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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 avión necesita una velocidad de 220 km/h para despegar y la pista útil mide 2000 m. Partiendo del reposo, ¿qué aceleración constante a necesita?
v₀ = 0v = 220 km/hs = 2000 m
a = m/s²
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 11 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. Halla la altura máxima hmax sobre el suelo.
v₀ = 11 m/sh₀ = 5 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leyes de NewtonMedia
Se arrastra un trineo de 40 kg por nieve horizontal con una cuerda a 35° por encima de la horizontal y una fuerza de 190 N. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,1. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del trineo.
m = 40 kgF = 190 Nθ = 35°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Dos bloques sobre un suelo horizontal están unidos por un hilo ligero horizontal. Una fuerza horizontal de 50 N tira del bloque delantero de 3 kg; el bloque de 6 kg va remolcado detrás. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2 para ambos bloques. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T del hilo de unión.
m1 = 6 kgm2 = 3 kgF = 50 Nμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 65° sobre la horizontal desde el suelo llano. Desprecia la resistencia del aire. Halla el tiempo de vuelo t hasta que la pelota toca el suelo.
v0 = 24 m/sθ = 65°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 35° 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 = 24 m/sθ = 35°h = 15 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Una curva de radio 260 m tiene un peralte de 20°. ¿A qué velocidad v puede tomarla un coche sin necesitar ningún rozamiento? Usa g = 9,81 m/s².
r = 260 mθ = 20°g = 9,81 m/s²
v = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Una bola de 0,2 kg sujeta a un hilo ligero de 0,6 m de longitud se hace girar en una circunferencia vertical. En el punto más bajo su velocidad es 11,5 m/s. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión Ttop del hilo en el punto más alto.
Un bloque baja desde el reposo por una rampa inclinada 45° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Halla su velocidad v tras deslizar 18 m por la rampa.
θ = 45°μ = 0,2d = 18 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabajo y energíaDifícil
Un muelle de rigidez 2000 N/m situado al pie de una pendiente de 30° se comprime 15 cm contra un bloque de 5 kg y se suelta. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la pendiente es 0,2. ¿Qué distancia d recorre el bloque pendiente arriba desde el punto de suelta hasta detenerse? (Desprecia el corto tramo en el que empuja el muelle, es decir, aplica el rozamiento y la gravedad a toda la distancia d.)
Un proyectil de 10 kg que se mueve horizontalmente a 21 m/s explota en dos fragmentos que se mueven a lo largo de la misma recta. El fragmento de 9 kg sigue hacia delante a 32 m/s. Halla la velocidad v′2 del fragmento de 1 kg (positiva en el sentido original).
M = 10 kgu = 21 m/sm1 = 9 kgv′1 = 32 m/sm2 = 1 kg
v′2 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Un coche de 1100 kg choca con un coche aparcado de 1300 kg. Los restos quedan unidos y derrapan 22,5 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.
Una barra esbelta uniforme de masa 7,5 kg y longitud 2,1 m está articulada por un extremo y se mantiene horizontal. Se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla su aceleración angular α justo después de soltarla.
m = 7,5 kgL = 2,1 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Una barra esbelta uniforme de masa 7,5 kg y longitud 0,9 m cuelga en reposo de un pivote sin rozamiento en su extremo superior. Una bala de 5 g que se mueve horizontalmente a 500 m/s golpea la barra 0,66 m por debajo del pivote y queda incrustada. Halla la velocidad angular ω de la barra justo después del impacto.
M = 7,5 kgL = 0,9 mm = 5 gv = 500 m/sd = 0,66 m
ω = rad/s
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Una correa pasa por una polea motriz de 100 mm a 2880 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 = 100 mmn1 = 2880 rpmT1 = 600 NT2 = 180 N
P = kW
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Un motor de 3 kW a 2900 rpm acciona la rueda A (18 dientes), que engrana con la rueda B (45 dientes). La rueda C (12 dientes), en el mismo eje que B, acciona la rueda D (20 dientes) en el eje de salida. Cada engrane tiene un rendimiento del 98 %. Halla el par de salida Tout.
Una masa de 0,3 kg unida a un muelle con k = 410 N/m oscila sobre una superficie sin rozamiento con una amplitud de 16 cm. Halla su velocidad v cuando está a 10 cm del equilibrio.
m = 0,3 kgk = 410 N/mA = 16 cmx = 10 cm
v = m/s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 3,8 kg unida a un muelle con k = 190 N/m se separa 16 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla la energía total E de la oscilación.
m = 3,8 kgk = 190 N/mA = 16 cm
E = J
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 10 kg sobre un muelle con una rigidez de 200 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 = 10 kgk = 200 kN/mζ = 0,6
fd = Hz
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 5 kg cuelga de dos muelles uno al lado del otro (en paralelo), con rigideces k₁ = 40 kN/m y k₂ = 12 kN/m. La masa se mantiene horizontal. Halla la rigidez equivalente keq del sistema de muelles en kN/m.
m = 5 kgk1 = 40 kN/mk2 = 12 kN/m
keq = kN/m
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: a = 0,9336 m/s²
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
v = 220/3,6 = 61,11 m/s
Aceleración
a = v²/(2s) = 61,11²/(2·2000) = 0,9336 m/s²
Respuesta
a = 0,9336 m/s²
2.Cinemática
Respuesta: hmax = 11,17 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.
Subida por encima del tejado
0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 11²/(2·9,81) = 6,167 m
Altura sobre el suelo
hmax = 5 + 6,167 = 11,17 m
Respuesta
hmax = 11,17 m
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 3,182 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.
Fuerza normal
N = m·g − F·sin θ = 392,4 − 190·sin 35° = 283,4 N
Fuerzas horizontales
m·a = F·cos θ − μ·N = 155,6 − 28,34
a = 127,3/40 = 3,182 m/s²
Respuesta
a = 3,182 m/s²
4.Leyes de Newton
Respuesta: T = 33,33 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.
Con el mismo μ en ambos bloques, el rozamiento desaparece: T = F·m₁/(m₁ + m₂).
5.Tiro parabólico
Respuesta: t = 4,435 s
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 = 24·cos 65° = 10,14 m/s
vy = v0·sin θ = 24·sin 65° = 21,75 m/s
Tiempo de vuelo
Sale y cae a la misma altura: t = 2vy/g.
t = 2·21,75/9,81 = 4,435 s
Respuesta
t = 4,435 s
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 71,67 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 = 24·cos 35° = 19,66 m/s
vy = v0·sin θ = 24·sin 35° = 13,77 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 15 + 13,77·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (13,77 + √(189,5 + 294,3))/9,81 = 3,645 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 19,66·3,645 = 71,67 m
Respuesta
x = 71,67 m
7.Movimiento circular
Respuesta: v = 30,47 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.
v = √(r·g·tan θ) = √(260·9,81·tan 20°) = 30,47 m/s
Respuesta
v = 30,47 m/s
(109,7 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: Ttop = 34,27 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 en lo más alto
La energía cinética se transforma en energía potencial a lo largo de una altura 2r.
vtop² = 11,5² − 4·9,81·0,6 = 108,7 m²/s²
Fuerzas en lo más alto
La tensión y la gravedad apuntan ambas hacia abajo, hacia el centro.
T + m·g = m·vtop²/r
T = 0,2·108,7/0,6 − 0,2·9,81 = 34,27 N
Respuesta
Ttop = 34,27 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: v = 14,13 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 = √(2·9,81·18·(0,7071 − 0,2·0,7071)) = 14,13 m/s
Respuesta
v = 14,13 m/s
10.Trabajo y energía
Respuesta: d = 0,6814 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).
Energía del muelle
x = 15 cm = 0,15 m
½kx² = ½·2000·0,15² = 22,5 J
Balance de energía a lo largo de la rampa
m·g = 5·9,81 = 49,05 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 22,5/(49,05·(0,5 + 0,2·0,866)) = 0,6814 m
Respuesta
d = 0,6814 m
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′2 = −78 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.
Cantidad de movimiento antes
p = M·u = 10·21 = 210 kg·m/s
Cantidad de movimiento después
210 = 9·32 + 1·v′2
v′2 = (210 − 288)/1 = −78 m/s
Respuesta
v′2 = −78 m/s
El signo menos significa que el segundo fragmento sale despedido hacia atrás.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v1 = 39,7 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.
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 = 15,08 m/s
Potencia
P = (600 − 180)·15,08 = 6333 W = 6,333 kW
Respuesta
P = 6,333 kW
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: Tout = 39,53 N·m
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 de salida
nout = 2900·(18/45)·(12/20) = 696 rpm
ωout = 2π·696/60 = 72,88 rad/s
Potencia y par de salida
Pout = 3000·0,98² = 2881 W
Tout = Pout/ωout = 2881/72,88 = 39,53 N·m
Respuesta
Tout = 39,53 N·m
17.Muelles y péndulos
Respuesta: v = 4,617 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 = √(410/0,3) = 36,97 rad/s
Velocidad en x
v = ω·√(A² − x²) = 36,97·√(0,16² − 0,1²) = 4,617 m/s
Respuesta
v = 4,617 m/s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: E = 2,432 J
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 = √(190/3,8) = 7,071 rad/s
Energía
E = ½·k·A² = ½·190·0,16² = 2,432 J
Respuesta
E = 2,432 J
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fd = 18,01 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 = √(200000/10) = 141,4 rad/s
fn = 141,4/(2π) = 22,51 Hz
Frecuencia natural amortiguada
fd = fn·√(1 − ζ²) = 22,51·√(1 − 0,6²) = 18,01 Hz
Respuesta
fd = 18,01 Hz
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: keq = 52 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 uno al lado del otro comparten la deformación y suman sus fuerzas, así que sus rigideces simplemente se suman: k = k1 + k2.