalmente a 260 m/s golpea la barra 0,59 m por debajo del pivote y queda incrustada. Usa g = 9,81 m/s². Halla el mayor ángulo φ respecto a la vertical que alcanza la barra al oscilar.
M = 2 kgL = 1,1 mm = 20 gv = 260 m/sd = 0,59 mg = 9,81 m/s²
φ = °
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Una correa pasa por una polea motriz de 150 mm a 2880 rpm. La tensión es de 1500 N en el ramal tenso y de 375 N en el ramal flojo. Halla la potencia P transmitida, en kW.
d1 = 150 mmn1 = 2880 rpmT1 = 1500 NT2 = 375 N
P = kW
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Un motor de 3 kW a 2900 rpm acciona la rueda A (12 dientes), que engrana con la rueda B (50 dientes). La rueda C (32 dientes), en el mismo eje que B, acciona la rueda D (60 dientes) en el eje de salida. Cada engrane tiene un rendimiento del 97 %. Halla el par de salida Tout.
Una astronauta en otro planeta comprueba que un péndulo simple de 1 m de longitud tiene un periodo de 1,26 s para oscilaciones pequeñas. Halla la aceleración de la gravedad g en ese planeta.
L = 1 mT = 1,26 s
g = m/s²
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 1,6 kg se une al extremo inferior de un muelle vertical sin estirar con k = 490 N/m y se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla el alargamiento máximo xmax del muelle en cm.
m = 1,6 kgk = 490 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
19.Vibraciones mecánicasMedia
En un ensayo de vibración libre de un sistema masa–muelle amortiguado, a un pico de desplazamiento de 50 mm le sigue 3 ciclos después un pico de 23,5 mm. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
x0 = 50 mmx3 = 23,5 mmn = 3
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 10 kg cuelga de dos muelles unidos uno tras otro (en serie): el muelle superior tiene k₁ = 50 kN/m y el inferior k₂ = 25 kN/m. Halla la rigidez equivalente keq del sistema de muelles en kN/m.
m = 10 kgk1 = 50 kN/mk2 = 25 kN/m
keq = kN/m
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: s = 14,29 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 = 36/3,6 = 10 m/s
Distancia de frenado
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 10²/(2·3,5) = 14,29 m
Respuesta
s = 14,29 m
2.Cinemática
Respuesta: hmax = 189,8 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.
Fase propulsada
v₁ = 26·2 = 52 m/s
h₁ = ½·26·2² = 52 m
Vuelo libre hacia arriba
En el punto más alto la velocidad es nula.
Δh = v₁²/(2g) = 52²/(2·9,81) = 137,8 m
hmax = 52 + 137,8 = 189,8 m
Respuesta
hmax = 189,8 m
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 5,509 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 − 160·sin 35° = 104,4 N
Fuerzas horizontales
m·a = F·cos θ − μ·N = 131,1 − 20,89
a = 110,2/20 = 5,509 m/s²
Respuesta
a = 5,509 m/s²
4.Leyes de Newton
Respuesta: T = 33,2 N
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 = 22·cos 35° = 18,02 m/s
vy = v0·sin θ = 22·sin 35° = 12,62 m/s
Tiempo de vuelo
Sale y cae a la misma altura: t = 2vy/g.
t = 2·12,62/9,81 = 2,573 s
Respuesta
t = 2,573 s
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 52,04 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
La velocidad horizontal se mantiene constante; el movimiento vertical tiene una aceleración constante g = 9,81 m/s² hacia abajo.
vx = v0·cos θ = 18·cos 15° = 17,39 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 15° = 4,659 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 30 + 4,659·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (4,659 + √(21,7 + 588,6))/9,81 = 2,993 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 17,39·2,993 = 52,04 m
Respuesta
x = 52,04 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 31,94 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) = √(0,8·9,81·130) = 31,94 m/s
Respuesta
vmax = 31,94 m/s (115 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 18,54 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.
Equilibrios de fuerzas
El rozamiento apunta pendiente abajo.
N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g
Rapidez
v = √(100·9,81·0,3372/0,9624) = 18,54 m/s
Respuesta
vmax = 18,54 m/s
(66,74 km/h)
9.Trabajo y energía
Respuesta: Wf = 15,61 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 = 24,53·0,7071 = 17,34 N
F = μN = 0,1·17,34 = 1,734 N
Trabajo contra el rozamiento
Wf = F·d = 1,734·9 = 15,61 J
Respuesta
Wf = 15,61 J
10.Trabajo y energía
Respuesta: v = 5,38 m/s
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 = 4,905·(2 − 0,15·3,5) = 7,235 J
Velocidad al llegar al muelle
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·1,475) = 5,38 m/s
Respuesta
v = 5,38 m/s
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v = 295,3 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.
Oscilación tras el impacto
V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,11) = 1,469 m/s
Choque
m·v = (m + M)·V → v = (0,015 + 3)·1,469/0,015 = 295,3 m/s
Respuesta
v = 295,3 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: Favg = 310 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 = 0,4·(4 + 27) = 12,4 N·s
Fuerza media
Favg = J/Δt = 12,4/0,04 = 310 N
Respuesta
Favg = 310 N
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: t = 5,236 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·2800/60 = 293,2 rad/s
Deceleración y tiempo
α = Tb/I = 140/2,5 = 56 rad/s²
t = ω/α = 293,2/56 = 5,236 s
Respuesta
t = 5,236 s
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: φ = 61,99 °
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.
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.
Velocidad de la correa
v = 22,62 m/s
Potencia
P = (1500 − 375)·22,62 = 25447 W = 25,45 kW
Respuesta
P = 25,45 kW
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: Tout = 72,62 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 salida
nout = 2900·(12/50)·(32/60) = 371,2 rpm
ωout = 2π·371,2/60 = 38,87 rad/s
Potencia y par de salida
Pout = 3000·0,97² = 2823 W
Tout = Pout/ωout = 2823/38,87 = 72,62 N·m
Respuesta
Tout = 72,62 N·m
17.Muelles y péndulos
Respuesta: g = 24,87 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.
Despeja g
g = 4π²·L/T² = 4π²·1/1,26² = 24,87 m/s²
Respuesta
g = 24,87 m/s²
18.Muelles y péndulos
Respuesta: xmax = 6,407 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.
Equilibrio y amplitud
x₀ = m·g/k = 1,6·9,81/490 = 0,03203 m = A
Punto más bajo
xmax = 2A = 0,06407 m = 6,407 cm
Respuesta
xmax = 6,407 cm
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,04002
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.
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.