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
t (s)v (m/s)t = ?16,67

Un coche que circula a 60 km/h frena con una deceleración constante de 7 m/s² hasta detenerse. ¿Cuánto dura la frenada? Halla t.

v₀ = 60 km/ha = −7 m/s²v = 0
t = s
2.CinemáticaDifícil
t (s)v (m/s)9 s

Un tranvía parte del reposo y acelera a 1,5 m/s² durante 9 s, después circula a velocidad constante durante 13 s y por último frena a 5 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia total s entre las dos paradas.

a1 = 1,5 m/s²t1 = 9 st2 = 13 sa3 = −5 m/s²
s = m
3.Leyes de NewtonMedia
θ = 30°a = ?m = 5 kg

Un bloque de 5 kg baja deslizando por una rampa inclinada 30° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,1. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque a lo largo de la rampa.

m = 5 kgθ = 30°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
m1​ = 7,5 kg1 kgsin rozamiento

Un bloque de 7,5 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. La mesa no tiene rozamiento. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del sistema.

m1 = 7,5 kgm2 = 1 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
v0​ = 10 m/s65°alcanceH = ?

Se lanza una pelota a 65° sobre la horizontal desde el suelo llano. Desprecia la resistencia del aire. Halla la altura máxima H que alcanza la pelota.

v0 = 10 m/sθ = 65°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Tiro parabólicoDifícil
h = 15 mv0​ = 28 m/s55°x = ?

Se lanza una pelota a 55° 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 = 28 m/sθ = 55°h = 15 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
r = 45 mvmax​ = ?

Un coche toma una curva plana de 45 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 = 45 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
R = 4 mh = 20 m

Una vagoneta de 0,5 kg se suelta desde el reposo a una altura de 20 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 = 0,5 kgh = 20 mR = 4 mg = 9,81 m/s²
Nbottom = N
9.Trabajo y energíaMedia
80 km/h

Un coche que circula a 80 km/h por una carretera horizontal frena bruscamente y derrapa hasta detenerse con las ruedas bloqueadas. El coeficiente de rozamiento dinámico entre neumáticos y carretera es 0,8. Halla la distancia de frenado d.

v = 80 km/hμ = 0,8g = 9,81 m/s²
d = m
10.Trabajo y energíaDifícil
h = 3 mL = 4,5 mμ = 0,1k = 2500 N/m

Se suelta desde el reposo un bloque de 5 kg a una altura de 3 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 4,5 m (μ = 0,1) y después choca contra un muelle (k = 2500 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la compresión máxima x del muelle.

m = 5 kgh = 3 mL = 4,5 mμ = 0,1k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
1,5 kg3 m/s1 kg

Un deslizador de 1,5 kg que se mueve a 3 m/s choca frontalmente, de forma perfectamente elástica, con un deslizador de 1 kg en reposo sobre un carril sin rozamiento. Halla la velocidad v′2 del segundo deslizador después del choque.

m1 = 1,5 kgm2 = 1 kgv1 = 3 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
1100 kgv1​ = ?2000 kg

Un coche de 1100 kg choca con un coche aparcado de 2000 kg. Los restos quedan unidos y derrapan 9 m antes de detenerse. El coeficiente de rozamiento dinámico entre neumáticos y carretera es 0,6. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v1 del primer coche justo antes del choque.

m1 = 1100 kgm2 = 2000 kgd = 9 mμ = 0,6g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
n = 2300 rpmP = 88,5 kW

Un eje transmite 88,5 kW a 2300 rpm. Halla el par T en el eje.

P = 88,5 kWn = 2300 rpm
T = N·m
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
θ = 10°vs = 1,5 m

Un cuerpo (esfera maciza) parte del reposo y rueda sin deslizar por una pendiente inclinada 10° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla su velocidad v después de haber rodado 1,5 m a lo largo de la pendiente.

θ = 10°s = 1,5 mI = (2/5)·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
N1​N2​ = ?

Dos ejes paralelos están a 120 mm de distancia. Deben unirse mediante un par de ruedas dentadas rectas de módulo 4 mm y una reducción de velocidad de 2 : 1. ¿Cuántos dientes N2 debe tener la rueda?

a = 120 mmm = 4 mmi = 2
N2 =
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
d1​ = 125 mmd2​ = 300 mm1500 rpmC = 500 mmT1​ = 600 NT2​P = ?

Una correa abierta conecta una polea motriz de 125 mm a 1500 rpm con una polea de 300 mm; los centros están separados 500 mm. El coeficiente de rozamiento es 0,25 y la tensión del ramal tenso no puede superar 600 N. Halla la mayor potencia P que puede transmitir la correa sin deslizar, en kW (ignora los efectos centrífugos).

d1 = 125 mmn1 = 1500 rpmd2 = 300 mmC = 500 mmμ = 0,25T1 = 600 N
P = kW
17.Muelles y péndulosMedia
0,3 kgk = 480 N/mA = 13 cmx = 11 cm

Una masa de 0,3 kg unida a un muelle con k = 480 N/m oscila sobre una superficie sin rozamiento con una amplitud de 13 cm. Halla su velocidad v cuando está a 11 cm del equilibrio.

m = 0,3 kgk = 480 N/mA = 13 cmx = 11 cm
v = m/s
18.Muelles y péndulosDifícil
3,5 kgk = 110 N/mA = 13 cm

Una masa de 3,5 kg unida a un muelle con k = 110 N/m se separa 13 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.

m = 3,5 kgk = 110 N/mA = 13 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
k = 50 kN/mζ = 0,6m = 100 kg

Una masa de 100 kg sobre un muelle con una rigidez de 50 kN/m tiene un amortiguador viscoso que da un factor de amortiguamiento de 0,6. Halla la frecuencia natural amortiguada fd de su vibración libre en Hz.

m = 100 kgk = 50 kN/mζ = 0,6
fd = Hz
20.Vibraciones mecánicasDifícil
k1​ = 100k2​ = 40m = 100 kg

Una masa de 100 kg cuelga de dos muelles uno al lado del otro (en paralelo), con rigideces k₁ = 100 kN/m y k₂ = 40 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 = 100 kgk1 = 100 kN/mk2 = 40 kN/m
fn = Hz

3Disoluciones

1.Cinemática

Respuesta: t = 2,381 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 = 60/3,6 = 16,67 m/s

Tiempo de frenado

0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 16,67/7 = 2,381 s

Respuesta

t = 2,381 s
2.Cinemática

Respuesta: s = 254,5 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.

Velocidad máxima

v = a1·t1 = 1,5·9 = 13,5 m/s

Distancia de cada fase

s1 = ½·1,5·9² = 60,75 m
s2 = 13,5·13 = 175,5 m
s3 = 13,5²/(2·5) = 18,23 m

Distancia total

s = 60,75 + 175,5 + 18,23 = 254,5 m

Respuesta

s = 254,5 m
3.Leyes de Newton

Respuesta: a = 4,055 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 30° − 0,1·cos 30°) = 9,81·(0,5 − 0,0866) = 4,055 m/s²

Respuesta

a = 4,055 m/s²
4.Leyes de Newton

Respuesta: a = 1,154 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.

Aceleración del sistema

a = (m2·g − μ·m1·g)/(m1 + m2) = (9,81 − 0)/8,5 = 1,154 m/s²

Respuesta

a = 1,154 m/s²
5.Tiro parabólico

Respuesta: H = 4,187 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 65° = 4,226 m/s
vy = v0·sin θ = 10·sin 65° = 9,063 m/s

Punto más alto

En lo más alto la velocidad vertical es cero: vy² = 2gH.

H = vy²/(2g) = 9,063²/(2·9,81) = 4,187 m

Respuesta

H = 4,187 m
6.Tiro parabólico

Respuesta: x = 84,44 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 = 28·cos 55° = 16,06 m/s
vy = v0·sin θ = 28·sin 55° = 22,94 m/s

Tiempo de vuelo

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

0 = 15 + 22,94·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (22,94 + √(526,1 + 294,3))/9,81 = 5,258 s

Distancia horizontal

x = vx·t = 16,06·5,258 = 84,44 m

Respuesta

x = 84,44 m
7.Movimiento circular

Respuesta: vmax = 17,58 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.

El rozamiento proporciona la fuerza centrípeta

m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,7·9,81·45) = 17,58 m/s

Respuesta

vmax = 17,58 m/s (63,28 km/h)
8.Movimiento circular

Respuesta: Nbottom = 53,96 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 = 2·9,81·20 = 392,4 m²/s²

Fuerzas

Hacia el centro es positivo.

N = m·v²/R + m·g = 0,5·392,4/4 + 4,905 = 53,96 N

Respuesta

Nbottom = 53,96 N
9.Trabajo y energía

Respuesta: d = 31,46 m

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).

Velocidad en unidades básicas

v = 80/3,6 = 22,22 m/s

Balance de energía

½mv² = μmg·d → d = v²/(2μg) = 22,22²/(2·0,8·9,81) = 31,46 m

Respuesta

d = 31,46 m

Duplicar la velocidad cuadruplica la distancia de frenado.

10.Trabajo y energía

Respuesta: x = 31,63 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·(3 − 0,1·4,5) = 125,1 J

Compresión máxima

½kx² = 125,1 → x = √(2·125,1/2500) = 0,3163 m = 31,63 cm

Respuesta

x = 31,63 cm
11.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: v′2 = 3,6 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 = (1,5 − 1)/(1,5 + 1)·3 = 0,6 m/s
v′2 = 2·1,5/(1,5 + 1)·3 = 3,6 m/s

Respuesta

v′2 = 3,6 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: v1 = 29,01 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) = √(2·0,6·9,81·9) = 10,29 m/s

Cantidad de movimiento en el choque

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 3100·10,29/1100 = 29,01 m/s

Respuesta

v1 = 29,01 m/s
(104,4 km/h)
13.Rotación del sólido rígido

Respuesta: T = 367,4 N·m

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·2300/60 = 240,9 rad/s

Par

T = P/ω = 88500/240,9 = 367,4 N·m

Respuesta

T = 367,4 N·m
14.Rotación del sólido rígido

Respuesta: v = 1,911 m/s

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.

Altura descendida

h = s·sin θ = 1,5·sin 10° = 0,2605 m

Balance de energía con rodadura

Rodadura sin deslizamiento: ω = v/r, y el rozamiento no realiza trabajo en el punto de contacto.

m·g·h = ½·m·v²·(1 + 0,4)
v = √(2·9,81·0,2605/1,4) = 1,911 m/s

Respuesta

v = 1,911 m/s
15.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: N2 = 40

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 = 2·120/4 = 60

Reparte según la relación

N1 = 60/(1 + 2) = 20
N2 = 2·20 = 40

Respuesta

N2 = 40
16.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: P = 2,958 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 = 2,79 rad

Tensión del ramal flojo

eμθ = e0,6974 = 2,009, T₂ = 600/2,009 = 298,7 N

Potencia

P = (600 − 298,7)·9,817 = 2,958 kW

Respuesta

P = 2,958 kW
17.Muelles y péndulos

Respuesta: v = 2,771 m/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 = √(480/0,3) = 40 rad/s

Velocidad en x

v = ω·√(A² − x²) = 40·√(0,13² − 0,11²) = 2,771 m/s

Respuesta

v = 2,771 m/s
18.Muelles y péndulos

Respuesta: amax = 4,086 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 = √(110/3,5) = 5,606 rad/s

Aceleración máxima

amax = A·ω² = 0,13·5,606² = 4,086 m/s²

Respuesta

amax = 4,086 m/s²
19.Vibraciones mecánicas

Respuesta: fd = 2,847 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 = √(50000/100) = 22,36 rad/s
fn = 22,36/(2π) = 3,559 Hz

Frecuencia natural amortiguada

fd = fn·√(1 − ζ²) = 3,559·√(1 − 0,6²) = 2,847 Hz

Respuesta

fd = 2,847 Hz
20.Vibraciones mecánicas

Respuesta: fn = 5,955 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 = 100 + 40 = 140 kN/m

Frecuencia natural

ωn = √(140000/100) = 37,42 rad/s
fn = 37,42/(2π) = 5,955 Hz

Respuesta

fn = 5,955 Hz

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