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 = 2 m/s²s = 1700 m

Un avión parte del reposo y acelera uniformemente a 2 m/s² por una pista. Halla su velocidad v tras recorrer 1700 m.

v₀ = 0a = 2 m/s²s = 1700 m
v = m/s
2.CinemáticaDifícil
t (s)v (m/s)4 s

Un tranvía parte del reposo y acelera a 1,5 m/s² durante 4 s, después circula a velocidad constante durante 15 s y por último frena a 4,5 m/s² hasta detenerse. Halla el tiempo total de recorrido t.

a1 = 1,5 m/s²t1 = 4 st2 = 15 sa3 = −4,5 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
θ = 35°10 kgF = ?

Se empuja una caja de 10 kg rampa arriba, con una inclinación de 35° respecto a la horizontal, a velocidad constante, mediante una fuerza paralela a la rampa. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,1. Usa g = 9,81 m/s². Halla la fuerza de empuje F.

m = 10 kgθ = 35°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
F = N
4.Leyes de NewtonDifícil
9 kg10 kgTF = 120 Nμ = 0,15

Dos bloques sobre un suelo horizontal están unidos por un hilo ligero horizontal. Una fuerza horizontal de 120 N tira del bloque delantero de 10 kg; el bloque de 9 kg va remolcado detrás. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,15 para ambos bloques. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T del hilo de unión.

m1 = 9 kgm2 = 10 kgF = 120 Nμ = 0,15g = 9,81 m/s²
T = N
5.Tiro parabólicoMedia
v0​ = 10 m/sθ = ?R = 5 m

Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 10 m/s y debe caer a 5 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 = 10 m/sR = 5 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Tiro parabólicoDifícil
h = 10 mv0​ = 20 m/s35°v = ?

Se lanza una pelota a 20 m/s y 35° por encima de la horizontal desde lo alto de un acantilado de 10 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v con la que llega al suelo.

v₀ = 20 m/sθ = 35°h = 10 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
7.Movimiento circularMedia
r = 125 mvmax​ = ?

Un coche toma una curva plana de 125 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,5. 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 = 0,5g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
r = 1,4 mv = ?

Se hace girar en una circunferencia vertical una bola atada a una cuerda de 1,4 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 = 1,4 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
25°d = 6 mμ = 0,2

Un bloque baja desde el reposo por una rampa inclinada 25° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Halla su velocidad v tras deslizar 6 m por la rampa.

θ = 25°μ = 0,2d = 6 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabajo y energíaDifícil
h = 1 mL = 2 mμ = 0,15k = 800 N/m

Se suelta desde el reposo un bloque de 2 kg a una altura de 1 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 2 m (μ = 0,15) y después choca contra un muelle (k = 800 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la compresión máxima x del muelle.

m = 2 kgh = 1 mL = 2 mμ = 0,15k = 800 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
1800 kg13 m/s1500 kg

Un coche de 1800 kg que se mueve a 13 m/s choca con un coche parado de 1500 kg y ambos quedan unidos. ¿Cuánta energía cinética ΔK se pierde en el choque?

m1 = 1800 kgv1 = 13 m/sm2 = 1500 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
1600 kg21 m/s1500 kg10 m/sθ = ?

En un cruce, un coche de 1600 kg que circula hacia el este a 21 m/s choca con un coche de 1500 kg que circula hacia el norte a 10 m/s. Los coches quedan unidos. Halla la dirección θ de los restos justo después del choque, medida desde el este hacia el norte.

m1 = 1600 kgv1 = 21 m/s (E)m2 = 1500 kgv2 = 10 m/s (N)
θ = °
13.Rotación del sólido rígidoMedia
v = ?L = 2,2 mm = 8,5 kg

Una barra esbelta uniforme de masa 8,5 kg y longitud 2,2 m está articulada por un extremo y se suelta desde el reposo en posición horizontal. Ignora el rozamiento y usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v del extremo libre cuando la barra pasa por la posición vertical.

m = 8,5 kgL = 2,2 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
3,5 m/sω

Un cuerpo (aro delgado) de masa 19 kg rueda sin deslizar a 3,5 m/s. ¿Qué porcentaje p de su energía cinética total es de rotación?

m = 19 kgv = 3,5 m/sI = m·r²
p = %
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
d1​ = 80 mmd2​ = 300 mm720 rpmn2​ = ?

Una polea de 80 mm a 720 rpm acciona una polea de 300 mm mediante una correa con un 2 % de deslizamiento. Halla la velocidad n2 de la polea conducida.

n1 = 720 rpmd1 = 80 mmd2 = 300 mms = 2 %
n2 = rpm
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
d1​ = 160 mmd2​ = 315 mm720 rpmC = 500 mmθ = ?

Una correa abierta conecta una polea de 160 mm y una polea de 315 mm cuyos centros están separados 500 mm. Halla el ángulo de contacto θ en la polea menor, en grados.

d1 = 160 mmd2 = 315 mmC = 500 mm
θ = °
17.Muelles y péndulosMedia
L = ?

¿Qué longitud debe tener un péndulo simple para que su periodo sea de 1,4 s? Usa g = 9,81 m/s². Halla L.

T = 1,4 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Muelles y péndulosDifícil
2 kgk = 170 N/mA = 6 cm

Una masa de 2 kg unida a un muelle con k = 170 N/m se separa 6 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.

m = 2 kgk = 170 N/mA = 6 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
k = 4 kN/mζ = 0,4m = 25 kg

Una masa de 25 kg sobre un muelle con una rigidez de 4 kN/m tiene un amortiguador viscoso que da un factor de amortiguamiento de 0,4. Halla la frecuencia natural amortiguada fd de su vibración libre en Hz.

m = 25 kgk = 4 kN/mζ = 0,4
fd = Hz
20.Vibraciones mecánicasDifícil
k1​ = 60k2​ = 15m = 10 kg

Una masa de 10 kg cuelga de dos muelles unidos uno tras otro (en serie): el muelle superior tiene k₁ = 60 kN/m y el inferior k₂ = 15 kN/m. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.

m = 10 kgk1 = 60 kN/mk2 = 15 kN/m
fn = Hz

3Disoluciones

1.Cinemática

Respuesta: v = 82,46 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) = √(2·2·1700) = 82,46 m/s

Respuesta

v = 82,46 m/s
(296,9 km/h)
2.Cinemática

Respuesta: t = 20,33 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 máxima

v = a1·t1 = 1,5·4 = 6 m/s

Tiempo de frenado

t3 = v/a3 = 6/4,5 = 1,333 s

Tiempo total

t = 4 + 15 + 1,333 = 20,33 s

Respuesta

t = 20,33 s
3.Leyes de Newton

Respuesta: F = 64,3 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 de la rampa

Velocidad constante: las fuerzas se equilibran.

F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ

Fuerza de empuje

F = 56,27 + 8,036 = 64,3 N

Respuesta

F = 64,3 N
4.Leyes de Newton

Respuesta: T = 56,84 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.

Sistema completo

a = (F − μ·(m1 + m2)·g)/(m1 + m2) = (120 − 27,96)/19 = 4,844 m/s²

Bloque trasero por separado

T = m1·(a + μ·g) = 9·(4,844 + 1,472) = 56,84 N

Respuesta

T = 56,84 N

Con el mismo μ en ambos bloques, el rozamiento desaparece: T = F·m₁/(m₁ + m₂).

5.Tiro parabólico

Respuesta: θ = 14,69 °

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 = 9,81·5/10² = 0,4905

Ángulo

2θ = 29,37° → θ = 14,69°

Respuesta

θ = 14,69°

La otra solución es 90° − θ = 75,31°.

6.Tiro parabólico

Respuesta: v = 24,42 m/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

vx = 20·cos 35° = 16,38 m/s
vy0 = 20·sin 35° = 11,47 m/s

Velocidad vertical en el impacto

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

vy = √(11,47² + 2·9,81·10) = 18,11 m/s

Velocidad de impacto

v = √(16,38² + 18,11²) = 24,42 m/s

Respuesta

v = 24,42 m/s

Comprobación con la energía: v² = v₀² + 2gh.

7.Movimiento circular

Respuesta: vmax = 24,76 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) = √(0,5·9,81·125) = 24,76 m/s

Respuesta

vmax = 24,76 m/s (89,14 km/h)
8.Movimiento circular

Respuesta: vmin = 3,706 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) = √(9,81·1,4) = 3,706 m/s

Respuesta

vmin = 3,706 m/s
9.Trabajo y energía

Respuesta: v = 5,33 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 = √(2·9,81·6·(0,4226 − 0,2·0,9063)) = 5,33 m/s

Respuesta

v = 5,33 m/s
10.Trabajo y energía

Respuesta: x = 18,53 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 = 19,62·(1 − 0,15·2) = 13,73 J

Compresión máxima

½kx² = 13,73 → x = √(2·13,73/800) = 0,1853 m = 18,53 cm

Respuesta

x = 18,53 cm
11.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: ΔK = 69136 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) = 1800·13/3300 = 7,091 m/s

Energía cinética antes y después

Kbefore = ½·1800·13² = 152100 J
Kafter = ½·3300·7,091² = 82964 J

Energía perdida

ΔK = 152100 − 82964 = 69136 J

Respuesta

ΔK = 69136 J

La energía perdida se convierte en deformación, calor y sonido.

12.Cantidad de movimiento y choques

Respuesta: θ = 24,06 °

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.

Componentes de la cantidad de movimiento

px = 1600·21 = 33600 kg·m/s
py = 1500·10 = 15000 kg·m/s

Dirección

tan θ = py/px = 0,4464 → θ = 24,06°

Respuesta

θ = 24,06°
13.Rotación del sólido rígido

Respuesta: v = 8,046 m/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.

Pérdida de energía potencial

m·g·L/2 = 8,5·9,81·1,1 = 91,72 J

Momento de inercia respecto al pasador

IO = m·L²/3 = 8,5·2,2²/3 = 13,71 kg·m²

Balance de energía

½·IO·ω² = 91,72 → ω = √(2·91,72/13,71) = 3,657 rad/s
v = ω·L = 3,657·2,2 = 8,046 m/s

Respuesta

v = 8,046 m/s
14.Rotación del sólido rígido

Respuesta: p = 50 %

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 = ½·19·3,5² = 116,4 J
Erot = ½·I·ω² = ½·1·m·r²·(v/r)² = 1·116,4 = 116,4 J

Proporción de rotación

p = 116,4/232,8·100% = c/(1 + c)·100% = 50%

Respuesta

p = 50 %

La proporción depende solo de la forma, no de la masa ni de la velocidad.

15.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: n2 = 188,2 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

720·80/300 = 192 rpm

Con deslizamiento

n2 = 192·0,98 = 188,2 rpm

Respuesta

n2 = 188,2 rpm
16.Engranajes y trenes de engranajes

Respuesta: θ = 162,2 °

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 la correa

asin(0,155) = 8,917°

Ángulo de contacto

θ = 180 − 2·8,917 = 162,2°

Respuesta

θ = 162,2°
17.Muelles y péndulos

Respuesta: L = 0,487 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·(1,4/2π)² = 0,487 m

Respuesta

L = 0,487 m
18.Muelles y péndulos

Respuesta: amax = 5,1 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 = √(170/2) = 9,22 rad/s

Aceleración máxima

amax = A·ω² = 0,06·9,22² = 5,1 m/s²

Respuesta

amax = 5,1 m/s²
19.Vibraciones mecánicas

Respuesta: fd = 1,845 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 = √(4000/25) = 12,65 rad/s
fn = 12,65/(2π) = 2,013 Hz

Frecuencia natural amortiguada

fd = fn·√(1 − ζ²) = 2,013·√(1 − 0,4²) = 1,845 Hz

Respuesta

fd = 1,845 Hz
20.Vibraciones mecánicas

Respuesta: fn = 5,513 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 en serie soportan la misma fuerza y suman sus deformaciones, así que se combinan como inversos: 1/k = 1/k1 + 1/k2.

1/keq = 1/60 + 1/15 → keq = 60·15/(60 + 15) = 12 kN/m

Frecuencia natural

ωn = √(12000/10) = 34,64 rad/s
fn = 34,64/(2π) = 5,513 Hz

Respuesta

fn = 5,513 Hz

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