Dinámica: pack de repaso

Hojas de fórmulas, los pasos clave de los métodos de cada tema y 20 problemas de práctica, con las soluciones completas al final.

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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

  1. Anota lo que sabes: v₀, v, a, t y s, con unidades.
  2. Elige la ecuación que contiene tus tres datos conocidos y la incógnita.
  3. Elige un sentido positivo y da signo menos a las magnitudes en sentido contrario.
  4. 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

  1. Dibuja un diagrama de cuerpo libre con todas las fuerzas sobre el cuerpo.
  2. Elige un sentido positivo a lo largo del movimiento.
  3. 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).
  4. 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

  1. Descompón la velocidad de lanzamiento en componentes: vx = v₀·cos θ y vy = v₀·sin θ.
  2. El movimiento horizontal tiene velocidad constante; el vertical tiene aceleración −g.
  3. Halla el tiempo de vuelo a partir del movimiento vertical.
  4. 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

  1. Elige un sentido positivo y da a cada velocidad su signo.
  2. Escribe la cantidad de movimiento total antes: Σm·v.
  3. En un choque perfectamente inelástico los cuerpos se mueven juntos después; en uno elástico también se conserva la energía cinética.
  4. 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

  1. Elige el eje: un pivote fijo, o el centro de masa para cuerpos que ruedan.
  2. Halla el momento de inercia respecto a ese eje a partir de los resultados estándar, usando I = IG + m·d² para un eje desplazado.
  3. 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.
  4. 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
a = 1,75 m/s²s = 1000 m

Un avión parte del reposo y acelera uniformemente a 1,75 m/s² por una pista. Halla su velocidad v tras recorrer 1000 m.

v₀ = 0a = 1,75 m/s²s = 1000 m
v = m/s
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 11 m/s30 m

Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 11 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. ¿Cuánto tiempo después del lanzamiento llega al suelo? Halla t.

v₀ = 11 m/sh₀ = 30 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
θ = 20°a = ?m = 20 kg

Un bloque de 20 kg baja deslizando por una rampa sin rozamiento inclinada 20° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque a lo largo de la rampa.

m = 20 kgθ = 20°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
θ = 15°bloquev₀ = 9,5 m/s

Se da un empujón a un bloque de modo que empieza a subir por una rampa de 15° con una velocidad de 9,5 m/s. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,3. Usa g = 9,81 m/s². ¿Qué distancia d recorre por la rampa antes de detenerse?

v₀ = 9,5 m/sθ = 15°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
d = m
5.Tiro parabólicoMedia
v0​ = 36 m/sθ = ?R = 50 m

Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 36 m/s y debe caer a 50 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla el menor de los dos ángulos de lanzamiento posibles θ.

v₀ = 36 m/sR = 50 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Tiro parabólicoDifícil
h = 25 mv0​ = 17 m/s50°x = ?

Se lanza una pelota a 50° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 25 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.

v0 = 17 m/sθ = 50°h = 25 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
r = 130 mvmax​ = ?

Un coche toma una curva plana de 130 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,8. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que el coche puede tomar la curva sin derrapar.

r = 130 mμs = 0,8g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
r = 1,2 mv = ?

Se hace girar en una circunferencia vertical una bola atada a una cuerda de 1,2 m. Usa g = 9,81 m/s². ¿Cuál es la velocidad mínima vmin en el punto más alto para que la cuerda siga justo tensa?

r = 1,2 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
72 km/h6°1200 kg

Un coche de 1200 kg sube por una pendiente de 6° a 72 km/h constantes. La resistencia del aire y la resistencia a la rodadura suman en total 200 N. Halla la potencia P que deben entregar las ruedas, en kW.

m = 1200 kgθ = 6°Fr = 200 Nv = 72 km/hg = 9,81 m/s²
P = kW
10.Trabajo y energíaDifícil
2 kg4 kgμ = 0,4d = 0,5 m

Un bloque de 2 kg descansa sobre una mesa horizontal rugosa (μ = 0,4). Un hilo ligero va desde él, pasando por una polea lisa en el borde de la mesa, hasta un bloque colgante de 4 kg. El sistema se suelta desde el reposo. Halla la velocidad v de los bloques cuando el bloque colgante ha bajado 0,5 m.

m1 = 2 kgm2 = 4 kgμ = 0,4d = 0,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
4,5 kgv = ?10 gh = 25 cm

Una bala de 10 g se dispara horizontalmente contra un bloque de madera de 4,5 kg que cuelga de hilos ligeros, y se queda incrustada en él. El bloque oscila hacia arriba hasta quedar 25 cm más alto que al principio. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v de la bala antes del impacto.

m = 10 gM = 4,5 kgh = 25 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
1100 kgv1​ = ?1100 kg

Un coche de 1100 kg choca con un coche aparcado de 1100 kg. Los restos quedan unidos y derrapan 13 m antes de detenerse. El coeficiente de rozamiento dinámico entre neumáticos y carretera es 0,5. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v1 del primer coche justo antes del choque.

m1 = 1100 kgm2 = 1100 kgd = 13 mμ = 0,5g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
n = 400 rpmTb​ = 125 N·mI = 12 kg·m²

Un volante de inercia con un momento de inercia de 12 kg·m² gira a 400 rpm. Un freno aplica un par de rozamiento constante de 125 N·m. ¿Cuánto tiempo t tarda en detenerse?

I = 12 kg·m²n = 400 rpmTb = 125 N·m
t = s
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
10 m/sω

Un cuerpo (cilindro macizo) de masa 19 kg rueda sin deslizar a 10 m/s. Halla su energía cinética total Ek.

m = 19 kgv = 10 m/sI = ½·m·r²
Ek = J
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
d1​ = 150 mmd2​ = 400 mm1440 rpmn2​ = ?

Una polea de 150 mm a 1440 rpm acciona una polea de 400 mm mediante una correa con un 2 % de deslizamiento. Halla la velocidad n2 de la polea conducida.

n1 = 1440 rpmd1 = 150 mmd2 = 400 mms = 2 %
n2 = rpm
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
A = 72B = 80C = 20D = ?

En un tren de engranajes compuesto, la rueda A (72 dientes) del eje de entrada gira a 1500 rpm y acciona la rueda B (80 dientes). La rueda C (20 dientes) está fijada al mismo eje que B y acciona la rueda D del eje de salida. La salida debe girar a 900 rpm. ¿Cuántos dientes ND debe tener la rueda D?

nin = 1500 rpmA = 72B = 80C = 20nout = 900 rpm
ND =
17.Muelles y péndulosMedia
L = ?

¿Qué longitud debe tener un péndulo simple para que su periodo sea de 0,9 s? Usa g = 9,81 m/s². Halla L.

T = 0,9 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Muelles y péndulosDifícil
2,8 kgk = 350 N/mA = 11 cm

Una masa de 2,8 kg unida a un muelle con k = 350 N/m se separa 11 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.

m = 2,8 kgk = 350 N/mA = 11 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
k = 15 kN/mc = 160 N·s/mm = 5 kg

Una masa de 5 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 15 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 160 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.

m = 5 kgk = 15 kN/mc = 160 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
k1​ = 60k2​ = 20m = 20 kg

Una masa de 20 kg cuelga de dos muelles uno al lado del otro (en paralelo), con rigideces k₁ = 60 kN/m y k₂ = 20 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 = 20 kgk1 = 60 kN/mk2 = 20 kN/m
fn = Hz

3Disoluciones

1.Cinemática

Respuesta: v = 59,16 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) = √(2·1,75·1000) = 59,16 m/s

Respuesta

v = 59,16 m/s
(213 km/h)
2.Cinemática

Respuesta: t = 3,837 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.

−30 = 11·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 11·t − 30 = 0

Resuelve la ecuación de segundo grado

Solo la raíz positiva tiene sentido físico.

t = (11 + √(11² + 2·9,81·30))/9,81 = 3,837 s

Respuesta

t = 3,837 s
3.Leyes de Newton

Respuesta: a = 3,355 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.

Fuerzas a lo largo de la rampa

Rampa abajo es positivo.

m·a = m·g·sin θ − μ·m·g·cos θ

Aceleración

a = 9,81·(sin 20° − 0·cos 20°) = 9,81·(0,342 − 0) = 3,355 m/s²

Respuesta

a = 3,355 m/s²
4.Leyes de Newton

Respuesta: d = 8,385 m

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

Ambas fuerzas apuntan rampa abajo; la masa se simplifica.

a = 9,81·(sin 15° + 0,3·cos 15°) = 5,382 m/s²

Distancia

d = v₀²/(2a) = 9,5²/(2·5,382) = 8,385 m

Respuesta

d = 8,385 m
5.Tiro parabólico

Respuesta: θ = 11,12 °

Tiro parabólico: sin resistencia del aire, x = vxt e y = h + vyt − ½gt². Las dos direcciones son independientes, salvo que comparten el mismo tiempo.

Fórmula del alcance

R = v₀²·sin 2θ/g → sin 2θ = 9,81·50/36² = 0,3785

Ángulo

2θ = 22,24° → θ = 11,12°

Respuesta

θ = 11,12°

La otra solución es 90° − θ = 78,88°.

6.Tiro parabólico

Respuesta: x = 43,12 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 50° = 10,93 m/s
vy = v0·sin θ = 17·sin 50° = 13,02 m/s

Tiempo de vuelo

Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.

0 = 25 + 13,02·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (13,02 + √(169,6 + 490,5))/9,81 = 3,946 s

Distancia horizontal

x = vx·t = 10,93·3,946 = 43,12 m

Respuesta

x = 43,12 m
7.Movimiento circular

Respuesta: vmax = 31,94 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) = √(0,8·9,81·130) = 31,94 m/s

Respuesta

vmax = 31,94 m/s (115 km/h)
8.Movimiento circular

Respuesta: vmin = 3,431 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.

Tensión nula en el punto más alto

m·g = m·v²/r → v = √(g·r) = √(9,81·1,2) = 3,431 m/s

Respuesta

vmin = 3,431 m/s
9.Trabajo y energía

Respuesta: P = 28,61 kW

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). La potencia es la fuerza por la velocidad: P = F·v.

Fuerza motriz

m·g = 1200·9,81 = 11772 N
mg·sin θ = 11772·sin 6° = 1231 N
F = 1231 + 200 = 1431 N

Potencia

v = 72/3,6 = 20 m/s
P = F·v = 1431·20 = 28610 W = 28,61 kW

Respuesta

P = 28,61 kW
10.Trabajo y energía

Respuesta: v = 2,287 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 liberada y perdida

m₂g·d = 39,24·0,5 = 19,62 J
μ·m₁g·d = 0,4·19,62·0,5 = 3,924 J

Energía cinética de ambos bloques

½(m₁ + m₂)v² = 15,7 → v = √(2·15,7/6) = 2,287 m/s

Respuesta

v = 2,287 m/s
11.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: v = 998,8 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.

Oscilación tras el impacto

V = √(2·g·h) = √(2·9,81·0,25) = 2,215 m/s

Choque

m·v = (m + M)·V → v = (0,01 + 4,5)·2,215/0,01 = 998,8 m/s

Respuesta

v = 998,8 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: v1 = 22,59 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.

Velocidad tras el choque

V = √(2·μ·g·d) = √(2·0,5·9,81·13) = 11,29 m/s

Cantidad de movimiento en el choque

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 2200·11,29/1100 = 22,59 m/s

Respuesta

v1 = 22,59 m/s
(81,31 km/h)
13.Rotación del sólido rígido

Respuesta: t = 4,021 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.

Velocidad angular

ω = 2π·400/60 = 41,89 rad/s

Deceleración y tiempo

α = Tb/I = 125/12 = 10,42 rad/s²
t = ω/α = 41,89/10,42 = 4,021 s

Respuesta

t = 4,021 s
14.Rotación del sólido rígido

Respuesta: Ek = 1425 J

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.

Partes de traslación y de rotación

Etrans = ½·m·v² = ½·19·10² = 950 J
Erot = ½·I·ω² = ½·0,5·m·r²·(v/r)² = 0,5·950 = 475 J

Total

Ek = 950 + 475 = 1425 J

Respuesta

Ek = 1425 J
15.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: n2 = 529,2 rpm

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 sin deslizamiento

1440·150/400 = 540 rpm

Con deslizamiento

n2 = 540·0,98 = 529,2 rpm

Respuesta

n2 = 529,2 rpm
16.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: ND = 30

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.

Velocidad del eje intermedio

nB = nC = 1500·72/80 = 1350 rpm

Dientes de la rueda D

ND = C·nC/nout = 20·1350/900 = 30

Respuesta

ND = 30
17.Muelles y péndulos

Respuesta: L = 0,2013 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·(0,9/2π)² = 0,2013 m

Respuesta

L = 0,2013 m
18.Muelles y péndulos

Respuesta: amax = 13,75 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 = √(350/2,8) = 11,18 rad/s

Aceleración máxima

amax = A·ω² = 0,11·11,18² = 13,75 m/s²

Respuesta

amax = 13,75 m/s²
19.Vibraciones mecánicas

Respuesta: ζ = 0,2921

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·√(15000·5) = 547,7 N·s/m

Factor de amortiguamiento

ζ = c/cc = 160/547,7 = 0,2921

Respuesta

ζ = 0,2921

ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.

20.Vibraciones mecánicas

Respuesta: fn = 10,07 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.

keq = 60 + 20 = 80 kN/m

Frecuencia natural

ωn = √(80000/20) = 63,25 rad/s
fn = 63,25/(2π) = 10,07 Hz

Respuesta

fn = 10,07 Hz

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