Física 1 (Exactas) Practica 5.3 - Sistemas no inerciales

Una masa m, en reposo sobre una plataforma horizontal exenta de rozamiento, está sujeta al extremo de un resorte de la manera indicada en la Figura. La constante elástica del resorte es k. Súbitamente se pone en movimiento la plataforma con una aceleración constante a, en la dirección horizontal.

 

 

 

a.     Dibuje las fuerzas que actúan sobre la masa en un sistema de referencia unido a la plataforma y luego en otro, exterior a ella, en reposo.

 

.a.1 Sistema no inercial (unido a la plataforma)

 

Fuerzas de interacción

 

N = Normal = fuerza que ejerce la plataforma iso del colectivo sobre la masa

P = Peso = fuerza de atracción de la Tierra sobre el paquete = m g

Fe = Fuerza elástica = k (x – lo)

 

Fuerza de inercia

Fi = Fuerza de inercia = m a

 

a.2. Sistema inercial (exterior)

 

 

 

 

Fuerzas de interacción

 

N = Normal = fuerza que ejerce la plataforma sobre la masa

P = Peso = fuerza de atracción de la Tierra sobre la masa = m g

Fe = Fuerza elástica = k (x – lo)

 

 

b.     Describa el movimiento de m respecto de la plataforma.

 

Ecuaciones de Newton (en sistema no inerciales)

Según x: - k (x – lo) – m a = m an

Según y: N – m g = 0

 

Donde

k = constante elástica

x = desplazamiento del resorte

lo = longitud natural del resorte

m = masa

a = aceleración de la plataforma

an = aceleración de la masa

 

Punto de equilibrio (xe)

- k (xe – lo) – m a = 0

 

Despejando xe

xe =  lo – m a / k

 

Definiendo

u = x – xe

x = u + xe = u + lo -  m a / k

an = d²x / dt² = d²u / dt²

 

Reemplazando en la ecuación según x

- k (u + lo - m a/ k) – m a = m an

 

Reordenando

d²u / dt² + k / m u = 0

 

La solución general de esta ecuación

u = A cos (ω t  + φ)

 

Donde

A = amplitud de la oscilación = m a / k

ω = frecuencia angular (velocidad angular) = ( k / m)^(1/2)

φ = fase inicial = 0 (parte del reposo)

 

Movimiento oscilatorio armónico simple (MAS)

 

c.      Si la plataforma tiene masa M, determinar la fuerza necesaria para mantener constante su aceleración.

 

Fext = (M + m) a

 

La fuerza externa (Fext) mueve  la plataforma y  la masa con una aceleración constante a

 

 

Física 1 (Exactas) Practica 5.2 - Sistemas no inerciales

Dos masas, m1 y m2, penden de los extremos de un hilo inextensible que pasa a través de una polea ideal fija al techo de un ascensor. Halle la aceleración de las masas para un observador que se halla dentro del ascensor y para otro que se halla quieto afuera del ascensor si:

  

 

 

1. Observador dentro del ascensor

 

Ecuaciones de Newton (sistemas no inerciales)

Cuerpo 1. P1 – T1 + Fi1 = m1 a1

Cuerpo 2. T2 – P2 - Fi2 = m2 a2

 

P1 = peso del cuerpo 1 = m1 g

T1 = tensión de la soga

T2 = tensión de la soga

P2 = peso del cuerpo 2 = m2 g

a1 = aceleración de la masa 1

a2 = aceleración de la masa 2

Fi1 = Fuerza inercial 1 = m1 a

Fi2 = fuerza inercial 2 = m2 a

a = aceleración del ascensor

an = aceleración no inercial

 

La soga es inextensible

T1 = T2 = T

| a1 | = | a2 | = an

 

Reemplazado y sumando ambas ecuaciones

m1 g - m2 g = m1 an + m2 an - m1 a + m2 a

 

Despejando a´

an = (g + a) (m1 – m2) / (m1 + m2) 

 

a1 = - an 

a2 = an

 

 

2. Observador fuera del ascensor

 

Ecuaciones de Newton (sistemas inerciales)

Cuerpo 1. P1 – T1 = m1 a1

Cuerpo 2. T2 – P2 = m2 a2

 

P1 = peso del cuerpo 1 = m1 g

T1 = tensión de la soga

T2 = tensión de la soga

P2 = peso del cuerpo 2 = m2 g

a1 = aceleración de la masa 1

a2 = aceleración de la masa 2

ai = aceleración inercial

 

La soga es inextensible

T1 = T2 = T

| a1 | = | a2 | = ai

 

Reemplazado y sumando ambas ecuaciones

m1 g - m2 g = m1 ai + m2 ai

 

Despejando a12

ai = g (m1 – m2) / (m1 + m2) 

 

Componiendo el movimiento de la máquina de Atwood con el movimiento del ascensor

a1 = a -  ai 

a2 = a + ai

 

 

 

a.     El ascensor sube con velocidad constante.

 

v = velocidad constante à a = 0 (sistema inercial)

 

a.1. Observador dentro del ascensor

 

an = g (m1 – m2) / (m1 + m2) 

 

a1 = - an 

a2 = an

 

 

a.2. Observador fuera del  ascensor

 

ai = g (m1 – m2) / (m1 + m2) 

 

a1 = -  ai 

a2 = ai

 

 

 

b.     El ascensor sube con aceleración a.

 

b.1. Observador dentro del ascensor

 

an = (g + a) (m1 – m2) / (m1 + m2) 

 

a1 = - an 

a2 = an

 

 

b.2. Observador fuera del ascensor

 

ai = g (m1 – m2) / (m1 + m2) 

 

a1 = + a -  ai 

a2 = + a + ai

 

 

c.      El ascensor baja con aceleración a.

 

c.1. Observador dentro del ascensor

 

an = (g - a) (m1 – m2) / (m1 + m2) 

 

a1 = - an 

a2 = an

 

 

c.2. Observador fuera del ascensor

 

ai = g (m1 – m2) / (m1 + m2) 

 

a1 =  - a -  ai 

a2 = - a + ai

 

 

d.     Se corta el cable del ascensor.

 

d.1. Observador dentro del ascensor

 

an = (g - g) (m1 – m2) / (m1 + m2) = 0

 

a1 = 0 

a2 = 0

 

 

d.2. Observador fuera del ascensor

  

a1 =   - g 

a2 =   - g

 

 

Física 1 Practica 5 Indice

 Física 1 - Exactas

Practica 5. Sistemas no inerciales

1. https://noemifisica.blogspot.com/2026/05/fisica-1-exactas-practica-51-sistemas.html

2. https://noemifisica.blogspot.com/2026/05/fisica-1-exactas-practica-52-sistemas.html

3. https://noemifisica.blogspot.com/2026/05/fisica-1-exactas-practica-53-sistemas.html

4.

5. 

Indice

https://noemifisica.blogspot.com/2026/03/fisica-1-exactas-indice.html

Física 1 (Exactas) Practica 5.1 - Sistemas no inerciales

En el piso de un colectivo está apoyado un paquete de masa m. El colectivo parte del reposo con una aceleración constante. Decir cuáles son las fuerzas aplicadas sobre el paquete, cuáles son de interacción y cuáles de inercia y describir el movimiento del paquete visto por un observador en el colectivo y por otro que está en la calle, en los casos que:

 

a.     El paquete no desliza sobre el piso del colectivo. Para este caso calcule, además, la relación entre la máxima aceleración que puede tener el colectivo y el coeficiente de rozamiento estático entre el paquete y el piso. 

 

 

a.1. fuerzas aplicadas sobre el paquete, cuáles son de interacción y cuáles de inercia

 

Fuerzas de interacción

N = Normal = fuerza que ejerce el piso del colectivo sobre el paquete

P = peso = fuerza de atracción de la Tierra sobre el paquete = m g

Froz = fuerza de rozamiento entre el piso del colectivo y el paquete = k (x – lo)

 

Fuerza de inercia

Fi = Fuerza de inercia (solo aparece para el observador dentro del colectivo) = m (-a)

 

 

a.2. describir el movimiento del paquete visto por un observador en el colectivo

 

 “.. El paquete no desliza sobre el piso del colectivo ..” à

xp = 0

vp = 0

 

Con

xp = posición del paquete

vp = velocidad del paquete

 

Ecuaciones de Newton (para sistemas no inerciales)

Según x: Froz - Fi = 0 (paquete en reposo)

Según y: N – P = 0

 

Donde

 Froz = fuerza de rozamiento estático máxima = μe N

μe = coeficiente e rozamiento estático

N = reacción del piso

Fi = fuerza de inercia = m a

m = masa

a = aceleración del colectivo máxima

P = peso = m g

 

Reemplazando en la ecuación según x

μe m g -  m a = 0

 

Despejando a

a = μe g

 

a.3. describir el movimiento del paquete visto por un observador que está en la calle

 

Ecuaciones de movimiento

x = xo + vo t + 1 /2 ap t^2

v = vo + ap t

 

donde

x = posición en el instante t

xo = posición inicial = 0

vo = velocidad inicial = 0 (parte del reposo)

ap = aceleración del paquete = aceleración del colectivo = a (el paquete no se desliza, se mueve con el colectivo)

 

reemplazando

x = 1 /2 a t² 

v = a t  

 

 

b.     Se reduce a cero el rozamiento entre el paquete y el piso (por ejemplo, apoyando el paquete en un carrito).

 

b.1. fuerzas aplicadas sobre el paquete, cuáles son de interacción y cuáles de inercia

 

Fuerza de interacción

N = Normal = fuerza que ejerce el piso del colectivo sobre el paquete

P = peso = fuerza de atracción de la Tierra sobre el paquete = m g

 

Fuerza de inercia

Fi = Fuerza de inercia (solo para el observador dentro del colectivo) = m ( - a)

 

 

b.2. describir el movimiento del paquete visto por un observador en el colectivo

 

vpt = vpc + vct (vectorial)

 

donde

vpt = velocidad del paquete respecto a tierra = 0

vpc = velocidad del paquete respecto al colectivo

vct = velocidad del colectivo respecto a tierra = a t

a = aceleración del colectivo

 

despejando vpc

vpc  = - vct = - a t

 

Ecuaciones de movimiento

x = xo + vo t + 1 /2 ap t^2

v = vo + ap t

 

donde

x = posición en el instante t

xo = posición inicial = 0

vo = velocidad inicial = 0 (parte del reposo)

ap = aceleración del paquete = - a (comparando con vpc = - a t)

 

reemplazando

x = -  1/ 2 a t^2

v = - a t

 

 

b.3. describir el movimiento del paquete visto por un observador que está en la calle

 

Ecuaciones de movimiento

x = xo + vo t + 1 /2 ap t^2

v = vo + a t

 

donde

x = posición en el instante t

xo = posición inicial = 0

vo = velocidad inicial = 0 (parte del reposo)

ap = aceleración del paquete = 0 (no hay fuerzas “horizontales” sobre el paquete)

 

reemplazando

x = 0 

v = 0