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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 necesita una velocidad de 200 km/h para despegar y la pista útil mide 1500 m. Partiendo del reposo, ¿qué aceleración constante a necesita?
v₀ = 0v = 200 km/hs = 1500 m
a = m/s²
2.CinemáticaDifícil
Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba a 15 m/s desde el borde de un tejado situado a 35 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 = 35 mg = 9,81 m/s²
t = s
3.Leyes de NewtonMedia
Una caja desliza por un suelo horizontal con una velocidad inicial de 7 m/s y se detiene tras 6,2 m. Usa g = 9,81 m/s². Halla el coeficiente de rozamiento dinámico μ.
v₀ = 7 m/sd = 6,2 mg = 9,81 m/s²
μ =
4.Leyes de NewtonDifícil
Un bloque de 5 kg sobre una rampa de 40° está unido mediante un hilo ligero, que pasa por una polea sin rozamiento en lo alto de la rampa, a una masa colgante de 5,5 kg. La masa colgante baja. El coeficiente de rozamiento dinámico entre el bloque y la rampa es 0,15. Usa g = 9,81 m/s². Halla la aceleración a del sistema.
m1 = 5 kgm2 = 5,5 kgθ = 40°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
5.Tiro parabólicoMedia
Se lanza una pelota a 60° 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 = 36 m/sθ = 60°g = 9,81 m/s²
t = s
6.Tiro parabólicoDifícil
Se lanza una pelota a 13 m/s y 15° por encima de la horizontal desde lo alto de un acantilado de 30 m. Desprecia la resistencia del aire y usa g = 9,81 m/s². ¿Con qué ángulo α por debajo de la horizontal llega al suelo?
v₀ = 13 m/sθ = 15°h = 30 mg = 9,81 m/s²
α = °
7.Movimiento circularMedia
Una bolita sujeta a un hilo de longitud 0,7 m describe una circunferencia horizontal de modo que el hilo forma un ángulo constante de 30° con la vertical (un péndulo cónico). Usa g = 9,81 m/s². Halla el tiempo T que tarda en dar una vuelta.
L = 0,7 mθ = 30°g = 9,81 m/s²
T = s
8.Movimiento circularDifícil
Se hace girar en una circunferencia vertical una bola atada a una cuerda de 1,2 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 = 1,2 mg = 9,81 m/s²
vmin = m/s
9.Trabajo y energíaMedia
Un lanzador de juguete tiene un muelle vertical de rigidez 200 N/m. Se coloca encima una bola de 0,15 kg, se comprime el muelle 8 cm y se suelta. Despreciando la resistencia del aire y la masa del muelle, halla la altura h que sube la bola, medida desde su posición con el muelle comprimido.
m = 0,15 kgk = 200 N/mx = 8 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Trabajo y energíaDifícil
Se suelta desde el reposo un bloque de 0,5 kg a una altura de 3 m en una rampa lisa. Abajo cruza una franja horizontal rugosa de 1 m (μ = 0,15) y después choca contra un muelle (k = 2500 N/m) sobre una superficie lisa. Halla la compresión máxima x del muelle.
m = 0,5 kgh = 3 mL = 1 mμ = 0,15k = 2500 N/mg = 9,81 m/s²
x = cm
11.Cantidad de movimiento y choquesMedia
Un coche de 1100 kg que se mueve a 5 m/s choca con un coche parado de 1100 kg y ambos quedan unidos. ¿Cuánta energía cinética ΔK se pierde en el choque?
m1 = 1100 kgv1 = 5 m/sm2 = 1100 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Cantidad de movimiento y choquesDifícil
Una pelota de 0,25 kg golpea una pared a 12 m/s y rebota en línea recta hacia atrás a 18 m/s. El contacto dura 20 ms. Halla el módulo del impulso J que la pared ejerce sobre la pelota.
m = 0,25 kgvin = 12 m/svout = 18 m/sΔt = 20 ms
J = N·s
13.Rotación del sólido rígidoMedia
Un volante de inercia con un momento de inercia de 40 kg·m² gira a 700 rpm. Un freno aplica un par de rozamiento constante de 5 N·m. ¿Cuántas vueltas N da el volante antes de detenerse?
I = 40 kg·m²n = 700 rpmTb = 5 N·m
N = rev
14.Rotación del sólido rígidoDifícil
Un cuerpo (aro delgado) de masa 6 kg rueda sin deslizar a 1,5 m/s. Halla su energía cinética total Ek.
m = 6 kgv = 1,5 m/sI = m·r²
Ek = J
15.Engranajes y trenes de engranajesMedia
Una polea de 100 mm a 720 rpm acciona una polea de 400 mm mediante una correa con un 2 % de deslizamiento. Halla la velocidad n2 de la polea conducida.
n1 = 720 rpmd1 = 100 mmd2 = 400 mms = 2 %
n2 = rpm
16.Engranajes y trenes de engranajesDifícil
En un tren de engranajes compuesto, la rueda A (15 dientes) del eje de entrada gira a 3000 rpm y acciona la rueda B (36 dientes). La rueda C (36 dientes) está fijada al mismo eje que B y acciona la rueda D del eje de salida. La salida debe girar a 900 rpm. ¿Cuántos dientes ND debe tener la rueda D?
nin = 3000 rpmA = 15B = 36C = 36nout = 900 rpm
ND =
17.Muelles y péndulosMedia
Una masa de 3,5 kg unida a un muelle con k = 270 N/m se desplaza 13 cm en sentido positivo y se suelta desde el reposo en t = 0. Halla su velocidad v en t = 1,2 s (con signo).
m = 3,5 kgk = 270 N/mA = 13 cmt = 1,2 s
v = m/s
18.Muelles y péndulosDifícil
Una masa de 1,8 kg unida a un muelle con k = 120 N/m se separa 5 cm de la posición de equilibrio y se suelta. Halla su aceleración máxima amax.
m = 1,8 kgk = 120 N/mA = 5 cm
amax = m/s²
19.Vibraciones mecánicasMedia
Una masa de 10 kg está soportada por un muelle con una rigidez de 25 kN/m y un amortiguador viscoso con un coeficiente de amortiguamiento de 80 N·s/m. Halla el factor de amortiguamiento ζ.
m = 10 kgk = 25 kN/mc = 80 N·s/m
ζ =
20.Vibraciones mecánicasDifícil
Una masa de 10 kg cuelga de dos muelles uno al lado del otro (en paralelo), con rigideces k₁ = 15 kN/m y k₂ = 50 kN/m. La masa se mantiene horizontal. Halla la rigidez equivalente keq del sistema de muelles en kN/m.
m = 10 kgk1 = 15 kN/mk2 = 50 kN/m
keq = kN/m
3Disoluciones
1.Cinemática
Respuesta: a = 1,029 m/s²
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
v = 200/3,6 = 55,56 m/s
Aceleración
a = v²/(2s) = 55,56²/(2·1500) = 1,029 m/s²
Respuesta
a = 1,029 m/s²
2.Cinemática
Respuesta: t = 4,607 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.
−35 = 15·t − ½·9,81·t²
4,905·t² − 15·t − 35 = 0
Resuelve la ecuación de segundo grado
Solo la raíz positiva tiene sentido físico.
t = (15 + √(15² + 2·9,81·35))/9,81 = 4,607 s
Respuesta
t = 4,607 s
3.Leyes de Newton
Respuesta: μ = 0,4028
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
a = v₀²/(2d) = 7²/(2·6,2) = 3,952 m/s²
Coeficiente de rozamiento
μ·m·g = m·a → μ = a/g = 3,952/9,81 = 0,4028
Respuesta
μ = 0,4028
4.Leyes de Newton
Respuesta: a = 1,599 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.
Fuerzas a lo largo del hilo
m₂·g = 53,96 N
m₁·g·sin θ = 31,53 N
μ·m₁·g·cos θ = 5,636 N
Aceleración del sistema
a = (53,96 − 31,53 − 5,636)/10,5 = 1,599 m/s²
Respuesta
a = 1,599 m/s²
5.Tiro parabólico
Respuesta: t = 6,356 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 = 36·cos 60° = 18 m/s
vy = v0·sin θ = 36·sin 60° = 31,18 m/s
Tiempo de vuelo
Sale y cae a la misma altura: t = 2vy/g.
t = 2·31,18/9,81 = 6,356 s
Respuesta
t = 6,356 s
6.Tiro parabólico
Respuesta: α = 62,86 °
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 = 13·cos 15° = 12,56 m/s
vy0 = 13·sin 15° = 3,365 m/s
Velocidad vertical en el impacto
Energía, o v² = v₀² + 2as en la dirección vertical.
vy = √(3,365² + 2·9,81·30) = 24,49 m/s
Ángulo de impacto
tan α = vy/vx = 24,49/12,56 → α = 62,86°
Respuesta
α = 62,86°
7.Movimiento circular
Respuesta: T = 1,562 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.
Radio de la circunferencia
r = L·sin θ = 0,7·sin 30° = 0,35 m
Rapidez
La tensión y la gravedad juntas dan la fuerza hacia el centro: tan θ = v²/(r·g).
v = √(r·g·tan θ) = √(0,35·9,81·tan 30°) = 1,408 m/s
Periodo
T = 2π·r/v = 2π·0,35/1,408 = 1,562 s
Respuesta
T = 1,562 s
8.Movimiento circular
Respuesta: vmin = 3,431 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) = √(9,81·1,2) = 3,431 m/s
Respuesta
vmin = 3,431 m/s
9.Trabajo y energía
Respuesta: h = 0,4349 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 = 8 cm = 0,08 m
½kx² = ½·200·0,08² = 0,64 J
Altura
m·g = 0,15·9,81 = 1,472 N
h = ½kx²/(mg) = 0,64/1,472 = 0,4349 m
Respuesta
h = 0,4349 m
10.Trabajo y energía
Respuesta: x = 10,58 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 = 4,905·(3 − 0,15·1) = 13,98 J
Compresión máxima
½kx² = 13,98 → x = √(2·13,98/2500) = 0,1058 m = 10,58 cm
Respuesta
x = 10,58 cm
11.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: ΔK = 6875 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) = 1100·5/2200 = 2,5 m/s
Energía cinética antes y después
Kbefore = ½·1100·5² = 13750 J
Kafter = ½·2200·2,5² = 6875 J
Energía perdida
ΔK = 13750 − 6875 = 6875 J
Respuesta
ΔK = 6875 J
La energía perdida se convierte en deformación, calor y sonido.
12.Cantidad de movimiento y choques
Respuesta: J = 7,5 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 = 0,25·(18 + 12) = 7,5 N·s
Respuesta
J = 7,5 N·s
13.Rotación del sólido rígido
Respuesta: N = 3421 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 = ½·40·73,3² = 107469 J
θ = 107469/5 = 21494 rad
Vueltas
N = θ/2π = 3421 rev
Respuesta
N = 3421 rev
14.Rotación del sólido rígido
Respuesta: Ek = 13,5 J
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 = ½·6·1,5² = 6,75 J
Erot = ½·I·ω² = ½·1·m·r²·(v/r)² = 1·6,75 = 6,75 J
Total
Ek = 6,75 + 6,75 = 13,5 J
Respuesta
Ek = 13,5 J
15.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: n2 = 176,4 rpm
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 sin deslizamiento
720·100/400 = 180 rpm
Con deslizamiento
n2 = 180·0,98 = 176,4 rpm
Respuesta
n2 = 176,4 rpm
16.Engranajes y trenes de engranajes
Respuesta: ND = 50
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.
Velocidad del eje intermedio
nB = nC = 3000·15/36 = 1250 rpm
Dientes de la rueda D
ND = C·nC/nout = 36·1250/900 = 50
Respuesta
ND = 50
17.Muelles y péndulos
Respuesta: v = 1,025 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 = √(270/3,5) = 8,783 rad/s
ω·t = 8,783·1,2 = 10,54 rad
Velocidad
v = −A·ω·sin(ω·t) = −0,13·8,783·sin(10,54) = 1,025 m/s
Respuesta
v = 1,025 m/s
18.Muelles y péndulos
Respuesta: amax = 3,333 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.
Frecuencia angular
ω = √(120/1,8) = 8,165 rad/s
Aceleración máxima
amax = A·ω² = 0,05·8,165² = 3,333 m/s²
Respuesta
amax = 3,333 m/s²
19.Vibraciones mecánicas
Respuesta: ζ = 0,08
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·√(25000·10) = 1000 N·s/m
Factor de amortiguamiento
ζ = c/cc = 80/1000 = 0,08
Respuesta
ζ = 0,08
ζ < 1, así que el sistema es subamortiguado y oscila mientras se amortigua.
20.Vibraciones mecánicas
Respuesta: keq = 65 kN/m
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.