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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 coche que circula a 50 km/h frena con una deceleración constante de 3 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia de frenado s.
v₀ = 50 km/ha = −3 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Se deja caer una piedra desde el reposo en un pozo. El chapoteo se oye 4,4 s después de soltar la piedra. La velocidad del sonido es 343 m/s; desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la profundidad d del pozo.
ttotal = 4,4 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Leyes de NewtonMedia
Un bloque de 16 kg baja deslizando por una rampa inclinada 20° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,3. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque a lo largo de la rampa.
m = 16 kgθ = 20°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 1 kg sobre una rampa de 30° está unido mediante un hilo ligero, que pasa por una polea sin rozamiento en lo alto de la rampa, a una masa colgante de 6 kg. La masa colgante baja. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la rampa es 0,25. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del sistema.
m1 = 1 kgm2 = 6 kgθ = 30°μ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 30° por encima de la horizontal y cae a 115 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad de lanzamiento v0.
θ = 30°R = 115 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 30 m/s y 20° por encima de la horizontal desde lo alto de un acantilado de 60 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la altura máxima H sobre el suelo al pie del acantilado.
v₀ = 30 m/sθ = 20°h = 60 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Movimiento circularMedia
En un rotor de feria, los pasajeros se colocan contra la pared de un cilindro vertical de radio 3,6 m. Cuando gira lo bastante rápido, el suelo baja y el rozamiento los sostiene. El coeficiente de rozamiento estático es 0,6. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad angular mínima ω en rad/s.
r = 3,6 mμs = 0,6g = 9,81 m/s²
ω = rad/s
8.Movimiento circularDifícil
Se hace girar en una circunferencia vertical una bola de 0,8 kg atada a una cuerda de 0,7 m. En el punto más bajo se mueve a 5 m/s. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda en el punto más bajo.
m = 0,8 kgr = 0,7 mv = 5 m/sg = 9,81 m/s²
T = N
9.Trabajo y energíaMedia
Una bola de 5 kg cuelga de un hilo ligero de longitud 2 m. Se separa hasta que el hilo forma 20° con la vertical y se suelta desde el reposo. Halla la tensión T del hilo cuando la bola pasa por el punto más bajo.
m = 5 kgL = 2 mθ = 20°g = 9,81 m/s²
T = N
10.Trabajo y energíaDifícil
Se suelta desde el reposo un bloque de 1 kg a una altura de 4,5 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 4 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 = 1 kgh = 4,5 mL = 4 mμ = 0,15k = 800 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Una bala de 8 g se dispara horizontalmente contra un bloque de madera de 2,5 kg que cuelga de hilos ligeros, y se queda incrustada en él. El bloque oscila hacia arriba hasta quedar 19 cm más alto que al principio. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v de la bala antes del impacto.
m = 8 gM = 2,5 kgh = 19 cmg = 9,81 m/s²
v = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,4 kg golpea una pared a 26 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 16 m/s. El contacto dura 50 ms. Halla el módulo del impulso J que la pared ejerce sobre la pelota.
m = 0,4 kgvin = 26 m/svout = 16 m/sΔt = 50 ms
J = N·s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Una barra esbelta uniforme de masa 1,5 kg y longitud 1,9 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 = 1,5 kgL = 1,9 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Una persona está de pie sobre un plato giratorio sin rozamiento y sostiene una pesa de 1 kg en cada mano, a 0,85 m del eje. La persona y el plato solos tienen un momento de inercia de 4 kg·m² respecto al eje. Giran a 35 rpm y luego acercan las pesas hasta 0,2 m del eje. Trata las pesas como masas puntuales. Halla la nueva velocidad n2 en rpm.
Un motor de 2,2 kW a 1450 rpm acciona un tornillo sinfín de 2 entrada(s). La rueda tiene 45 dientes y la transmisión tiene un rendimiento del 50 %. Halla el par de salida Tw en el eje de la rueda.
z = 2Nw = 45n = 1450 rpmP = 2,2 kWη = 50%
Tw = N·m
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea de 100 mm y una polea de 500 mm cuyos centros están separados 600 mm. Halla el ángulo de contacto θ en la polea menor, en grados.
d1 = 100 mmd2 = 500 mmC = 600 mm
θ = °
17.Muelles y péndulosMedia
Un péndulo simple tiene una longitud de 0,5 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla su periodo T para oscilaciones pequeñas.
L = 0,5 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una bala de 15 g que se mueve a 450 m/s impacta y se queda incrustada en un bloque de 3,5 kg que descansa sobre una superficie sin rozamiento. El bloque está unido a un muelle horizontal con k = 500 N/m. Halla la amplitud A de la oscilación resultante en cm.
m = 15 gv = 450 m/sM = 3,5 kgk = 500 N/m
A = cm
19.Vibraciones mecánicasMedia
En un ensayo de vibración libre de un sistema masa–muelle amortiguado, a un pico de desplazamiento de 25 mm le sigue 5 ciclos después un pico de 1,1 mm. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
x0 = 25 mmx5 = 1,1 mmn = 5
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 10 kg cuelga del muelle k₃ = 25 kN/m. El extremo superior de k₃ está unido a una barra rígida que cuelga de dos muelles uno al lado del otro, k₁ = 25 kN/m y k₂ = 50 kN/m; la barra se mantiene horizontal. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles y de la barra. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.
m = 10 kgk1 = 25 kN/mk2 = 50 kN/mk3 = 25 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: s = 32,15 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 = 50/3,6 = 13,89 m/s
Distancia de frenado
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 13,89²/(2·3) = 32,15 m
Respuesta
s = 32,15 m
2.Cinemática
Respuesta: d = 84,61 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.
Las dos partes del tiempo
½·9,81·t₁² = 343·(4,4 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 1509 = 0
Tiempo de caída
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·1509))/(2·4,905) = 4,153 s
Profundidad
d = ½·9,81·4,153² = 84,61 m
Respuesta
d = 84,61 m
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 0,5897 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.
Fuerzas a lo largo del hilo
m₂·g = 58,86 N
m₁·g·sin θ = 4,905 N
μ·m₁·g·cos θ = 2,124 N
Aceleración del sistema
a = (58,86 − 4,905 − 2,124)/7 = 7,404 m/s²
Respuesta
a = 7,404 m/s²
5.Tiro parabólico
Respuesta: v0 = 36,09 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.
Despeja v₀ de la fórmula del alcance
v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·115/sin 60°) = 36,09 m/s
Respuesta
v0 = 36,09 m/s
6.Tiro parabólico
Respuesta: H = 65,37 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.
Velocidad vertical de lanzamiento
vy = 30·sin 20° = 10,26 m/s
Subida por encima del acantilado
Δh = vy²/(2g) = 10,26²/(2·9,81) = 5,366 m
Altura sobre el suelo
H = 60 + 5,366 = 65,37 m
Respuesta
H = 65,37 m
7.Movimiento circular
Respuesta: ω = 2,131 rad/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.
Fuerzas sobre un pasajero
N = m·ω²·r
μ·N = m·g → μ·ω²·r = g
Velocidad angular
ω = √(g/(μ·r)) = √(9,81/(0,6·3,6)) = 2,131 rad/s
Respuesta
ω = 2,131 rad/s
8.Movimiento circular
Respuesta: T = 36,42 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 = 0,8·9,81 + 0,8·5²/0,7 = 7,848 + 28,57 = 36,42 N
Respuesta
T = 36,42 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: T = 54,97 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 abajo
v² = 2gL(1 − cos θ) = 2·9,81·2·(1 − cos 20°) = 2,366 m²/s²
Fuerzas abajo
m·g = 5·9,81 = 49,05 N
T = mg + mv²/L = 49,05 + 5·2,366/2 = 54,97 N
Respuesta
T = 54,97 N
Comprobación: T = mg(3 − 2cos θ) = 54,97 N.
10.Trabajo y energía
Respuesta: x = 30,93 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 = 9,81·(4,5 − 0,15·4) = 38,26 J
Compresión máxima
½kx² = 38,26 → x = √(2·38,26/800) = 0,3093 m = 30,93 cm
Respuesta
x = 30,93 cm
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v = 605,3 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) = √(2·9,81·0,19) = 1,931 m/s
Choque
m·v = (m + M)·V → v = (0,008 + 2,5)·1,931/0,008 = 605,3 m/s
Respuesta
v = 605,3 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: J = 16,8 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 = 0,4·(16 + 26) = 16,8 N·s
Respuesta
J = 16,8 N·s
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: v = 7,478 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.
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.
Momentos de inercia
I1 = 4 + 2·1·0,85² = 5,445 kg·m²
I2 = 4 + 2·1·0,2² = 4,08 kg·m²
Conservación del momento angular
n2 = n1·I1/I2 = 35·5,445/4,08 = 46,71 rpm
Respuesta
n2 = 46,71 rpm
La energía cinética aumenta: la energía extra procede del trabajo que realiza la persona al acercar las pesas.
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: Tw = 163 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 la rueda
nw = n·z/Nw = 1450·2/45 = 64,44 rpm
Par de salida
ωw = 2π·64,44/60 = 6,749 rad/s
Tw = η·P/ωw = 0,5·2200/6,749 = 163 N·m
Respuesta
Tw = 163 N·m
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: θ = 141,1 °
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(0,3333) = 19,47°
Ángulo de contacto
θ = 180 − 2·19,47 = 141,1°
Respuesta
θ = 141,1°
17.Muelles y péndulos
Respuesta: T = 1,419 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·√(0,5/9,81) = 1,419 s
Respuesta
T = 1,419 s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: A = 16,1 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.
Velocidad tras el impacto
V = m·v/(m + M) = 0,015·450/3,515 = 1,92 m/s
Frecuencia angular
ω = √(k/(m + M)) = √(500/3,515) = 11,93 rad/s
Amplitud
A = V/ω = 1,92/11,93 = 0,161 m = 16,1 cm
Respuesta
A = 16,1 cm
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,09894
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.
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
Solo k1 y k2 están en paralelo. Ese par está en serie con k3, así que combínalos como inversos.