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
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 180 km/h para despegar y la pista útil mide 1700 m. Partiendo del reposo, ¿qué aceleración constante a necesita?
v₀ = 0v = 180 km/hs = 1700 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 40 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 = 40 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Un bloque de 18 kg baja deslizando por una rampa inclinada 25° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,25. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque a lo largo de la rampa.
m = 18 kgθ = 25°μ = 0,25g = 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 130 N tira del bloque delantero de 2 kg; el bloque de 9 kg va remolcado detrás. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,25 para ambos bloques. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a de los bloques.
m1 = 9 kgm2 = 2 kgF = 130 Nμ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 60° sobre la horizontal desde el suelo llano. Desprecia la resistencia del aire. Halla la altura máxima H que alcanza la pelota.
v0 = 22 m/sθ = 60°g = 9,81 m/s²
H = m
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 25° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 10 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.
v0 = 24 m/sθ = 25°h = 10 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 105 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 = 105 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Se hace girar en una circunferencia vertical una bola de 1,7 kg atada a una cuerda de 1,1 m. En el punto más bajo se mueve a 8,5 m/s. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda en el punto más bajo.
m = 1,7 kgr = 1,1 mv = 8,5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque baja desde el reposo por una rampa inclinada 15° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,1. Halla su velocidad v tras deslizar 15 m por la rampa.
θ = 15°μ = 0,1d = 15 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabajo y energíaDifícil
Se suelta desde el reposo un bloque de 4 kg a una altura de 2 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 3,5 m (μ = 0,2) y después choca contra un muelle (k = 5000 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la velocidad v del bloque cuando llega al muelle.
m = 4 kgh = 2 mL = 3,5 mμ = 0,2k = 5000 N/mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Una bala de 5 g se dispara horizontalmente contra un bloque de madera de 1,5 kg que cuelga de hilos ligeros, y se queda incrustada en él. El bloque oscila hacia arriba hasta quedar 21 cm más alto que al principio. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v de la bala antes del impacto.
m = 5 gM = 1,5 kgh = 21 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,45 kg golpea una pared a 30 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 20 m/s. El contacto dura 10 ms. Halla el módulo del impulso J que la pared ejerce sobre la pelota.
m = 0,45 kgvin = 30 m/svout = 20 m/sΔt = 10 ms
J = N·s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un bloque de 14 kg cuelga de una cuerda ligera enrollada en una polea, un disco macizo uniforme de masa 7,5 kg y radio 0,35 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 angular α de la polea.
m = 14 kgM = 7,5 kgR = 0,35 mg = 9,81 m/s²
α = rad/s²
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Una barra esbelta uniforme de masa 7 kg y longitud 0,6 m cuelga en reposo de un pivote sin rozamiento en su extremo superior. Una bala de 25 g que se mueve horizontalmente a 140 m/s golpea la barra 0,24 m por debajo del pivote y queda incrustada. Halla la velocidad angular ω de la barra justo después del impacto.
M = 7 kgL = 0,6 mm = 25 gv = 140 m/sd = 0,24 m
ω = rad/s
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Una polea de 120 mm a 1500 rpm acciona una polea de 400 mm mediante una correa con un 4 % de deslizamiento. Halla la velocidad n2 de la polea conducida.
n1 = 1500 rpmd1 = 120 mmd2 = 400 mms = 4 %
n2 = rpm
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
En un tren de engranajes compuesto, el engranaje A (32 dientes), en el eje de entrada que gira a 3000 rpm, acciona el engranaje B (40 dientes). El engranaje C (30 dientes) está fijado al mismo eje que B y acciona el engranaje D (45 dientes) del eje de salida. Halla la velocidad de salida nout.
nin = 3000 rpmA = 32B = 40C = 30D = 45
nout = rpm
17.Muelles y péndulosMedia
Un péndulo simple tiene una longitud de 1,9 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla su periodo T para oscilaciones pequeñas.
L = 1,9 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 1,5 kg unida a un muelle con k = 110 N/m se separa 4 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.
m = 1,5 kgk = 110 N/mA = 4 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 50 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 15 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 140 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 50 kgk = 15 kN/mc = 140 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 25 kg cuelga de dos muelles unidos uno tras otro (en serie): el muelle superior tiene k₁ = 25 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 = 25 kgk1 = 25 kN/mk2 = 15 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: a = 0,7353 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 = 180/3,6 = 50 m/s
Aceleración
a = v²/(2s) = 50²/(2·1700) = 0,7353 m/s²
Respuesta
a = 0,7353 m/s²
2.Cinemática
Respuesta: t = 4,189 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.
−40 = 11·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 11·t − 40 = 0
Resuelve la ecuación de segundo grado
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t = (11 + √(11² + 2·9,81·40))/9,81 = 4,189 s
Respuesta
t = 4,189 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 1,923 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.
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.
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 = 22·cos 60° = 11 m/s
vy = v0·sin θ = 22·sin 60° = 19,05 m/s
Punto más alto
En lo más alto la velocidad vertical es cero: vy² = 2gH.
H = vy²/(2g) = 19,05²/(2·9,81) = 18,5 m
Respuesta
H = 18,5 m
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 60,83 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 25° = 21,75 m/s
vy = v0·sin θ = 24·sin 25° = 10,14 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 10 + 10,14·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (10,14 + √(102,9 + 196,2))/9,81 = 2,797 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 21,75·2,797 = 60,83 m
Respuesta
x = 60,83 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 26,85 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) = √(0,7·9,81·105) = 26,85 m/s
Respuesta
vmax = 26,85 m/s (96,67 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: T = 128,3 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.
Fuerzas en el punto más bajo
Hacia el centro (hacia arriba) es positivo.
T − m·g = m·v²/r
T = 1,7·9,81 + 1,7·8,5²/1,1 = 16,68 + 111,7 = 128,3 N
Respuesta
T = 128,3 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: v = 6,91 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 = √(2·9,81·15·(0,2588 − 0,1·0,9659)) = 6,91 m/s
Respuesta
v = 6,91 m/s
10.Trabajo y energía
Respuesta: v = 5,05 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 tras la franja rugosa
La rampa es lisa, así que solo la franja quita energía.
mgh − μmgL = 39,24·(2 − 0,2·3,5) = 51,01 J
Velocidad al llegar al muelle
½mv² = mg(h − μL) → v = √(2g(h − μL)) = √(2·9,81·1,3) = 5,05 m/s
Respuesta
v = 5,05 m/s
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v = 611 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) = √(2·9,81·0,21) = 2,03 m/s
Choque
m·v = (m + M)·V → v = (0,005 + 1,5)·2,03/0,005 = 611 m/s
Respuesta
v = 611 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: J = 22,5 N·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.
Variación de la cantidad de movimiento
J = m·Δv = 0,45·(20 + 30) = 22,5 N·s
Respuesta
J = 22,5 N·s
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: α = 22,11 rad/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.
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 sin deslizamiento
1500·120/400 = 450 rpm
Con deslizamiento
n2 = 450·0,96 = 432 rpm
Respuesta
n2 = 432 rpm
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: nout = 1600 rpm
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.
Primera etapa
nB = 3000·32/40 = 2400 rpm = nC
Segunda etapa
nout = 2400·30/45 = 1600 rpm
Respuesta
nout = 1600 rpm
relación total = 1,875 : 1
17.Muelles y péndulos
Respuesta: T = 2,765 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.
Periodo del péndulo
T = 2π·√(1,9/9,81) = 2,765 s
Respuesta
T = 2,765 s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: amax = 2,933 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 = √(110/1,5) = 8,563 rad/s
Aceleración máxima
amax = A·ω² = 0,04·8,563² = 2,933 m/s²
Respuesta
amax = 2,933 m/s²
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,08083
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·√(15000·50) = 1732 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 140/1732 = 0,08083
Respuesta
ζ = 0,08083
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 3,082 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.