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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 72 km/h frena con una deceleración constante de 4 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia de frenado s.
v₀ = 72 km/ha = −4 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 15 m/s desde el borde de un tejado situado a 5 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 = 5 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Una caja desliza por un suelo horizontal con una velocidad inicial de 10 m/s y se detiene tras 17 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla el coeficiente de rozamiento dinámico μ.
v₀ = 10 m/sd = 17 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 5 kg sobre una rampa de 30° 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 kg. La masa colgante baja. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la rampa es 0,2. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda.
m1 = 5 kgm2 = 6 kgθ = 30°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 50° 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 = 10 m/sθ = 50°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 31 m/s y 50° por encima de la horizontal desde lo alto de un acantilado de 30 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la altura máxima H sobre el suelo al pie del acantilado.
v₀ = 31 m/sθ = 50°h = 30 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 125 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,3. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que el coche puede tomar la curva sin derrapar.
r = 125 mμs = 0,3g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Se hace girar en una circunferencia vertical una bola de 0,9 kg atada a una cuerda de 1,2 m. En el punto más bajo se mueve a 6 m/s. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda en el punto más bajo.
m = 0,9 kgr = 1,2 mv = 6 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque baja desde el reposo por una rampa inclinada 30° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Halla su velocidad v tras deslizar 17 m por la rampa.
θ = 30°μ = 0,2d = 17 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabajo y energíaDifícil
Se suelta desde el reposo un bloque de 4 kg a una altura de 3 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 4 m (μ = 0,15) y después choca contra un muelle (k = 4000 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la compresión máxima x del muelle.
m = 4 kgh = 3 mL = 4 mμ = 0,15k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un coche de 1500 kg que se mueve a 25 m/s choca con un coche parado de 1300 kg y ambos quedan unidos. ¿Cuánta energía cinética ΔK se pierde en el choque?
m1 = 1500 kgv1 = 25 m/sm2 = 1300 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
En un cruce, un coche de 1000 kg que circula hacia el este a 17 m/s choca con un coche de 1200 kg que circula hacia el norte a 21 m/s. Los coches quedan unidos. Halla la velocidad v′ de los restos justo después del choque.
m1 = 1000 kgv1 = 17 m/s (E)m2 = 1200 kgv2 = 21 m/s (N)
v′ = m/s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Una barra esbelta uniforme de masa 5,5 kg y longitud 1,1 m está articulada por un extremo y se mantiene horizontal. Se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla la fuerza vertical R que el pasador ejerce sobre la barra justo después de soltarla.
m = 5,5 kgL = 1,1 mg = 9,81 m/s²
R = N
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (esfera hueca) rueda sin deslizar por una pendiente inclinada 35° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla el menor coeficiente de rozamiento estático μs que evita que deslice.
θ = 35°I = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
μs =
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Una correa pasa por una polea motriz de 80 mm a 1500 rpm. La tensión es de 600 N en el ramal tenso y de 180 N en el ramal flojo. Halla la potencia P transmitida, en kW.
d1 = 80 mmn1 = 1500 rpmT1 = 600 NT2 = 180 N
P = kW
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
En un tren de engranajes compuesto, el engranaje A (16 dientes), en el eje de entrada que gira a 2900 rpm, acciona el engranaje B (45 dientes). El engranaje C (16 dientes) está fijado al mismo eje que B y acciona el engranaje D (18 dientes) del eje de salida. Halla la velocidad de salida nout.
nin = 2900 rpmA = 16B = 45C = 16D = 18
nout = rpm
17.Muelles y péndulosMedia
¿Qué longitud debe tener un péndulo simple para que su periodo sea de 1,8 s? Usa g = 9,81 m/s². Halla L.
T = 1,8 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Muelles y péndulosDifícil
Una bala de 5 g que se mueve a 350 m/s impacta y se queda incrustada en un bloque de 3,5 kg que descansa sobre una superficie sin rozamiento. El bloque está unido a un muelle horizontal con k = 800 N/m. Halla la amplitud A de la oscilación resultante en cm.
m = 5 gv = 350 m/sM = 3,5 kgk = 800 N/m
A = cm
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 5 kg sobre un muelle con una rigidez de 1 kN/m tiene un amortiguador viscoso que da un factor de amortiguamiento de 0,3. Halla la frecuencia natural amortiguada fd de su vibración libre en Hz.
m = 5 kgk = 1 kN/mζ = 0,3
fd = Hz
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 50 kg cuelga de dos muelles uno al lado del otro (en paralelo), con rigideces k₁ = 100 kN/m y k₂ = 80 kN/m. La masa se mantiene horizontal. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.
m = 50 kgk1 = 100 kN/mk2 = 80 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: s = 50 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 = 72/3,6 = 20 m/s
Distancia de frenado
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 20²/(2·4) = 50 m
Respuesta
s = 50 m
2.Cinemática
Respuesta: t = 3,361 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.
−5 = 15·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 15·t − 5 = 0
Resuelve la ecuación de segundo grado
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t = (15 + √(15² + 2·9,81·5))/9,81 = 3,361 s
Respuesta
t = 3,361 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: μ = 0,2998
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.
Deceleración
a = v₀²/(2d) = 10²/(2·17) = 2,941 m/s²
Coeficiente de rozamiento
μ·m·g = m·a → μ = a/g = 2,941/9,81 = 0,2998
Respuesta
μ = 0,2998
4.Leyes de Newton
Respuesta: T = 44,77 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 del hilo
m₂·g = 58,86 N
m₁·g·sin θ = 24,52 N
μ·m₁·g·cos θ = 8,496 N
Aceleración del sistema
a = (58,86 − 24,52 − 8,496)/11 = 2,349 m/s²
Tensión a partir de la masa colgante
m2·g − T = m2·a → T = 6·(9,81 − 2,349) = 44,77 N
Respuesta
T = 44,77 N
5.Tiro parabólico
Respuesta: x = 10,04 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 = 10·cos 50° = 6,428 m/s
vy = v0·sin θ = 10·sin 50° = 7,66 m/s
Tiempo de vuelo
Sale y cae a la misma altura: t = 2vy/g.
t = 2·7,66/9,81 = 1,562 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 6,428·1,562 = 10,04 m
Respuesta
x = 10,04 m
6.Tiro parabólico
Respuesta: H = 58,74 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.
Velocidad vertical de lanzamiento
vy = 31·sin 50° = 23,75 m/s
Subida por encima del acantilado
Δh = vy²/(2g) = 23,75²/(2·9,81) = 28,74 m
Altura sobre el suelo
H = 30 + 28,74 = 58,74 m
Respuesta
H = 58,74 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 19,18 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) = √(0,3·9,81·125) = 19,18 m/s
Respuesta
vmax = 19,18 m/s (69,05 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: T = 35,83 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 = 0,9·9,81 + 0,9·6²/1,2 = 8,829 + 27 = 35,83 N
Respuesta
T = 35,83 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: v = 10,44 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 = √(2·9,81·17·(0,5 − 0,2·0,866)) = 10,44 m/s
Respuesta
v = 10,44 m/s
10.Trabajo y energía
Respuesta: x = 21,7 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 = 39,24·(3 − 0,15·4) = 94,18 J
Compresión máxima
½kx² = 94,18 → x = √(2·94,18/4000) = 0,217 m = 21,7 cm
Respuesta
x = 21,7 cm
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: ΔK = 217634 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) = 1500·25/2800 = 13,39 m/s
Energía cinética antes y después
Kbefore = ½·1500·25² = 468750 J
Kafter = ½·2800·13,39² = 251116 J
Energía perdida
ΔK = 468750 − 251116 = 217634 J
Respuesta
ΔK = 217634 J
La energía perdida se convierte en deformación, calor y sonido.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′ = 13,82 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.
Momentos respecto al pasador
En el instante de soltarla ω = 0, así que no hay aceleración centrípeta y el centro acelera directamente hacia abajo.
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 35°/1,667 = 3,376 m/s²
Rozamiento necesario
f = c·m·a ≤ μ·m·g·cos θ → μ ≥ c·tan θ/(1 + c)
μs = 0,6667·tan 35°/1,667 = 0,2801
Respuesta
μs = 0,2801
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: P = 2,639 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.
Velocidad de la correa
v = 6,283 m/s
Potencia
P = (600 − 180)·6,283 = 2639 W = 2,639 kW
Respuesta
P = 2,639 kW
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: nout = 916,5 rpm
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.
Primera etapa
nB = 2900·16/45 = 1031 rpm = nC
Segunda etapa
nout = 1031·16/18 = 916,5 rpm
Respuesta
nout = 916,5 rpm
relación total = 3,164 : 1
17.Muelles y péndulos
Respuesta: L = 0,8051 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·(1,8/2π)² = 0,8051 m
Respuesta
L = 0,8051 m
18.Muelles y péndulos
Respuesta: A = 3,305 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.
Velocidad tras el impacto
V = m·v/(m + M) = 0,005·350/3,505 = 0,4993 m/s
Frecuencia angular
ω = √(k/(m + M)) = √(800/3,505) = 15,11 rad/s
Amplitud
A = V/ω = 0,4993/15,11 = 0,03305 m = 3,305 cm
Respuesta
A = 3,305 cm
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fd = 2,147 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 = √(1000/5) = 14,14 rad/s
fn = 14,14/(2π) = 2,251 Hz
Frecuencia natural amortiguada
fd = fn·√(1 − ζ²) = 2,251·√(1 − 0,3²) = 2,147 Hz
Respuesta
fd = 2,147 Hz
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 9,549 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 uno al lado del otro comparten la deformación y suman sus fuerzas, así que sus rigideces simplemente se suman: k = k1 + k2.