En la ventana de impresión, elige «Guardar como PDF» para conservar una copia en tu dispositivo.
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 6 m/s² hasta detenerse. Halla la distancia de frenado s.
v₀ = 50 km/ha = −6 m/s²v = 0
s = m
2.CinemáticaDifícil
Un tranvía parte del reposo y acelera a 2 m/s² durante 10 s, después circula a velocidad constante durante 5 s y por último frena a 4,5 m/s² hasta detenerse. Halla el tiempo total de recorrido t.
a1 = 2 m/s²t1 = 10 st2 = 5 sa3 = −4,5 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Se arrastra un trineo de 5 kg por nieve horizontal con una cuerda a 20° por encima de la horizontal y una fuerza de 50 N. El coeficiente de rozamiento dinámico es 0,3. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del trineo.
m = 5 kgF = 50 Nθ = 20°μ = 0,3g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 3 kg sobre una mesa horizontal está unido, mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin rozamiento, a una masa colgante de 3 kg. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la mesa es 0,2. Usa g = 9,81 m/s². Halla la tensión T de la cuerda.
m1 = 3 kgm2 = 3 kgμ = 0,2g = 9,81 m/s²
T = N
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 60° sobre la horizontal desde el suelo llano. Desprecia la resistencia del aire. Halla la distancia horizontal x recorrida antes de que la pelota toque el suelo.
v0 = 24 m/sθ = 60°g = 9,81 m/s²
x = m
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 35° sobre la horizontal desde lo alto de un acantilado de 40 m. Desprecia la resistencia del aire. Halla el tiempo de vuelo t hasta que la pelota toca el suelo.
v0 = 15 m/sθ = 35°h = 40 mg = 9,81 m/s²
t = s
7.Movimiento circularMedia
Un coche toma una curva plana de 45 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 = 45 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 1,1 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 = 1,1 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
Un bloque de 2,5 kg desliza 9 m por una rampa inclinada 35° respecto a la horizontal, con un coeficiente de rozamiento dinámico de 0,35. Halla el trabajo Wf realizado contra el rozamiento.
m = 2,5 kgθ = 35°μ = 0,35d = 9 mg = 9,81 m/s²
Wf = J
10.Trabajo y energíaDifícil
Un bloque de 2 kg descansa sobre una mesa horizontal rugosa (μ = 0,4). Un hilo ligero va desde él, pasando por una polea lisa en el borde de la mesa, hasta un bloque colgante de 2 kg. El sistema se suelta desde el reposo. Halla la velocidad v de los bloques cuando el bloque colgante ha bajado 1 m.
m1 = 2 kgm2 = 2 kgμ = 0,4d = 1 mg = 9,81 m/s²
v = m/s
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un deslizador de 1,5 kg que se mueve a 4 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 = 1,5 kgm2 = 5 kgv1 = 4 m/sv2 = 0
v′1 = m/s
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,15 kg golpea una pared a 13 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 5 m/s. El contacto dura 5 ms. Halla el módulo del impulso J que la pared ejerce sobre la pelota.
m = 0,15 kgvin = 13 m/svout = 5 m/sΔt = 5 ms
J = N·s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un bloque de 8 kg cuelga de una cuerda ligera enrollada en una polea, un disco macizo uniforme de masa 11 kg y radio 0,2 m que gira sobre un eje horizontal sin rozamiento. El bloque se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla la velocidad v del bloque después de caer 5 m.
m = 8 kgM = 11 kgR = 0,2 mg = 9,81 m/s²h = 5 m
v = m/s
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Una barra esbelta uniforme de masa 2,5 kg y longitud 0,9 m cuelga en reposo de un pivote sin rozamiento en su extremo superior. Una bala de 35 g que se mueve horizontalmente a 480 m/s golpea la barra 0,86 m por debajo del pivote y queda incrustada. Halla la velocidad angular ω de la barra justo después del impacto.
M = 2,5 kgL = 0,9 mm = 35 gv = 480 m/sd = 0,86 m
ω = rad/s
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Dos ejes paralelos están a 112,5 mm de distancia. Deben unirse mediante un par de ruedas dentadas rectas de módulo 1,5 mm y una reducción de velocidad de 4 : 1. ¿Cuántos dientes N2 debe tener la rueda?
a = 112,5 mmm = 1,5 mmi = 4
N2 =
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
Una correa abierta conecta una polea motriz de 125 mm a 1440 rpm con una polea de 300 mm; los centros están separados 500 mm. El coeficiente de rozamiento es 0,35 y la tensión del ramal tenso no puede superar 500 N. Halla la mayor potencia P que puede transmitir la correa sin deslizar, en kW (ignora los efectos centrífugos).
Una masa de 2,4 kg unida a un muelle con k = 500 N/m oscila sobre una superficie sin rozamiento con una amplitud de 19 cm. Halla su velocidad v cuando está a 9 cm del equilibrio.
m = 2,4 kgk = 500 N/mA = 19 cmx = 9 cm
v = m/s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 0,6 kg se une al extremo inferior de un muelle vertical sin estirar con k = 280 N/m y se suelta desde el reposo. Usa g = 9,81 m/s². Halla el alargamiento máximo xmax del muelle en cm.
m = 0,6 kgk = 280 N/mg = 9,81 m/s²
xmax = cm
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 8 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 15 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 70 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 8 kgk = 15 kN/mc = 70 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 100 kg cuelga del muelle k₃ = 80 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 = 15 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 = 100 kgk1 = 25 kN/mk2 = 15 kN/mk3 = 80 kN/m
fn = Hz
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: s = 16,08 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/(2·6) = 16,08 m
Respuesta
s = 16,08 m
2.Cinemática
Respuesta: t = 19,44 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 máxima
v = a1·t1 = 2·10 = 20 m/s
Tiempo de frenado
t3 = v/a3 = 20/4,5 = 4,444 s
Tiempo total
t = 10 + 5 + 4,444 = 19,44 s
Respuesta
t = 19,44 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: a = 7,48 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.
Fuerza normal
N = m·g − F·sin θ = 49,05 − 50·sin 20° = 31,95 N
Fuerzas horizontales
m·a = F·cos θ − μ·N = 46,98 − 9,585
a = 37,4/5 = 7,48 m/s²
Respuesta
a = 7,48 m/s²
4.Leyes de Newton
Respuesta: T = 17,66 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.
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 = 24·cos 60° = 12 m/s
vy = v0·sin θ = 24·sin 60° = 20,78 m/s
Tiempo de vuelo
Sale y cae a la misma altura: t = 2vy/g.
t = 2·20,78/9,81 = 4,237 s
Distancia horizontal
x = vx·t = 12·4,237 = 50,85 m
Respuesta
x = 50,85 m
6.Tiro parabólico
Respuesta: t = 3,864 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.
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 = 15·cos 35° = 12,29 m/s
vy = v0·sin θ = 15·sin 35° = 8,604 m/s
Tiempo de vuelo
Resuelve y(t) = h + vy·t − ½gt² = 0 y toma la raíz positiva.
0 = 40 + 8,604·t − 4,905·t²
t = (vy + √(vy² + 2gh))/g = (8,604 + √(74,02 + 784,8))/9,81 = 3,864 s
Respuesta
t = 3,864 s
7.Movimiento circular
Respuesta: vmax = 11,51 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) = √(0,3·9,81·45) = 11,51 m/s
Respuesta
vmax = 11,51 m/s (41,43 km/h)
8.Movimiento circular
Respuesta: vmin = 3,285 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) = √(9,81·1,1) = 3,285 m/s
Respuesta
vmin = 3,285 m/s
9.Trabajo y energía
Respuesta: Wf = 63,28 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 = 24,53·0,8192 = 20,09 N
F = μN = 0,35·20,09 = 7,031 N
Trabajo contra el rozamiento
Wf = F·d = 7,031·9 = 63,28 J
Respuesta
Wf = 63,28 J
10.Trabajo y energía
Respuesta: v = 2,426 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 = 19,62·1 = 19,62 J
μ·m₁g·d = 0,4·19,62·1 = 7,848 J
Energía cinética de ambos bloques
½(m₁ + m₂)v² = 11,77 → v = √(2·11,77/4) = 2,426 m/s
Respuesta
v = 2,426 m/s
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: v′1 = −2,154 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 = (1,5 − 5)/(1,5 + 5)·4 = −2,154 m/s
v′2 = 2·1,5/(1,5 + 5)·4 = 1,846 m/s
Respuesta
v′1 = −2,154 m/s
El signo menos significa que el primer deslizador rebota hacia atrás.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: J = 2,7 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 = 0,15·(5 + 13) = 2,7 N·s
Respuesta
J = 2,7 N·s
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: v = 7,625 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.
Bloque y polea
bloque: m·g − T = m·a
polea: T·R = I·α = ½·M·R²·(a/R) → T = ½·M·a
Aceleración
a = m·g/(m + M/2) = 8·9,81/(8 + 5,5) = 5,813 m/s²
Velocidad tras la caída
v = √(2·a·h) = √(2·5,813·5) = 7,625 m/s
Respuesta
v = 7,625 m/s
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: ω = 20,61 rad/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.
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.
Número total de dientes
N1 + N2 = 2a/m = 2·112,5/1,5 = 150
Reparte según la relación
N1 = 150/(1 + 4) = 30
N2 = 4·30 = 120
Respuesta
N2 = 120
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: P = 2,937 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.
Ángulo de contacto
θ = 2,79 rad
Tensión del ramal flojo
eμθ = e0,9764 = 2,655, T₂ = 500/2,655 = 188,3 N
Potencia
P = (500 − 188,3)·9,425 = 2,937 kW
Respuesta
P = 2,937 kW
17.Muelles y péndulos
Respuesta: v = 2,415 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 = √(500/2,4) = 14,43 rad/s
Velocidad en x
v = ω·√(A² − x²) = 14,43·√(0,19² − 0,09²) = 2,415 m/s
Respuesta
v = 2,415 m/s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: xmax = 4,204 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 = 0,6·9,81/280 = 0,02102 m = A
Punto más bajo
xmax = 2A = 0,04204 m = 4,204 cm
Respuesta
xmax = 4,204 cm
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,101
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·√(15000·8) = 692,8 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 70/692,8 = 0,101
Respuesta
ζ = 0,101
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: fn = 2,599 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.