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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 avión parte del reposo y acelera uniformemente a 3 m/s² por una pista. Halla su velocidad v tras recorrer 1900 m.
v₀ = 0a = 3 m/s²s = 1900 m
v = m/s
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 19 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 = 19 m/sh₀ = 10 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Un bloque de 13 kg baja deslizando por una rampa inclinada 45° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque a lo largo de la rampa.
m = 13 kgθ = 45°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 3,5 kg sobre una rampa de 35° está unido mediante un hilo ligero, que pasa por una polea sin rozamiento en lo alto de la rampa, a una masa colgante de 6,5 kg. La masa colgante baja. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la rampa es 0,25. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda.
Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 45° por encima de la horizontal y cae a 95 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad de lanzamiento v0.
θ = 45°R = 95 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 50° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 55 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.
v0 = 18 m/sθ = 50°h = 55 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Una bolita sujeta a un hilo de longitud 1,7 m describe una circunferencia horizontal de modo que el hilo forma un ángulo constante de 60° con la vertical (un péndulo cónico). Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v de la bola.
L = 1,7 mθ = 60°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Se hace girar en una circunferencia vertical una bola de 0,7 kg atada a una cuerda de 1,3 m. En el punto más bajo se mueve a 4 m/s. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda en el punto más bajo.
m = 0,7 kgr = 1,3 mv = 4 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque baja desde el reposo por una rampa inclinada 45° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,25. Halla su velocidad v tras deslizar 8 m por la rampa.
θ = 45°μ = 0,25d = 8 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabajo y energíaDifícil
Un muelle de rigidez 1000 N/m situado al pie de una pendiente de 20° se comprime 12 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 proyectil de 4 kg que se mueve horizontalmente a 36 m/s explota en dos fragmentos que se mueven a lo largo de la misma recta. El fragmento de 2 kg sigue hacia delante a 91 m/s. Halla la velocidad v′2 del fragmento de 2 kg (positiva en el sentido original).
M = 4 kgu = 36 m/sm1 = 2 kgv′1 = 91 m/sm2 = 2 kg
v′2 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,5 kg golpea una pared a 23 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 10 m/s. El contacto dura 20 ms. Halla el módulo del impulso J que la pared ejerce sobre la pelota.
m = 0,5 kgvin = 23 m/svout = 10 m/sΔt = 20 ms
J = N·s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Una barra esbelta uniforme de masa 18,5 kg y longitud 0,8 m está articulada por un extremo y se mantiene horizontal. Se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración atip del extremo libre justo después de soltarla.
m = 18,5 kgL = 0,8 mg = 9,81 m/s²
atip = m/s²
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (esfera hueca) parte del reposo y rueda sin deslizar por una pendiente inclinada 40° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla su velocidad v después de haber rodado 8,5 m a lo largo de la pendiente.
θ = 40°s = 8,5 mI = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Dos ejes paralelos están a 270 mm de distancia. Deben unirse mediante un par de ruedas dentadas rectas de módulo 5 mm y una reducción de velocidad de 3,5 : 1. ¿Cuántos dientes N2 debe tener la rueda?
a = 270 mmm = 5 mmi = 3,5
N2 =
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea de 100 mm y una polea de 300 mm cuyos centros están separados 500 mm. Halla el ángulo de contacto θ en la polea menor, en grados.
d1 = 100 mmd2 = 300 mmC = 500 mm
θ = °
17.Muelles y péndulosMedia
Un péndulo simple tiene una longitud de 0,4 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla su periodo T para oscilaciones pequeñas.
L = 0,4 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 2,8 kg unida a un muelle con k = 370 N/m se separa 5 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.
m = 2,8 kgk = 370 N/mA = 5 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 8 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 80 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 960 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 8 kgk = 80 kN/mc = 960 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 40 kg cuelga de dos muelles unidos uno tras otro (en serie): el muelle superior tiene k₁ = 100 kN/m y el inferior k₂ = 80 kN/m. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.
m = 40 kgk1 = 100 kN/mk2 = 80 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: v = 106,8 m/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.
Velocidad tras la distancia
v = √(2·a·s) = √(2·3·1900) = 106,8 m/s
Respuesta
v = 106,8 m/s
(384,4 km/h)
2.Cinemática
Respuesta: t = 4,343 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 = 19·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 19·t − 10 = 0
Resuelve la ecuación de segundo grado
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t = (19 + √(19² + 2·9,81·10))/9,81 = 4,343 s
Respuesta
t = 4,343 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 5,549 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 = 63,77 N
m₁·g·sin θ = 19,69 N
μ·m₁·g·cos θ = 7,031 N
Aceleración del sistema
a = (63,77 − 19,69 − 7,031)/10 = 3,704 m/s²
Tensión a partir de la masa colgante
m2·g − T = m2·a → T = 6,5·(9,81 − 3,704) = 39,69 N
Respuesta
T = 39,69 N
5.Tiro parabólico
Respuesta: v0 = 30,53 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) = √(9,81·95/sin 90°) = 30,53 m/s
Respuesta
v0 = 30,53 m/s
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 58,28 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 50° = 11,57 m/s
vy = v0·sin θ = 18·sin 50° = 13,79 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 55 + 13,79·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (13,79 + √(190,1 + 1079))/9,81 = 5,037 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 11,57·5,037 = 58,28 m
Respuesta
x = 58,28 m
7.Movimiento circular
Respuesta: v = 5,002 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.
Radio de la circunferencia
r = L·sin θ = 1,7·sin 60° = 1,472 m
Rapidez
La tensión y la gravedad juntas dan la fuerza hacia el centro: tan θ = v²/(r·g).
v = √(r·g·tan θ) = √(1,472·9,81·tan 60°) = 5,002 m/s
Respuesta
v = 5,002 m/s
8.Movimiento circular
Respuesta: T = 15,48 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 = 0,7·9,81 + 0,7·4²/1,3 = 6,867 + 8,615 = 15,48 N
Respuesta
T = 15,48 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: v = 9,124 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).
Balance de energía a lo largo de la rampa
El bloque baja una altura d·sin θ mientras el rozamiento le quita μmg·cos θ·d. La masa se cancela.
½v² = g·d·(sin θ − μ·cos θ)
v = √(2·9,81·8·(0,7071 − 0,25·0,7071)) = 9,124 m/s
Respuesta
v = 9,124 m/s
10.Trabajo y energía
Respuesta: d = 0,7598 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 = 12 cm = 0,12 m
½kx² = ½·1000·0,12² = 7,2 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 = 7,2/(19,62·(0,342 + 0,15·0,9397)) = 0,7598 m
Respuesta
d = 0,7598 m
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′2 = −19 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.
Cantidad de movimiento antes
p = M·u = 4·36 = 144 kg·m/s
Cantidad de movimiento después
144 = 2·91 + 2·v′2
v′2 = (144 − 182)/2 = −19 m/s
Respuesta
v′2 = −19 m/s
El signo menos significa que el segundo fragmento sale despedido hacia atrás.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: J = 16,5 N·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.
Variación de la cantidad de movimiento
J = m·Δv = 0,5·(10 + 23) = 16,5 N·s
Respuesta
J = 16,5 N·s
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: atip = 14,71 m/s²
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.
Momentos respecto al pasador
En el instante de soltarla ω = 0, así que no hay aceleración centrípeta y el centro acelera directamente hacia abajo.
atip = 1,5·g para cualquier longitud: el extremo libre cae más rápido que una piedra soltada.
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: v = 8,02 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 = 8,5·sin 40° = 5,464 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 + 0,6667)
v = √(2·9,81·5,464/1,667) = 8,02 m/s
Respuesta
v = 8,02 m/s
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: N2 = 84
Geometría de engranajes: el módulo m fija el tamaño del diente. Una rueda con N dientes tiene un diámetro primitivo d = m·N, dos ruedas que engranan tienen el mismo módulo, y su distancia entre centros es a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. La velocidad en la circunferencia primitiva es v = π·d·n/60, y la fuerza tangencial en el diente se obtiene del par: Ft = 2T/d.
Número total de dientes
N1 + N2 = 2a/m = 2·270/5 = 108
Reparte según la relación
N1 = 108/(1 + 3,5) = 24
N2 = 3,5·24 = 84
Respuesta
N2 = 84
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: θ = 156,9 °
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(0,2) = 11,54°
Ángulo de contacto
θ = 180 − 2·11,54 = 156,9°
Respuesta
θ = 156,9°
17.Muelles y péndulos
Respuesta: T = 1,269 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·√(0,4/9,81) = 1,269 s
Respuesta
T = 1,269 s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: amax = 6,607 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 = √(370/2,8) = 11,5 rad/s
Aceleración máxima
amax = A·ω² = 0,05·11,5² = 6,607 m/s²
Respuesta
amax = 6,607 m/s²
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,6
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·√(80000·8) = 1600 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 960/1600 = 0,6
Respuesta
ζ = 0,6
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 5,305 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.