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.

Problemas nuevosVolver a la asignatura

En la ventana de impresión, elige «Guardar como PDF» para conservar una copia en tu dispositivo.

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)1,4 s16,67

Una conductora que circula a 60 km/h ve un obstáculo. Su tiempo de reacción es 1,4 s, tras el cual el coche frena con una deceleración constante de 6,5 m/s². Halla la distancia total de detención d desde el momento en que ve el obstáculo.

v₀ = 60 km/htr = 1,4 sa = −6,5 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
v₀ = 11 m/s25 m

Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 11 m/s desde el borde de un tejado situado a 25 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 = 25 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
θ = 45°a = ?m = 4 kg

Un bloque de 4 kg baja deslizando por una rampa inclinada 45° 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 = 4 kgθ = 45°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
m1​ = 7 kg5,5 kgμ = 0,25

Un bloque de 7 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 5,5 kg. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la mesa es 0,25. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del sistema.

m1 = 7 kgm2 = 5,5 kgμ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
9 my = ?v0​ = 14 m/s70°

Se chuta una pelota desde un terreno horizontal a 14 m/s y 70° por encima de la horizontal hacia una pared situada a 9 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². ¿A qué altura y pasa la pelota por la pared?

v₀ = 14 m/sθ = 70°x = 9 mg = 9,81 m/s²
y = m
6.Tiro parabólicoDifícil
h = 25 mv0​ = 16 m/s30°α = ?

Se lanza una pelota a 16 m/s y 30° por encima de la horizontal desde lo alto de un acantilado de 25 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². ¿Con qué ángulo α por debajo de la horizontal llega al suelo?

v₀ = 16 m/sθ = 30°h = 25 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Movimiento circularMedia
r = 85 mvmax​ = ?

Un coche toma una curva plana de 85 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 = 85 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
R = 8 mh = 24 m

Una vagoneta de 5 kg se suelta desde el reposo a una altura de 24 m sobre una pista sin rozamiento y recorre un rizo vertical de radio 8 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 = 5 kgh = 24 mR = 8 mg = 9,81 m/s²
Ntop = N
9.Trabajo y energíaMedia
25°d = 19 mμ = 0,25

Un bloque de 4 kg desliza 19 m por una rampa inclinada 25° respecto a la horizontal, con un coeficiente de rozamiento dinámico de 0,25. Halla el trabajo Wf realizado contra el rozamiento.

m = 4 kgθ = 25°μ = 0,25d = 19 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabajo y energíaDifícil
h = 22,5 mR = 5 mN = ?

Una vagoneta de 5 kg se suelta desde el reposo a una altura de 22,5 m sobre una pista lisa que conduce a un rizo circular vertical de radio 5 m. Halla la fuerza normal N que ejerce la pista sobre la vagoneta en lo más alto del rizo.

m = 5 kgh = 22,5 mR = 5 mg = 9,81 m/s²
N = N
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
4 kgv = ?20 gh = 24 cm

Una bala de 20 g se dispara horizontalmente contra un bloque de madera de 4 kg que cuelga de hilos ligeros, y se queda incrustada en él. El bloque oscila hacia arriba hasta quedar 24 cm más alto que al principio. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v de la bala antes del impacto.

m = 20 gM = 4 kgh = 24 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
1100 kgv1​ = ?1000 kg

Un coche de 1100 kg choca con un coche aparcado de 1000 kg. Los restos quedan unidos y derrapan 21 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.

m1 = 1100 kgm2 = 1000 kgd = 21 mμ = 0,75g = 9,81 m/s²
v1 = m/s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
2,5 kgaαM = 17,5 kgR = 0,15 m

Un bloque de 2,5 kg cuelga de una cuerda ligera enrollada en una polea, un disco macizo uniforme de masa 17,5 kg y radio 0,15 m que gira sobre un eje horizontal sin rozamiento. El bloque se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque.

m = 2,5 kgM = 17,5 kgR = 0,15 mg = 9,81 m/s²
a = m/s²
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
4,5 m/sω

Un cuerpo (esfera hueca) de masa 1 kg rueda sin deslizar a 4,5 m/s. Halla su energía cinética de rotación Erot.

m = 1 kgv = 4,5 m/sI = (2/3)·m·r²
Erot = J
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
d1​ = 100 mmd2​ = 300 mm1500 rpmT1​ = 1200 NT2​ = 360 NP = ?

Una correa pasa por una polea motriz de 100 mm a 1500 rpm. La tensión es de 1200 N en el ramal tenso y de 360 N en el ramal flojo. Halla la potencia P transmitida, en kW.

d1 = 100 mmn1 = 1500 rpmT1 = 1200 NT2 = 360 N
P = kW
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
A = 72B = 80C = 18D = ?

En un tren de engranajes compuesto, la rueda A (72 dientes) del eje de entrada gira a 2880 rpm y acciona la rueda B (80 dientes). La rueda C (18 dientes) está fijada al mismo eje que B y acciona la rueda D del eje de salida. La salida debe girar a 1296 rpm. ¿Cuántos dientes ND debe tener la rueda D?

nin = 2880 rpmA = 72B = 80C = 18nout = 1296 rpm
ND =
17.Muelles y péndulosMedia
t (s)x (cm)0,85 s

Una masa de 2,8 kg unida a un muelle con k = 380 N/m se desplaza 13 cm en sentido positivo y se suelta desde el reposo en t = 0. Halla su desplazamiento x respecto al equilibrio en t = 0,85 s (con signo).

m = 2,8 kgk = 380 N/mA = 13 cmt = 0,85 s
x = cm
18.Muelles y péndulosDifícil
3,1 kgk = 310 N/mA = 3 cm

Una masa de 3,1 kg unida a un muelle con k = 310 N/m se separa 3 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.

m = 3,1 kgk = 310 N/mA = 3 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
k = 10 kN/mζ = 0,45m = 80 kg

Una masa de 80 kg sobre un muelle con una rigidez de 10 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 = 80 kgk = 10 kN/mζ = 0,45
fd = Hz
20.Vibraciones mecánicasDifícil
k1​ = 50k2​ = 25m = 100 kg

Una masa de 100 kg cuelga de dos muelles unidos uno tras otro (en serie): el muelle superior tiene k₁ = 50 kN/m y el inferior k₂ = 25 kN/m. Halla la rigidez equivalente keq del sistema de muelles en kN/m.

m = 100 kgk1 = 50 kN/mk2 = 25 kN/m
keq = kN/m

3Disoluciones

1.Cinemática

Respuesta: d = 44,7 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 = 60/3,6 = 16,67 m/s

Distancia de reacción

d1 = v₀·tr = 16,67·1,4 = 23,33 m

Distancia de frenado

d2 = v₀²/(2a) = 16,67²/(2·6,5) = 21,37 m

Total

d = 23,33 + 21,37 = 44,7 m

Respuesta

d = 44,7 m
2.Cinemática

Respuesta: t = 3,642 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.

−25 = 11·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 11·t − 25 = 0

Resuelve la ecuación de segundo grado

Solo la raíz positiva tiene sentido físico.

t = (11 + √(11² + 2·9,81·25))/9,81 = 3,642 s

Respuesta

t = 3,642 s
3.Leyes de Newton

Respuesta: a = 6,243 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 45° − 0,1·cos 45°) = 9,81·(0,7071 − 0,07071) = 6,243 m/s²

Respuesta

a = 6,243 m/s²
4.Leyes de Newton

Respuesta: a = 2,943 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) = (53,96 − 17,17)/12,5 = 2,943 m/s²

Respuesta

a = 2,943 m/s²
5.Tiro parabólico

Respuesta: y = 7,399 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.

Tiempo hasta la pared

vx = 14·cos 70° = 4,788 m/s
t = x/vx = 9/4,788 = 1,88 s

Altura en ese instante

y = 13,16·1,88 − ½·9,81·1,88² = 7,399 m

Respuesta

y = 7,399 m

En la pared la pelota ya está bajando.

6.Tiro parabólico

Respuesta: α = 59,53 °

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 = 16·cos 30° = 13,86 m/s
vy0 = 16·sin 30° = 8 m/s

Velocidad vertical en el impacto

Energía, o v² = v₀² + 2as en la dirección vertical.

vy = √(8² + 2·9,81·25) = 23,55 m/s

Ángulo de impacto

tan α = vy/vx = 23,55/13,86 → α = 59,53°

Respuesta

α = 59,53°
7.Movimiento circular

Respuesta: vmax = 18,26 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) = √(0,4·9,81·85) = 18,26 m/s

Respuesta

vmax = 18,26 m/s (65,75 km/h)
8.Movimiento circular

Respuesta: Ntop = 49,05 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·(24 − 2·8) = 157 m²/s²

Fuerzas

Hacia el centro es positivo.

N = m·v²/R − m·g = 5·157/8 − 49,05 = 49,05 N

Respuesta

Ntop = 49,05 N
9.Trabajo y energía

Respuesta: Wf = 168,9 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 = 39,24·0,9063 = 35,56 N
F = μN = 0,25·35,56 = 8,891 N

Trabajo contra el rozamiento

Wf = F·d = 8,891·19 = 168,9 J

Respuesta

Wf = 168,9 J
10.Trabajo y energía

Respuesta: N = 196,2 N

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·(22,5 − 10) = 245,3 m²/s²

Fuerzas en lo más alto

m·g = 5·9,81 = 49,05 N
N = mv²/R − mg = 5·245,3/5 − 49,05 = 196,2 N

Respuesta

N = 196,2 N

La vagoneta completa el rizo justo cuando h = 2,5R; entonces N = 0 en lo más alto.

11.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: v = 436,2 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) = √(2·9,81·0,24) = 2,17 m/s

Choque

m·v = (m + M)·V → v = (0,02 + 4)·2,17/0,02 = 436,2 m/s

Respuesta

v = 436,2 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: v1 = 33,56 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) = √(2·0,75·9,81·21) = 17,58 m/s

Cantidad de movimiento en el choque

m1·v1 = (m1 + m2)·V → v1 = 2100·17,58/1100 = 33,56 m/s

Respuesta

v1 = 33,56 m/s
(120,8 km/h)
13.Rotación del sólido rígido

Respuesta: a = 2,18 m/s²

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.

Bloque y polea

bloque: m·g − T = m·a
polea: T·R = I·α = ½·M·R²·(a/R) → T = ½·M·a

Aceleración

a = m·g/(m + M/2) = 2,5·9,81/(2,5 + 8,75) = 2,18 m/s²

Respuesta

a = 2,18 m/s²
14.Rotación del sólido rígido

Respuesta: Erot = 6,75 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 = ½·1·4,5² = 10,13 J
Erot = ½·I·ω² = ½·0,6667·m·r²·(v/r)² = 0,6667·10,13 = 6,75 J

Respuesta

Erot = 6,75 J
15.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: P = 6,597 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 = 7,854 m/s

Potencia

P = (1200 − 360)·7,854 = 6597 W = 6,597 kW

Respuesta

P = 6,597 kW
16.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: ND = 36

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 = 2880·72/80 = 2592 rpm

Dientes de la rueda D

ND = C·nC/nout = 18·2592/1296 = 36

Respuesta

ND = 36
17.Muelles y péndulos

Respuesta: x = −11,55 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.

Frecuencia angular

ω = √(380/2,8) = 11,65 rad/s
ω·t = 11,65·0,85 = 9,902 rad

Desplazamiento

x = A·cos(ω·t) = 13·cos(9,902) = −11,55 cm

Respuesta

x = −11,55 cm
18.Muelles y péndulos

Respuesta: amax = 3 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 = √(310/3,1) = 10 rad/s

Aceleración máxima

amax = A·ω² = 0,03·10² = 3 m/s²

Respuesta

amax = 3 m/s²
19.Vibraciones mecánicas

Respuesta: fd = 1,589 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 = √(10000/80) = 11,18 rad/s
fn = 11,18/(2π) = 1,779 Hz

Frecuencia natural amortiguada

fd = fn·√(1 − ζ²) = 1,779·√(1 − 0,45²) = 1,589 Hz

Respuesta

fd = 1,589 Hz
20.Vibraciones mecánicas

Respuesta: keq = 16,67 kN/m

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.

1/keq = 1/50 + 1/25 → keq = 50·25/(50 + 25) = 16,67 kN/m

Respuesta

keq = 16,67 kN/m

ExamProblems · examproblems.com/courses/dynamics