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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 parte del reposo y acelera uniformemente a 2,5 m/s² por una pista. Halla su velocidad v tras recorrer 700 m.
v₀ = 0a = 2,5 m/s²s = 700 m
v = m/s
2.CinemáticaDifícil
Se deja caer una piedra desde el reposo en un pozo. El chapoteo se oye 4,9 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 = 4,9 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 25° 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 = 25°μ = 0,3g = 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 105 N tira del bloque delantero de 1 kg; el bloque de 3 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 = 3 kgm2 = 1 kgF = 105 Nμ = 0,25g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 45° 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 = 34 m/sθ = 45°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 20° 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 = 27 m/sθ = 20°h = 10 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche de 1800 kg pasa por la cima de un cambio de rasante a 15 m/s. La cima es un arco de circunferencia de radio 95 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla la fuerza normal N de la carretera sobre el coche en la cima.
m = 1800 kgv = 15 m/sr = 95 mg = 9,81 m/s²
N = N
8.Movimiento circularDifícil
Una curva de radio 230 m tiene un peralte de 15°, y el coeficiente de rozamiento estático entre neumáticos y carretera es 0,2. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que un coche puede tomar la curva sin deslizar hacia arriba y hacia fuera.
r = 230 mθ = 15°μs = 0,2g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
Un coche de 800 kg sube por una pendiente de 2° a 54 km/h constantes. La resistencia del aire y la resistencia a la rodadura suman en total 650 N. Halla la potencia P que deben entregar las ruedas, en kW.
Se suelta desde el reposo un bloque de 5 kg a una altura de 2 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 1 m (μ = 0,25) y después choca contra un muelle (k = 4000 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la compresión máxima x del muelle.
m = 5 kgh = 2 mL = 1 mμ = 0,25k = 4000 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un deslizador de 3 kg que se mueve a 2 m/s choca frontalmente, de forma perfectamente elástica, con un deslizador de 5 kg en reposo sobre un carril sin rozamiento. Halla la velocidad v′1 del primer deslizador después del choque (positiva en su sentido inicial).
m1 = 3 kgm2 = 5 kgv1 = 2 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,2 kg golpea una pared a 11 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 16 m/s. El contacto dura 25 ms. Halla la fuerza media Favg que ejerce la pared sobre la pelota.
m = 0,2 kgvin = 11 m/svout = 16 m/sΔt = 25 ms
Favg = N
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Una barra esbelta uniforme de masa 3 kg y longitud 1,1 m está articulada por un extremo y se mantiene horizontal. Se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla la fuerza vertical R que el pasador ejerce sobre la barra justo después de soltarla.
m = 3 kgL = 1,1 mg = 9,81 m/s²
R = N
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (aro delgado) de masa 4 kg rueda sin deslizar a 7 m/s. ¿Qué porcentaje p de su energía cinética total es de rotación?
m = 4 kgv = 7 m/sI = m·r²
p = %
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 150 N en el ramal flojo. Halla la potencia P transmitida, en kW.
d1 = 100 mmn1 = 2880 rpmT1 = 600 NT2 = 150 N
P = kW
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
En un tren de engranajes compuesto, el engranaje A (30 dientes), en el eje de entrada que gira a 1500 rpm, acciona el engranaje B (80 dientes). El engranaje C (24 dientes) está fijado al mismo eje que B y acciona el engranaje D (40 dientes) del eje de salida. Halla la velocidad de salida nout.
nin = 1500 rpmA = 30B = 80C = 24D = 40
nout = rpm
17.Muelles y péndulosMedia
Una masa de 1,3 kg unida a un muelle con k = 390 N/m oscila sobre una superficie sin rozamiento con una amplitud de 14 cm. Halla su velocidad v cuando está a 2 cm del equilibrio.
m = 1,3 kgk = 390 N/mA = 14 cmx = 2 cm
v = m/s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 0,6 kg unida a un muelle con k = 270 N/m se separa 13 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su velocidad máxima vmax.
m = 0,6 kgk = 270 N/mA = 13 cm
vmax = m/s
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 25 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 20 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 140 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 25 kgk = 20 kN/mc = 140 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 10 kg cuelga del muelle k₃ = 50 kN/m. El extremo superior de k₃ está unido a una barra rígida que cuelga de dos muelles uno al lado del otro, k₁ = 50 kN/m y k₂ = 30 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 = 50 kN/mk2 = 30 kN/mk3 = 50 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: v = 59,16 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) = √(2·2,5·700) = 59,16 m/s
Respuesta
v = 59,16 m/s
(213 km/h)
2.Cinemática
Respuesta: d = 103,7 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.
Las dos partes del tiempo
½·9,81·t₁² = 343·(4,9 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 1681 = 0
Tiempo de caída
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·1681))/(2·4,905) = 4,598 s
Profundidad
d = ½·9,81·4,598² = 103,7 m
Respuesta
d = 103,7 m
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 1,479 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 = 34·cos 45° = 24,04 m/s
vy = v0·sin θ = 34·sin 45° = 24,04 m/s
Tiempo de vuelo
Sale y cae a la misma altura: t = 2vy/g.
t = 2·24,04/9,81 = 4,901 s
Respuesta
t = 4,901 s
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 67,27 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 = 27·cos 20° = 25,37 m/s
vy = v0·sin θ = 27·sin 20° = 9,235 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 10 + 9,235·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (9,235 + √(85,28 + 196,2))/9,81 = 2,652 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 25,37·2,652 = 67,27 m
Respuesta
x = 67,27 m
7.Movimiento circular
Respuesta: N = 13395 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 lo más alto
Hacia el centro (hacia abajo) es positivo.
m·g − N = m·v²/r
N = 1800·9,81 − 1800·15²/95 = 17658 − 4263 = 13395 N
Respuesta
N = 13395 N
El coche parece más ligero: la carretera empuja hacia arriba menos que su peso.
8.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 33,4 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.
Equilibrios de fuerzas
El rozamiento apunta pendiente abajo.
N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g
Rapidez
v = √(230·9,81·0,452/0,9142) = 33,4 m/s
Respuesta
vmax = 33,4 m/s
(120,2 km/h)
9.Trabajo y energía
Respuesta: P = 13,86 kW
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). La potencia es la fuerza por la velocidad: P = F·v.
Fuerza motriz
m·g = 800·9,81 = 7848 N
mg·sin θ = 7848·sin 2° = 273,9 N
F = 273,9 + 650 = 923,9 N
Potencia
v = 54/3,6 = 15 m/s
P = F·v = 923,9·15 = 13858 W = 13,86 kW
Respuesta
P = 13,86 kW
10.Trabajo y energía
Respuesta: x = 20,72 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 = 49,05·(2 − 0,25·1) = 85,84 J
Compresión máxima
½kx² = 85,84 → x = √(2·85,84/4000) = 0,2072 m = 20,72 cm
Respuesta
x = 20,72 cm
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′1 = −0,5 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.
Choque elástico con un blanco en reposo
Resolver a la vez la conservación de la cantidad de movimiento y la de la energía da estos dos resultados.
v′1 = (3 − 5)/(3 + 5)·2 = −0,5 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 5)·2 = 1,5 m/s
Respuesta
v′1 = −0,5 m/s
El signo menos significa que el primer deslizador rebota hacia atrás.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: Favg = 216 N
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 = 0,2·(16 + 11) = 5,4 N·s
Fuerza media
Favg = J/Δt = 5,4/0,025 = 216 N
Respuesta
Favg = 216 N
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: R = 7,358 N
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.
Partes de traslación y de rotación
Etrans = ½·m·v² = ½·4·7² = 98 J
Erot = ½·I·ω² = ½·1·m·r²·(v/r)² = 1·98 = 98 J
Proporción de rotación
p = 98/196·100% = 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: P = 6,786 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 = 15,08 m/s
Potencia
P = (600 − 150)·15,08 = 6786 W = 6,786 kW
Respuesta
P = 6,786 kW
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: nout = 337,5 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 = 1500·30/80 = 562,5 rpm = nC
Segunda etapa
nout = 562,5·24/40 = 337,5 rpm
Respuesta
nout = 337,5 rpm
relación total = 4,444 : 1
17.Muelles y péndulos
Respuesta: v = 2,4 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 = √(390/1,3) = 17,32 rad/s
Velocidad en x
v = ω·√(A² − x²) = 17,32·√(0,14² − 0,02²) = 2,4 m/s
Respuesta
v = 2,4 m/s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: vmax = 2,758 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 = √(270/0,6) = 21,21 rad/s
Velocidad máxima
vmax = A·ω = 0,13·21,21 = 2,758 m/s
Respuesta
vmax = 2,758 m/s
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,09899
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·√(20000·25) = 1414 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 140/1414 = 0,09899
Respuesta
ζ = 0,09899
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 8,828 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
Solo k1 y k2 están en paralelo. Ese par está en serie con k3, así que combínalos como inversos.