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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 54 km/h frena con una deceleración constante de 5 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia de frenado s.
v₀ = 54 km/ha = −5 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Se deja caer una piedra desde el reposo en un pozo. El chapoteo se oye 3,1 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 = 3,1 svsound = 343 m/sg = 9,81 m/s²
d = m
3.Leyes de NewtonMedia
Un bloque de 9 kg baja deslizando por una rampa sin rozamiento inclinada 20° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del bloque a lo largo de la rampa.
m = 9 kgθ = 20°μ = 0g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Se da un empujón a un bloque de modo que empieza a subir por una rampa de 25° con una velocidad de 6,5 m/s. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,1. Usa g = 9,81 m/s². ¿Qué distancia d recorre por la rampa antes de detenerse?
v₀ = 6,5 m/sθ = 25°μ = 0,1g = 9,81 m/s²
d = m
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 26 m/s y debe caer a 25 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 = 26 m/sR = 25 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 55° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 5 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.
v0 = 21 m/sθ = 55°h = 5 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 40 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 = 40 mμs = 0,7g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Se hace girar en una circunferencia vertical una bola de 1,6 kg atada a una cuerda de 1,5 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 = 1,6 kgr = 1,5 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 40° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Halla su velocidad v tras deslizar 10 m por la rampa.
θ = 40°μ = 0,2d = 10 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 35° se comprime 20 cm contra un bloque de 0,5 kg y se suelta. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la pendiente es 0,1. ¿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 16 kg que se mueve horizontalmente a 9 m/s explota en dos fragmentos que se mueven a lo largo de la misma recta. El fragmento de 7 kg sigue hacia delante a 53 m/s. Halla la velocidad v′2 del fragmento de 9 kg (positiva en el sentido original).
M = 16 kgu = 9 m/sm1 = 7 kgv′1 = 53 m/sm2 = 9 kg
v′2 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,25 kg golpea una pared a 17 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 8 m/s. El contacto dura 40 ms. Halla la fuerza media Favg que ejerce la pared sobre la pelota.
m = 0,25 kgvin = 17 m/svout = 8 m/sΔt = 40 ms
Favg = N
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un eje transmite 17 kW a 600 rpm. Halla el par T en el eje.
P = 17 kWn = 600 rpm
T = N·m
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (esfera hueca) rueda sin deslizar por una pendiente inclinada 35° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla el menor coeficiente de rozamiento estático μs que evita que deslice.
θ = 35°I = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
μs =
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Un motor de 11 kW que gira a 1440 rpm acciona un piñón de 45 dientes, que engrana con una rueda de 80 dientes. El par de engranajes tiene un rendimiento del 97 %. Halla el par de salida T2 en el eje de la rueda.
P = 11 kWn1 = 1440 rpmN1 = 45N2 = 80η = 97%
T2 = N·m
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea de 200 mm y una polea de 250 mm cuyos centros están separados 1000 mm. Halla el ángulo de contacto θ en la polea menor, en grados.
d1 = 200 mmd2 = 250 mmC = 1000 mm
θ = °
17.Muelles y péndulosMedia
Un péndulo simple tiene una longitud de 0,2 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla su periodo T para oscilaciones pequeñas.
L = 0,2 mg = 9,81 m/s²
T = s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 0,7 kg se une al extremo inferior de un muelle vertical sin estirar con k = 450 N/m y se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla el alargamiento máximo xmax del muelle en cm.
m = 0,7 kgk = 450 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 50 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 25 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 180 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 50 kgk = 25 kN/mc = 180 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 10 kg cuelga del muelle k₃ = 40 kN/m. El extremo superior de k₃ está unido a una barra rígida que cuelga de dos muelles uno al lado del otro, k₁ = 60 kN/m y k₂ = 40 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 = 60 kN/mk2 = 40 kN/mk3 = 40 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: s = 22,5 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 = 54/3,6 = 15 m/s
Distancia de frenado
0 = v₀² − 2·a·s → s = v₀²/(2a) = 15²/(2·5) = 22,5 m
Respuesta
s = 22,5 m
2.Cinemática
Respuesta: d = 43,37 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·(3,1 − t₁)
4,905·t₁² + 343·t₁ − 1063 = 0
Tiempo de caída
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t₁ = (−343 + √(343² + 4·4,905·1063))/(2·4,905) = 2,974 s
Profundidad
d = ½·9,81·2,974² = 43,37 m
Respuesta
d = 43,37 m
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 3,355 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.
Deceleración
Ambas fuerzas apuntan rampa abajo; la masa se simplifica.
a = 9,81·(sin 25° + 0,1·cos 25°) = 5,035 m/s²
Distancia
d = v₀²/(2a) = 6,5²/(2·5,035) = 4,196 m
Respuesta
d = 4,196 m
5.Tiro parabólico
Respuesta: θ = 10,64 °
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 = 9,81·25/26² = 0,3628
Ángulo
2θ = 21,27° → θ = 10,64°
Respuesta
θ = 10,64°
La otra solución es 90° − θ = 79,36°.
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 45,49 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 = 21·cos 55° = 12,05 m/s
vy = v0·sin θ = 21·sin 55° = 17,2 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 5 + 17,2·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (17,2 + √(295,9 + 98,1))/9,81 = 3,777 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 12,05·3,777 = 45,49 m
Respuesta
x = 45,49 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 16,57 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) = √(0,7·9,81·40) = 16,57 m/s
Respuesta
vmax = 16,57 m/s (59,66 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: T = 92,76 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 = 1,6·9,81 + 1,6·8,5²/1,5 = 15,7 + 77,07 = 92,76 N
Respuesta
T = 92,76 N
9.Trabajo y energía
Respuesta: v = 9,801 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 = √(2·9,81·10·(0,6428 − 0,2·0,766)) = 9,801 m/s
Respuesta
v = 9,801 m/s
10.Trabajo y energía
Respuesta: d = 12,44 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 = 20 cm = 0,2 m
½kx² = ½·2000·0,2² = 40 J
Balance de energía a lo largo de la rampa
m·g = 0,5·9,81 = 4,905 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 40/(4,905·(0,5736 + 0,1·0,8192)) = 12,44 m
Respuesta
d = 12,44 m
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′2 = −25,22 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 = 16·9 = 144 kg·m/s
Cantidad de movimiento después
144 = 7·53 + 9·v′2
v′2 = (144 − 371)/9 = −25,22 m/s
Respuesta
v′2 = −25,22 m/s
El signo menos significa que el segundo fragmento sale despedido hacia atrás.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: Favg = 156,3 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 = 0,25·(8 + 17) = 6,25 N·s
Fuerza media
Favg = J/Δt = 6,25/0,04 = 156,3 N
Respuesta
Favg = 156,3 N
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: T = 270,6 N·m
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.
Velocidad angular
ω = 2π·600/60 = 62,83 rad/s
Par
T = P/ω = 17000/62,83 = 270,6 N·m
Respuesta
T = 270,6 N·m
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: μs = 0,2801
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.
Ecuaciones del movimiento
m·g·sin θ − f = m·a
f·r = I·α = 0,6667·m·r²·(a/r) → f = 0,6667·m·a
Aceleración
a = g·sin θ/(1 + c) = 9,81·sin 35°/1,667 = 3,376 m/s²
Rozamiento necesario
f = c·m·a ≤ μ·m·g·cos θ → μ ≥ c·tan θ/(1 + c)
μs = 0,6667·tan 35°/1,667 = 0,2801
Respuesta
μs = 0,2801
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: T2 = 125,8 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.
Par del motor
ω₁ = 2π·1440/60 = 150,8 rad/s
T1 = P/ω₁ = 11000/150,8 = 72,95 N·m
Par de salida
T2 = 72,95·80/45·0,97 = 125,8 N·m
Respuesta
T2 = 125,8 N·m
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: θ = 177,1 °
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(0,025) = 1,433°
Ángulo de contacto
θ = 180 − 2·1,433 = 177,1°
Respuesta
θ = 177,1°
17.Muelles y péndulos
Respuesta: T = 0,8971 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·√(0,2/9,81) = 0,8971 s
Respuesta
T = 0,8971 s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: xmax = 3,052 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.
Equilibrio y amplitud
x₀ = m·g/k = 0,7·9,81/450 = 0,01526 m = A
Punto más bajo
xmax = 2A = 0,03052 m = 3,052 cm
Respuesta
xmax = 3,052 cm
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,0805
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·√(25000·50) = 2236 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 180/2236 = 0,0805
Respuesta
ζ = 0,0805
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 8,507 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.