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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 7 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia de frenado s.
v₀ = 50 km/ha = −7 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 15 m/s desde el borde de un tejado situado a 25 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 = 15 m/sh₀ = 25 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Dos masas de 9 kg y 2,5 kg cuelgan a ambos lados de una polea ligera y sin rozamiento, unidas por un hilo ligero. El sistema se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda.
m1 = 9 kgm2 = 2,5 kgg = 9,81 m/s²
T = N
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 5 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 4 kg. La mesa no tiene rozamiento. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda.
m1 = 5 kgm2 = 4 kgμ = 0g = 9,81 m/s²
T = N
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 22 m/s y debe caer a 35 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 = 22 m/sR = 35 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 18 m/s y 50° por encima de la horizontal desde lo alto de un acantilado de 35 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 = 18 m/sθ = 50°h = 35 mg = 9,81 m/s²
H = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 80 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,4. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que el coche puede tomar la curva sin derrapar.
r = 80 mμs = 0,4g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Movimiento circularDifícil
Se hace girar en una circunferencia vertical una bola atada a una cuerda de 0,9 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 = 0,9 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque de 10 kg desliza 8 m por una rampa inclinada 40° respecto a la horizontal, con un coeficiente de rozamiento dinámico de 0,2. Halla el trabajo Wf realizado contra el rozamiento.
m = 10 kgθ = 40°μ = 0,2d = 8 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabajo y energíaDifícil
Un muelle de rigidez 800 N/m situado al pie de una pendiente de 20° se comprime 20 cm contra un bloque de 2 kg y se suelta. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la pendiente es 0,3. ¿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 coche de 1900 kg que se mueve a 24 m/s choca con un coche parado de 600 kg y ambos quedan unidos. ¿Cuánta energía cinética ΔK se pierde en el choque?
m1 = 1900 kgv1 = 24 m/sm2 = 600 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,5 kg golpea una pared a 14 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 14 m/s. El contacto dura 10 ms. Halla el módulo del impulso J que la pared ejerce sobre la pelota.
m = 0,5 kgvin = 14 m/svout = 14 m/sΔt = 10 ms
J = N·s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Una barra esbelta uniforme de masa 12,5 kg y longitud 2,9 m está articulada por un extremo y se mantiene horizontal. Se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración atip del extremo libre justo después de soltarla.
m = 12,5 kgL = 2,9 mg = 9,81 m/s²
atip = m/s²
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Una persona está de pie sobre un plato giratorio sin rozamiento y sostiene una pesa de 2 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 50 rpm y luego acercan las pesas hasta 0,35 m del eje. Trata las pesas como masas puntuales. Halla la nueva velocidad n2 en rpm.
Un motor de 1,5 kW que gira a 1450 rpm acciona un piñón de 20 dientes y módulo 4 mm. Halla la fuerza tangencial Ft sobre los dientes del piñón.
P = 1,5 kWn = 1450 rpmN1 = 20m = 4 mm
Ft = N
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea de 100 mm y una polea de 400 mm cuyos centros están separados 500 mm. Halla el ángulo de contacto θ en la polea menor, en grados.
d1 = 100 mmd2 = 400 mmC = 500 mm
θ = °
17.Muelles y péndulosMedia
¿Qué longitud debe tener un péndulo simple para que su periodo sea de 1,8 s? Usa g = 9,81 m/s². Halla L.
T = 1,8 sg = 9,81 m/s²
L = m
18.Muelles y péndulosDifícil
Un cuerpo describe un movimiento armónico simple con periodo 3,1 s y amplitud 20 cm. ¿Cuál es el tiempo mínimo t que necesita para pasar de su desplazamiento máximo de 20 cm a un desplazamiento de 6 cm?
T = 3,1 sA = 20 cmx = 6 cm
t = s
19.Vibraciones mecánicasMedia
En un ensayo de vibración libre de un sistema masa–muelle amortiguado, a un pico de desplazamiento de 40 mm le sigue 2 ciclos después un pico de 5,9 mm. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
x0 = 40 mmx2 = 5,9 mmn = 2
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 25 kg cuelga de dos muelles uno al lado del otro (en paralelo), con rigideces k₁ = 100 kN/m y k₂ = 5 kN/m. La masa se mantiene horizontal. Desprecia el amortiguamiento y las masas de los muelles. Halla la frecuencia natural fn de vibración vertical en Hz.
m = 25 kgk1 = 100 kN/mk2 = 5 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: s = 13,78 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/(2·7) = 13,78 m
Respuesta
s = 13,78 m
2.Cinemática
Respuesta: t = 4,256 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.
−25 = 15·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 15·t − 25 = 0
Resuelve la ecuación de segundo grado
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t = (15 + √(15² + 2·9,81·25))/9,81 = 4,256 s
Respuesta
t = 4,256 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: T = 38,39 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.
Aceleración
La fuerza motriz neta es la diferencia de los pesos; mueve la masa total.
a = (9 − 2,5)·9,81/(9 + 2,5) = 5,545 m/s²
Tensión a partir de la masa más ligera
T − m2·g = m2·a → T = 2,5·(9,81 + 5,545) = 38,39 N
Respuesta
T = 38,39 N
4.Leyes de Newton
Respuesta: T = 21,8 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.
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 = 9,81·35/22² = 0,7094
Ángulo
2θ = 45,19° → θ = 22,59°
Respuesta
θ = 22,59°
La otra solución es 90° − θ = 67,41°.
6.Tiro parabólico
Respuesta: H = 44,69 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 = 18·sin 50° = 13,79 m/s
Subida por encima del acantilado
Δh = vy²/(2g) = 13,79²/(2·9,81) = 9,691 m
Altura sobre el suelo
H = 35 + 9,691 = 44,69 m
Respuesta
H = 44,69 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 17,72 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) = √(0,4·9,81·80) = 17,72 m/s
Respuesta
vmax = 17,72 m/s (63,78 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: vmin = 2,971 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) = √(9,81·0,9) = 2,971 m/s
Respuesta
vmin = 2,971 m/s
9.Trabajo y energía
Respuesta: Wf = 120,2 J
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).
Fuerza de rozamiento
N = mg·cos θ = 98,1·0,766 = 75,15 N
F = μN = 0,2·75,15 = 15,03 N
Trabajo contra el rozamiento
Wf = F·d = 15,03·8 = 120,2 J
Respuesta
Wf = 120,2 J
10.Trabajo y energía
Respuesta: d = 1,307 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 = ½·800·0,2² = 16 J
Balance de energía a lo largo de la rampa
m·g = 2·9,81 = 19,62 N
½kx² = mg·d·(sin θ + μ·cos θ)
d = 16/(19,62·(0,342 + 0,3·0,9397)) = 1,307 m
Respuesta
d = 1,307 m
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: ΔK = 131328 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) = 1900·24/2500 = 18,24 m/s
Energía cinética antes y después
Kbefore = ½·1900·24² = 547200 J
Kafter = ½·2500·18,24² = 415872 J
Energía perdida
ΔK = 547200 − 415872 = 131328 J
Respuesta
ΔK = 131328 J
La energía perdida se convierte en deformación, calor y sonido.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: J = 14 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 = 0,5·(14 + 14) = 14 N·s
Respuesta
J = 14 N·s
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: atip = 14,71 m/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.
Momentos respecto al pasador
En el instante de soltarla ω = 0, así que no hay aceleración centrípeta y el centro acelera directamente hacia abajo.
atip = 1,5·g para cualquier longitud: el extremo libre cae más rápido que una piedra soltada.
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: n2 = 76,73 rpm
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 + 2·2·0,85² = 6,89 kg·m²
I2 = 4 + 2·2·0,35² = 4,49 kg·m²
Conservación del momento angular
n2 = n1·I1/I2 = 50·6,89/4,49 = 76,73 rpm
Respuesta
n2 = 76,73 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: Ft = 247 N
Geometría de engranajes: el módulo m fija el tamaño del diente. Una rueda con N dientes tiene un diámetro primitivo d = m·N, dos ruedas que engranan tienen el mismo módulo, y su distancia entre centros es a = (d₁ + d₂)/2 = m·(N₁ + N₂)/2. La velocidad en la circunferencia primitiva es v = π·d·n/60, y la fuerza tangencial en el diente se obtiene del par: Ft = 2T/d.
Par en el piñón
ω = 2π·1450/60 = 151,8 rad/s
T = P/ω = 1500/151,8 = 9,879 N·m
Diámetro primitivo
d = m·N = 4·20 = 80 mm
Fuerza tangencial
Ft = 2T/d = 2·9,879/0,08 = 247 N
Respuesta
Ft = 247 N
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: θ = 145,1 °
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(0,3) = 17,46°
Ángulo de contacto
θ = 180 − 2·17,46 = 145,1°
Respuesta
θ = 145,1°
17.Muelles y péndulos
Respuesta: L = 0,8051 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·(1,8/2π)² = 0,8051 m
Respuesta
L = 0,8051 m
18.Muelles y péndulos
Respuesta: t = 0,6247 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 = 2π/T = 2π/3,1 = 2,027 rad/s
Despeja el tiempo
0,3 = cos(ω·t) → ω·t = arccos(0,3) = 1,266 rad
t = 1,266/2,027 = 0,6247 s
Respuesta
t = 0,6247 s
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,1506
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
Los muelles uno al lado del otro comparten la deformación y suman sus fuerzas, así que sus rigideces simplemente se suman: k = k1 + k2.