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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 100 km/h frena con una deceleración constante de 5,5 m/s² hasta detenerse. ¿Cuánto dura la frenada? Halla t.
v₀ = 100 km/ha = −5,5 m/s²v = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 17 m/s desde el borde de un tejado situado a 15 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 = 17 m/sh₀ = 15 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Un bloque de 9 kg baja deslizando por una rampa inclinada 25° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,15. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque a lo largo de la rampa.
m = 9 kgθ = 25°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 10 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 1 kg. La mesa no tiene rozamiento. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda.
m1 = 10 kgm2 = 1 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
T = N
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 65° sobre la horizontal desde el suelo llano. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.
v0 = 40 m/sθ = 65°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 45° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 40 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.
v0 = 19 m/sθ = 45°h = 40 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 110 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,6. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que el coche puede tomar la curva sin derrapar.
r = 110 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Una curva de radio 80 m tiene un peralte de 30°, y el coeficiente de rozamiento estático entre neumáticos y carretera es 0,4. 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 = 80 mθ = 30°μs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque de 2,5 kg desliza 11 m por una rampa inclinada 35° 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 = 35°μ = 0,1d = 11 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabajo y energíaDifícil
Se suelta desde el reposo un bloque de 5 kg a una altura de 1 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 4 m (μ = 0,1) y después choca contra un muelle (k = 1000 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la compresión máxima x del muelle.
m = 5 kgh = 1 mL = 4 mμ = 0,1k = 1000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un deslizador de 5 kg que se mueve a 9 m/s choca frontalmente, de forma perfectamente elástica, con un deslizador de 4 kg en reposo sobre un carril sin rozamiento. Halla la velocidad v′2 del segundo deslizador después del choque.
m1 = 5 kgm2 = 4 kgv1 = 9 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
En un cruce, un coche de 1100 kg que circula hacia el este a 15 m/s choca con un coche de 1300 kg que circula hacia el norte a 15 m/s. Los coches quedan unidos. Halla la dirección θ de los restos justo después del choque, medida desde el este hacia el norte.
m1 = 1100 kgv1 = 15 m/s (E)m2 = 1300 kgv2 = 15 m/s (N)
θ = °
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Una barra esbelta uniforme de masa 6,5 kg y longitud 1,4 m está articulada por un extremo y se suelta desde el reposo en posición horizontal. Una pequeña bola de masa 3 kg está fijada a su extremo libre. Ignora el rozamiento y usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v del extremo libre cuando la barra pasa por la posición vertical.
m = 6,5 kgL = 1,4 mmball = 3 kgg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (cilindro macizo) 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 = ½·m·r²g = 9,81 m/s²
a = m/s²
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Un motor de 4 kW que gira a 2900 rpm acciona un piñón de 24 dientes y módulo 2,5 mm. Halla la fuerza tangencial Ft sobre los dientes del piñón.
P = 4 kWn = 2900 rpmN1 = 24m = 2,5 mm
Ft = N
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea de 120 mm y una polea de 400 mm cuyos centros están separados 1200 mm. Halla el ángulo de contacto θ en la polea menor, en grados.
d1 = 120 mmd2 = 400 mmC = 1200 mm
θ = °
17.Muelles y péndulosMedia
¿Qué longitud debe tener un péndulo simple para que su periodo sea de 2,3 s? Usa g = 9,81 m/s². Halla L.
T = 2,3 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 1,2 kg unida a un muelle con k = 500 N/m se separa 14 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.
m = 1,2 kgk = 500 N/mA = 14 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 5 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 5 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 190 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 5 kgk = 5 kN/mc = 190 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 100 kg cuelga del muelle k₃ = 100 kN/m. El extremo superior de k₃ está unido a una barra rígida que cuelga de dos muelles uno al lado del otro, k₁ = 25 kN/m y k₂ = 50 kN/m; la barra se mantiene horizontal. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles y de la barra. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.
m = 100 kgk1 = 25 kN/mk2 = 50 kN/mk3 = 100 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: t = 5,051 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.
Unidades
v₀ = 100/3,6 = 27,78 m/s
Tiempo de frenado
0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 27,78/5,5 = 5,051 s
Respuesta
t = 5,051 s
2.Cinemática
Respuesta: t = 4,195 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.
−15 = 17·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 17·t − 15 = 0
Resuelve la ecuación de segundo grado
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t = (17 + √(17² + 2·9,81·15))/9,81 = 4,195 s
Respuesta
t = 4,195 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 2,812 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.
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 = 40·cos 65° = 16,9 m/s
vy = v0·sin θ = 40·sin 65° = 36,25 m/s
Tiempo de vuelo
Sale y cae a la misma altura: t = 2vy/g.
t = 2·36,25/9,81 = 7,391 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 16,9·7,391 = 124,9 m
Respuesta
x = 124,9 m
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 60,95 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 = 19·cos 45° = 13,44 m/s
vy = v0·sin θ = 19·sin 45° = 13,44 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 40 + 13,44·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (13,44 + √(180,5 + 784,8))/9,81 = 4,537 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 13,44·4,537 = 60,95 m
Respuesta
x = 60,95 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 25,45 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) = √(0,6·9,81·110) = 25,45 m/s
Respuesta
vmax = 25,45 m/s (91,6 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 31,58 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 = √(80·9,81·0,8464/0,666) = 31,58 m/s
Respuesta
vmax = 31,58 m/s
(113,7 km/h)
9.Trabajo y energía
Respuesta: Wf = 22,1 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 = 24,53·0,8192 = 20,09 N
F = μN = 0,1·20,09 = 2,009 N
Trabajo contra el rozamiento
Wf = F·d = 2,009·11 = 22,1 J
Respuesta
Wf = 22,1 J
10.Trabajo y energía
Respuesta: x = 24,26 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 = 49,05·(1 − 0,1·4) = 29,43 J
Compresión máxima
½kx² = 29,43 → x = √(2·29,43/1000) = 0,2426 m = 24,26 cm
Respuesta
x = 24,26 cm
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′2 = 10 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 − 4)/(5 + 4)·9 = 1 m/s
v′2 = 2·5/(5 + 4)·9 = 10 m/s
Respuesta
v′2 = 10 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: θ = 49,76 °
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 = 1100·15 = 16500 kg·m/s
py = 1300·15 = 19500 kg·m/s
Dirección
tan θ = py/px = 1,182 → θ = 49,76°
Respuesta
θ = 49,76°
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: v = 5,764 m/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.
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 = 0,5·m·r²·(a/r) → f = 0,5·m·a
Aceleración
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 10°/1,5 = 1,136 m/s²
Respuesta
a = 1,136 m/s²
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: Ft = 439 N
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.
Par en el piñón
ω = 2π·2900/60 = 303,7 rad/s
T = P/ω = 4000/303,7 = 13,17 N·m
Diámetro primitivo
d = m·N = 2,5·24 = 60 mm
Fuerza tangencial
Ft = 2T/d = 2·13,17/0,06 = 439 N
Respuesta
Ft = 439 N
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: θ = 166,6 °
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(0,1167) = 6,7°
Ángulo de contacto
θ = 180 − 2·6,7 = 166,6°
Respuesta
θ = 166,6°
17.Muelles y péndulos
Respuesta: L = 1,315 m
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 la longitud
L = g·(T/2π)² = 9,81·(2,3/2π)² = 1,315 m
Respuesta
L = 1,315 m
18.Muelles y péndulos
Respuesta: amax = 58,33 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 = √(500/1,2) = 20,41 rad/s
Aceleración máxima
amax = A·ω² = 0,14·20,41² = 58,33 m/s²
Respuesta
amax = 58,33 m/s²
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,6008
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·√(5000·5) = 316,2 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 190/316,2 = 0,6008
Respuesta
ζ = 0,6008
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 3,295 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
Solo k1 y k2 están en paralelo. Ese par está en serie con k3, así que combínalos como inversos.