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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
Una conductora que circula a 100 km/h ve un obstáculo. Su tiempo de reacción es 1 s, tras el cual el coche frena con una deceleración constante de 8 m/s². Halla la distancia total de detención d desde el momento en que ve el obstáculo.
v₀ = 100 km/htr = 1 sa = −8 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 15 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 = 15 m/sh₀ = 10 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Se empuja una caja de 45 kg rampa arriba, con una inclinación de 20° respecto a la horizontal, a velocidad constante, mediante una fuerza paralela a la rampa. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Usa g = 9,81 m/s². Halla la fuerza de empuje F.
m = 45 kgθ = 20°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
F = N
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 2,5 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 1 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 = 2,5 kgm2 = 1 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se chuta una pelota desde un terreno horizontal a 38 m/s y 40° por encima de la horizontal hacia una pared situada a 87 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². ¿A qué altura y pasa la pelota por la pared?
v₀ = 38 m/sθ = 40°x = 87 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota desde el nivel del suelo a 37 m/s y 55° por encima de la horizontal. Cae, ya bajando, sobre la azotea plana de un edificio de 16 m de altura. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la distancia horizontal x desde el punto de lanzamiento hasta donde cae.
v₀ = 37 m/sθ = 55°hroof = 16 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 55 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,4. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que el coche puede tomar la curva sin derrapar.
r = 55 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Una vagoneta de 4,5 kg se suelta desde el reposo a una altura de 3 m sobre una pista sin rozamiento y recorre un rizo vertical de radio 1 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla la fuerza normal Ntop de la pista sobre la vagoneta en lo más alto del rizo.
m = 4,5 kgh = 3 mR = 1 mg = 9,81 m/s²
Ntop = N
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque de 10 kg desliza 20 m por una rampa inclinada 30° respecto a la horizontal, con un coeficiente de rozamiento dinámico de 0,2. Halla el trabajo Wf realizado contra el rozamiento.
m = 10 kgθ = 30°μ = 0,2d = 20 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabajo y energíaDifícil
Se suelta desde el reposo un bloque de 4 kg a una altura de 3,5 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 1,5 m (μ = 0,15) y después choca contra un muelle (k = 500 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la velocidad v del bloque cuando llega al muelle.
m = 4 kgh = 3,5 mL = 1,5 mμ = 0,15k = 500 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un deslizador de 0,5 kg que se mueve a 8 m/s choca frontalmente, de forma perfectamente elástica, con un deslizador de 1,5 kg en reposo sobre un carril sin rozamiento. Halla la velocidad v′2 del segundo deslizador después del choque.
m1 = 0,5 kgm2 = 1,5 kgv1 = 8 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Un coche de 800 kg choca con un coche aparcado de 1100 kg. Los restos quedan unidos y derrapan 13,5 m antes de detenerse. El coeficiente de rozamiento dinámico entre neumáticos y carretera es 0,75. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v1 del primer coche justo antes del choque.
Un volante de inercia con un momento de inercia de 37,5 kg·m² gira a 500 rpm. Un freno aplica un par de rozamiento constante de 90 N·m. ¿Cuánto tiempo t tarda en detenerse?
I = 37,5 kg·m²n = 500 rpmTb = 90 N·m
t = s
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Una barra esbelta uniforme de masa 5,5 kg y longitud 1 m cuelga en reposo de un pivote sin rozamiento en su extremo superior. Una bala de 20 g que se mueve horizontalmente a 560 m/s golpea la barra 0,75 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 = 5,5 kgL = 1 mm = 20 gv = 560 m/sd = 0,75 mg = 9,81 m/s²
φ = °
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Dos ejes paralelos están a 60 mm de distancia. Deben unirse mediante un par de ruedas dentadas rectas de módulo 2 mm y una reducción de velocidad de 1,5 : 1. ¿Cuántos dientes N2 debe tener la rueda?
a = 60 mmm = 2 mmi = 1,5
N2 =
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea motriz de 80 mm a 960 rpm con una polea de 500 mm; los centros están separados 1000 mm. El coeficiente de rozamiento es 0,25 y la tensión del ramal tenso no puede superar 2000 N. Halla la mayor potencia P que puede transmitir la correa sin deslizar, en kW (ignora los efectos centrífugos).
¿Qué longitud debe tener un péndulo simple para que su periodo sea de 2,5 s? Usa g = 9,81 m/s². Halla L.
T = 2,5 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Muelles y péndulosDifícil
Un cuerpo describe un movimiento armónico simple con periodo 2,4 s y amplitud 20 cm. ¿Cuál es el tiempo mínimo t que necesita para pasar de su desplazamiento máximo de 20 cm a un desplazamiento de 18 cm?
T = 2,4 sA = 20 cmx = 18 cm
t = s
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 20 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 12 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 390 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 20 kgk = 12 kN/mc = 390 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 50 kg cuelga del muelle k₃ = 30 kN/m. El extremo superior de k₃ está unido a una barra rígida que cuelga de dos muelles uno al lado del otro, k₁ = 10 kN/m y k₂ = 5 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 = 50 kgk1 = 10 kN/mk2 = 5 kN/mk3 = 30 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: d = 76 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 = 100/3,6 = 27,78 m/s
Distancia de reacción
d1 = v₀·tr = 27,78·1 = 27,78 m
Distancia de frenado
d2 = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·8) = 48,23 m
Total
d = 27,78 + 48,23 = 76 m
Respuesta
d = 76 m
2.Cinemática
Respuesta: t = 3,621 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 = 15·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 15·t − 10 = 0
Resuelve la ecuación de segundo grado
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t = (15 + √(15² + 2·9,81·10))/9,81 = 3,621 s
Respuesta
t = 3,621 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: F = 234 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.
Fuerzas a lo largo de la rampa
Velocidad constante: las fuerzas se equilibran.
F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ
Fuerza de empuje
F = 151 + 82,97 = 234 N
Respuesta
F = 234 N
4.Leyes de Newton
Respuesta: a = 2,102 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 = 38·cos 40° = 29,11 m/s
t = x/vx = 87/29,11 = 2,989 s
Altura en ese instante
y = 24,43·2,989 − ½·9,81·2,989² = 29,19 m
Respuesta
y = 29,19 m
En la pared la pelota ya está bajando.
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 118,8 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
vx = 21,22 m/s, vy = 30,31 m/s
Tiempo hasta caer en la azotea
Raíz mayor: la pelota está bajando.
16 = 30,31·t − 4,905·t²
t = (30,31 + √(30,31² − 2·9,81·16))/9,81 = 5,596 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 21,22·5,596 = 118,8 m
Respuesta
x = 118,8 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 14,69 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) = √(0,4·9,81·55) = 14,69 m/s
Respuesta
vmax = 14,69 m/s (52,89 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: Ntop = 44,15 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·(3 − 2·1) = 19,62 m²/s²
Fuerzas
Hacia el centro es positivo.
N = m·v²/R − m·g = 4,5·19,62/1 − 44,15 = 44,15 N
Respuesta
Ntop = 44,15 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: Wf = 339,8 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 = 98,1·0,866 = 84,96 N
F = μN = 0,2·84,96 = 16,99 N
Trabajo contra el rozamiento
Wf = F·d = 16,99·20 = 339,8 J
Respuesta
Wf = 339,8 J
10.Trabajo y energía
Respuesta: v = 8,016 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 = 39,24·(3,5 − 0,15·1,5) = 128,5 J
Velocidad al llegar al muelle
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·3,275) = 8,016 m/s
Respuesta
v = 8,016 m/s
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′2 = 4 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 = (0,5 − 1,5)/(0,5 + 1,5)·8 = −4 m/s
v′2 = 2·0,5/(0,5 + 1,5)·8 = 4 m/s
Respuesta
v′2 = 4 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v1 = 33,47 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.
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·500/60 = 52,36 rad/s
Deceleración y tiempo
α = Tb/I = 90/37,5 = 2,4 rad/s²
t = ω/α = 52,36/2,4 = 21,82 s
Respuesta
t = 21,82 s
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: φ = 72,85 °
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.
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 = 2·60/2 = 60
Reparte según la relación
N1 = 60/(1 + 1,5) = 24
N2 = 1,5·24 = 36
Respuesta
N2 = 36
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: P = 3,966 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 = 2,718 rad
Tensión del ramal flojo
eμθ = e0,6796 = 1,973, T₂ = 2000/1,973 = 1014 N
Potencia
P = (2000 − 1014)·4,021 = 3,966 kW
Respuesta
P = 3,966 kW
17.Muelles y péndulos
Respuesta: L = 1,553 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·(2,5/2π)² = 1,553 m
Respuesta
L = 1,553 m
18.Muelles y péndulos
Respuesta: t = 0,1723 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.
Frecuencia angular
ω = 2π/T = 2π/2,4 = 2,618 rad/s
Despeja el tiempo
0,9 = cos(ω·t) → ω·t = arccos(0,9) = 0,451 rad
t = 0,451/2,618 = 0,1723 s
Respuesta
t = 0,1723 s
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,398
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·√(12000·20) = 979,8 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 390/979,8 = 0,398
Respuesta
ζ = 0,398
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 2,251 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.