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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
Una conductora que circula a 100 km/h ve un obstáculo. Su tiempo de reacción es 0,6 s, tras el cual el coche frena con una deceleración constante de 5 m/s². Halla la distancia total de detención d desde el momento en que ve el obstáculo.
v₀ = 100 km/htr = 0,6 sa = −5 m/s²
d = m
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 19 m/s desde el borde de un tejado situado a 30 m sobre el suelo. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la altura máxima hmax sobre el suelo.
v₀ = 19 m/sh₀ = 30 mg = 9,81 m/s²
hmax = m
3.Leyes de NewtonMedia
Se empuja una caja de 45 kg rampa arriba, con una inclinación de 35° respecto a la horizontal, a velocidad constante, mediante una fuerza paralela a la rampa. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,3. Usa g = 9,81 m/s². Halla la fuerza de empuje F.
m = 45 kgθ = 35°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
F = N
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 9,5 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 6 kg. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la mesa es 0,1. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del sistema.
m1 = 9,5 kgm2 = 6 kgμ = 0,1g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota desde un terreno horizontal a 18 m/s y debe caer a 10 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 = 18 m/sR = 10 mg = 9,81 m/s²
θ = °
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota desde el nivel del suelo a 29 m/s y 50° por encima de la horizontal. Cae, ya bajando, sobre la azotea plana de un edificio de 6 m de altura. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². Halla la distancia horizontal x desde el punto de lanzamiento hasta donde cae.
v₀ = 29 m/sθ = 50°hroof = 6 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 25 m de radio. El coeficiente de rozamiento estático entre los neumáticos y la carretera es 0,3. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad máxima vmax a la que el coche puede tomar la curva sin derrapar.
r = 25 mμs = 0,3g = 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 baja desde el reposo por una rampa inclinada 20° respecto a la horizontal. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,2. Halla su velocidad v tras deslizar 4 m por la rampa.
θ = 20°μ = 0,2d = 4 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
10.Trabajo y energíaDifícil
Un bloque de 5 kg descansa sobre una mesa horizontal rugosa (μ = 0,1). Un hilo ligero va desde él, pasando por una polea lisa en el borde de la mesa, hasta un bloque colgante de 1 kg. El sistema se suelta desde el reposo. Halla la velocidad v de los bloques cuando el bloque colgante ha bajado 1,5 m.
m1 = 5 kgm2 = 1 kgμ = 0,1d = 1,5 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un deslizador de 3 kg que se mueve a 11 m/s choca frontalmente, de forma perfectamente elástica, con un deslizador de 1,5 kg en reposo sobre un carril sin rozamiento. Halla la velocidad v′2 del segundo deslizador después del choque.
m1 = 3 kgm2 = 1,5 kgv1 = 11 m/sv2 = 0
v′2 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,45 kg golpea una pared a 16 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 12 m/s. El contacto dura 10 ms. Halla el módulo del impulso J que la pared ejerce sobre la pelota.
m = 0,45 kgvin = 16 m/svout = 12 m/sΔt = 10 ms
J = N·s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un volante de inercia con un momento de inercia de 21,5 kg·m² gira a 700 rpm. Un freno aplica un par de rozamiento constante de 35 N·m. ¿Cuántas vueltas N da el volante antes de detenerse?
I = 21,5 kg·m²n = 700 rpmTb = 35 N·m
N = rev
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (esfera hueca) parte del reposo y rueda sin deslizar por una pendiente inclinada 15° respecto a la horizontal. Usa g = 9,81 m/s². Halla su velocidad v después de haber rodado 3,5 m a lo largo de la pendiente.
θ = 15°s = 3,5 mI = (2/3)·m·r²g = 9,81 m/s²
v = m/s
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Una correa pasa por una polea motriz de 200 mm a 1440 rpm. La tensión es de 1200 N en el ramal tenso y de 240 N en el ramal flojo. Halla la potencia P transmitida, en kW.
d1 = 200 mmn1 = 1440 rpmT1 = 1200 NT2 = 240 N
P = kW
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
En un tren de engranajes compuesto, el engranaje A (20 dientes), en el eje de entrada que gira a 960 rpm, acciona el engranaje B (45 dientes). El engranaje C (32 dientes) está fijado al mismo eje que B y acciona el engranaje D (60 dientes) del eje de salida. Halla la velocidad de salida nout.
nin = 960 rpmA = 20B = 45C = 32D = 60
nout = rpm
17.Muelles y péndulosMedia
Una astronauta en otro planeta comprueba que un péndulo simple de 0,7 m de longitud tiene un periodo de 2,73 s para oscilaciones pequeñas. Halla la aceleración de la gravedad g en ese planeta.
L = 0,7 mT = 2,73 s
g = m/s²
18.Muelles y péndulosDifícil
Un cuerpo describe un movimiento armónico simple con periodo 3,8 s y amplitud 6 cm. ¿Cuál es el tiempo mínimo t que necesita para pasar del equilibrio a un desplazamiento de 4,5 cm?
T = 3,8 sA = 6 cmx = 4,5 cm
t = s
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 40 kg sobre un muelle con una rigidez de 10 kN/m tiene un amortiguador viscoso que da un factor de amortiguamiento de 0,35. Halla la frecuencia natural amortiguada fd de su vibración libre en Hz.
m = 40 kgk = 10 kN/mζ = 0,35
fd = Hz
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 5 kg cuelga de dos muelles uno al lado del otro (en paralelo), con rigideces k₁ = 5 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 = 5 kgk1 = 5 kN/mk2 = 5 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: d = 93,83 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 = 100/3,6 = 27,78 m/s
Distancia de reacción
d1 = v₀·tr = 27,78·0,6 = 16,67 m
Distancia de frenado
d2 = v₀²/(2a) = 27,78²/(2·5) = 77,16 m
Total
d = 16,67 + 77,16 = 93,83 m
Respuesta
d = 93,83 m
2.Cinemática
Respuesta: hmax = 48,4 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.
Subida por encima del tejado
0 = v₀² − 2·g·Δh → Δh = 19²/(2·9,81) = 18,4 m
Altura sobre el suelo
hmax = 30 + 18,4 = 48,4 m
Respuesta
hmax = 48,4 m
3.Leyes de Newton
Respuesta: F = 361,7 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.
Fuerzas a lo largo de la rampa
Velocidad constante: las fuerzas se equilibran.
F = m·g·sin θ + μ·m·g·cos θ
Fuerza de empuje
F = 253,2 + 108,5 = 361,7 N
Respuesta
F = 361,7 N
4.Leyes de Newton
Respuesta: a = 3,196 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.
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 = 9,81·10/18² = 0,3028
Ángulo
2θ = 17,62° → θ = 8,812°
Respuesta
θ = 8,812°
La otra solución es 90° − θ = 81,19°.
6.Tiro parabólico
Respuesta: x = 79,05 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
vx = 18,64 m/s, vy = 22,22 m/s
Tiempo hasta caer en la azotea
Raíz mayor: la pelota está bajando.
6 = 22,22·t − 4,905·t²
t = (22,22 + √(22,22² − 2·9,81·6))/9,81 = 4,241 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 18,64·4,241 = 79,05 m
Respuesta
x = 79,05 m
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 8,578 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) = √(0,3·9,81·25) = 8,578 m/s
Respuesta
vmax = 8,578 m/s (30,88 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: v = 3,477 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 = √(2·9,81·4·(0,342 − 0,2·0,9397)) = 3,477 m/s
Respuesta
v = 3,477 m/s
10.Trabajo y energía
Respuesta: v = 1,566 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 liberada y perdida
m₂g·d = 9,81·1,5 = 14,71 J
μ·m₁g·d = 0,1·49,05·1,5 = 7,358 J
Energía cinética de ambos bloques
½(m₁ + m₂)v² = 7,357 → v = √(2·7,357/6) = 1,566 m/s
Respuesta
v = 1,566 m/s
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′2 = 14,67 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 − 1,5)/(3 + 1,5)·11 = 3,667 m/s
v′2 = 2·3/(3 + 1,5)·11 = 14,67 m/s
Respuesta
v′2 = 14,67 m/s
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: J = 12,6 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·(12 + 16) = 12,6 N·s
Respuesta
J = 12,6 N·s
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: N = 262,7 rev
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·700/60 = 73,3 rad/s
El trabajo del freno es igual a la energía cinética
½·I·ω² = ½·21,5·73,3² = 57765 J
θ = 57765/35 = 1650 rad
Vueltas
N = θ/2π = 262,7 rev
Respuesta
N = 262,7 rev
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: v = 3,266 m/s
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.
Altura descendida
h = s·sin θ = 3,5·sin 15° = 0,9059 m
Balance de energía con rodadura
Rodadura sin deslizamiento: ω = v/r, y el rozamiento no realiza trabajo en el punto de contacto.
m·g·h = ½·m·v²·(1 + 0,6667)
v = √(2·9,81·0,9059/1,667) = 3,266 m/s
Respuesta
v = 3,266 m/s
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: P = 14,48 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 = (1200 − 240)·15,08 = 14476 W = 14,48 kW
Respuesta
P = 14,48 kW
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: nout = 227,6 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 = 960·20/45 = 426,7 rpm = nC
Segunda etapa
nout = 426,7·32/60 = 227,6 rpm
Respuesta
nout = 227,6 rpm
relación total = 4,219 : 1
17.Muelles y péndulos
Respuesta: g = 3,708 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.
Despeja g
g = 4π²·L/T² = 4π²·0,7/2,73² = 3,708 m/s²
Respuesta
g = 3,708 m/s²
18.Muelles y péndulos
Respuesta: t = 0,5129 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/3,8 = 1,653 rad/s
Despeja el tiempo
0,75 = sin(ω·t) → ω·t = arcsin(0,75) = 0,8481 rad
t = 0,8481/1,653 = 0,5129 s
Respuesta
t = 0,5129 s
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fd = 2,357 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.
Frecuencia natural sin amortiguamiento
ωn = √(10000/40) = 15,81 rad/s
fn = 15,81/(2π) = 2,516 Hz
Frecuencia natural amortiguada
fd = fn·√(1 − ζ²) = 2,516·√(1 − 0,35²) = 2,357 Hz
Respuesta
fd = 2,357 Hz
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 7,118 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 uno al lado del otro comparten la deformación y suman sus fuerzas, así que sus rigideces simplemente se suman: k = k1 + k2.