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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 90 km/h frena con una deceleración constante de 7 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia de frenado s.
v₀ = 90 km/ha = −7 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 13 m/s desde el borde de un tejado situado a 30 m sobre el suelo. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la altura máxima hmax sobre el suelo.
v₀ = 13 m/sh₀ = 30 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leyes de NewtonMedia
Dos masas de 3 kg y 1 kg cuelgan a ambos lados de una polea ligera y sin rozamiento, unidas por un hilo ligero. El sistema se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda.
m1 = 3 kgm2 = 1 kgg = 9,81 m/s²
T = N
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 5,5 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 1,5 kg. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la mesa es 0,1. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del sistema.
m1 = 5,5 kgm2 = 1,5 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se chuta una pelota desde un terreno horizontal a 32 m/s y 65° por encima de la horizontal hacia una pared situada a 48 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². ¿A qué altura y pasa la pelota por la pared?
v₀ = 32 m/sθ = 65°x = 48 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 45° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 15 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.
v0 = 17 m/sθ = 45°h = 15 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 140 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,7. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que el coche puede tomar la curva sin derrapar.
r = 140 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Una vagoneta de 3 kg se suelta desde el reposo a una altura de 17,6 m sobre una pista sin rozamiento y recorre un rizo vertical de radio 4 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla la fuerza normal Nbottom de la pista sobre la vagoneta en la parte inferior del rizo.
m = 3 kgh = 17,6 mR = 4 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque de 0,5 kg desliza 12 m por una rampa inclinada 25° respecto a la horizontal, con un coeficiente de rozamiento dinámico de 0,2. Halla el trabajo Wf realizado contra el rozamiento.
m = 0,5 kgθ = 25°μ = 0,2d = 12 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabajo y energíaDifícil
Una vagoneta de 2 kg se suelta desde el reposo a una altura de 8 m sobre una pista lisa que conduce a un rizo circular vertical de radio 2,5 m. Halla la velocidad v de la vagoneta en lo más alto del rizo.
m = 2 kgh = 8 mR = 2,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un coche de 2000 kg que se mueve a 15 m/s choca con un coche parado de 1000 kg y ambos quedan unidos. ¿Cuánta energía cinética ΔK se pierde en el choque?
m1 = 2000 kgv1 = 15 m/sm2 = 1000 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,45 kg golpea una pared a 19 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 11 m/s. El contacto dura 25 ms. Halla el módulo del impulso J que la pared ejerce sobre la pelota.
m = 0,45 kgvin = 19 m/svout = 11 m/sΔt = 25 ms
J = N·s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un volante de inercia con un momento de inercia de 33 kg·m² gira a 1200 rpm. Un freno aplica un par de rozamiento constante de 15 N·m. ¿Cuántas vueltas N da el volante antes de detenerse?
I = 33 kg·m²n = 1200 rpmTb = 15 N·m
N = rev
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (esfera hueca) rueda sin deslizar por una pendiente inclinada 15° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla el menor coeficiente de rozamiento estático μs que evita que deslice.
θ = 15°I = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
μs =
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Un motor de 7,5 kW que gira a 1500 rpm acciona un piñón de 30 dientes, que engrana con una rueda de 50 dientes. Desprecia las pérdidas. Halla el par de salida T2 en el eje de la rueda.
P = 7,5 kWn1 = 1500 rpmN1 = 30N2 = 50η = 100%
T2 = N·m
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea de 100 mm y una polea de 450 mm cuyos centros están separados 1200 mm. Halla el ángulo de contacto θ en la polea menor, en grados.
d1 = 100 mmd2 = 450 mmC = 1200 mm
θ = °
17.Muelles y péndulosMedia
Una astronauta en otro planeta comprueba que un péndulo simple de 1,8 m de longitud tiene un periodo de 1,69 s para oscilaciones pequeñas. Halla la aceleración de la gravedad g en ese planeta.
L = 1,8 mT = 1,69 s
g = m/s²
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 3,6 kg unida a un muelle con k = 330 N/m se separa 15 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla la energía total E de la oscilación.
m = 3,6 kgk = 330 N/mA = 15 cm
E = J
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 100 kg sobre un muelle con una rigidez de 200 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 = 100 kgk = 200 kN/mζ = 0,45
fd = Hz
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 20 kg cuelga de dos muelles unidos uno tras otro (en serie): el muelle superior tiene k₁ = 80 kN/m y el inferior k₂ = 10 kN/m. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.
m = 20 kgk1 = 80 kN/mk2 = 10 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: s = 44,64 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 = 90/3,6 = 25 m/s
Distancia de frenado
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 25²/(2·7) = 44,64 m
Respuesta
s = 44,64 m
2.Cinemática
Respuesta: hmax = 38,61 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.
Subida por encima del tejado
0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 13²/(2·9,81) = 8,614 m
Altura sobre el suelo
hmax = 30 + 8,614 = 38,61 m
Respuesta
hmax = 38,61 m
3.Leyes de Newton
Respuesta: T = 14,71 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.
Aceleración
La fuerza motriz neta es la diferencia de los pesos; mueve la masa total.
a = (3 − 1)·9,81/(3 + 1) = 4,905 m/s²
Tensión a partir de la masa más ligera
T − m2·g = m2·a → T = 1·(9,81 + 4,905) = 14,71 N
Respuesta
T = 14,71 N
4.Leyes de Newton
Respuesta: a = 1,331 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.
Tiempo hasta la pared
vx = 32·cos 65° = 13,52 m/s
t = x/vx = 48/13,52 = 3,549 s
Altura en ese instante
y = 29·3,549 − ½·9,81·3,549² = 41,15 m
Respuesta
y = 41,15 m
En la pared la pelota ya está bajando.
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 40,4 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 = 17·cos 45° = 12,02 m/s
vy = v0·sin θ = 17·sin 45° = 12,02 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 15 + 12,02·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (12,02 + √(144,5 + 294,3))/9,81 = 3,361 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 12,02·3,361 = 40,4 m
Respuesta
x = 40,4 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 31,01 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) = √(0,7·9,81·140) = 31,01 m/s
Respuesta
vmax = 31,01 m/s (111,6 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: Nbottom = 288,4 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.
Velocidad a partir de la conservación de la energía
v² = 2·9,81·17,6 = 345,3 m²/s²
Fuerzas
Hacia el centro es positivo.
N = m·v²/R + m·g = 3·345,3/4 + 29,43 = 288,4 N
Respuesta
Nbottom = 288,4 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: Wf = 10,67 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 = 4,905·0,9063 = 4,445 N
F = μN = 0,2·4,445 = 0,8891 N
Trabajo contra el rozamiento
Wf = F·d = 0,8891·12 = 10,67 J
Respuesta
Wf = 10,67 J
10.Trabajo y energía
Respuesta: v = 7,672 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). En una trayectoria circular la fuerza neta hacia el centro debe ser igual a mv²/r.
Velocidad en lo más alto
v² = 2g(h − 2R) = 2·9,81·(8 − 5) = 58,86 m²/s²
v = 7,672 m/s
Respuesta
v = 7,672 m/s
La vagoneta completa el rizo justo cuando h = 2,5R; entonces N = 0 en lo más alto.
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: ΔK = 75000 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) = 2000·15/3000 = 10 m/s
Energía cinética antes y después
Kbefore = ½·2000·15² = 225000 J
Kafter = ½·3000·10² = 150000 J
Energía perdida
ΔK = 225000 − 150000 = 75000 J
Respuesta
ΔK = 75000 J
La energía perdida se convierte en deformación, calor y sonido.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: J = 13,5 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 = 0,45·(11 + 19) = 13,5 N·s
Respuesta
J = 13,5 N·s
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: N = 2765 rev
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·1200/60 = 125,7 rad/s
El trabajo del freno es igual a la energía cinética
½·I·ω² = ½·33·125,7² = 260558 J
θ = 260558/15 = 17371 rad
Vueltas
N = θ/2π = 2765 rev
Respuesta
N = 2765 rev
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: μs = 0,1072
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 = 0,6667·m·r²·(a/r) → f = 0,6667·m·a
Aceleración
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 15°/1,667 = 1,523 m/s²
Rozamiento necesario
f = c·m·a ≤ μ·m·g·cos θ → μ ≥ c·tan θ/(1 + c)
μs = 0,6667·tan 15°/1,667 = 0,1072
Respuesta
μs = 0,1072
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: T2 = 79,58 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·1500/60 = 157,1 rad/s
T1 = P/ω₁ = 7500/157,1 = 47,75 N·m
Par de salida
T2 = 47,75·50/30·1 = 79,58 N·m
Respuesta
T2 = 79,58 N·m
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: θ = 163,2 °
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(0,1458) = 8,386°
Ángulo de contacto
θ = 180 − 2·8,386 = 163,2°
Respuesta
θ = 163,2°
17.Muelles y péndulos
Respuesta: g = 24,88 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 = 4π²·1,8/1,69² = 24,88 m/s²
Respuesta
g = 24,88 m/s²
18.Muelles y péndulos
Respuesta: E = 3,712 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.
Frecuencia angular
ω = √(330/3,6) = 9,574 rad/s
Energía
E = ½·k·A² = ½·330·0,15² = 3,712 J
Respuesta
E = 3,712 J
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fd = 6,356 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 = √(200000/100) = 44,72 rad/s
fn = 44,72/(2π) = 7,118 Hz
Frecuencia natural amortiguada
fd = fn·√(1 − ζ²) = 7,118·√(1 − 0,45²) = 6,356 Hz
Respuesta
fd = 6,356 Hz
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 3,355 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.