lunes, 29 de octubre de 2018

Dinámica – 88 Fuerza elástica


Dinámica 88. Un bloque de masa m se coloca sobre un plano inclinado unido a un resorte de largo natural lo y constante elástica k. El plano inclinado forma un ángulo α con la horizontal.
Datos: lo = 60 cm, k = 500 N/m, m = 30 kg y α = 37º.



 a) Suponiendo que no hay rozamiento, calcular la posición de equilibrio del bloque con respecto al extremo fijo del resorte.

DCL


Ecuaciones de Newton (sistema en equilibrio)

Según x ----- > ∑ F = Fe - Px = 0

donde
Fe = fuerza elástica = k Δl
k = constante del resorte =  500 N/m
Δl = estiramiento o deformación = (lo – l)  en compresión
l = longitud comprimido
lo = longitud natural = 0,60 m  
P = peso del cuerpo = m g
Px = P sen 37º
m = masa del cuerpo = 30 kg

despejando Fe de la ecuación según x
Fe = Px = P sen 37º = m g sen 37º

igualando y despejando l
l = lo - m g sen 37º / k = 0,6 m - 30 kg 10 m/s2 sen 37º / 500 N/m = 0,239 m < -----------  longitud del resorte comprimido a)


b) Si ahora hay rozamiento, y los coeficientes de rozamiento estático y dinámico entre el bloque y el plano fueran μe = 0,4; μd = 0,15, respectivamente, hallar la máxima longitud que podrá darse al resorte y que el cuerpo permanezca en equilibrio.

DCL

Ecuaciones de Newton (sistema en equilibrio)

Según x ----- > ∑ F = Fe + Froz - Px = 0
Según y ----- > ∑ F = N - Py = 0

donde
Froz = fuerza de rozamiento estático = μe N
μe = coeficiente de rozamiento estático = 0,4
N = normal = fuerza que ejerce el plano sobre el cuerpo
P = peso del cuerpo = m g
Px = P sen 37º
Py = P cos 37º

despejando N de la ecuación según y, y reemplazando en Froz
Froz = μe m g cos 37º
despejando Fe de la ecuación según x
Fe = Px – Froz = m g sen 37º - μe m g cos 37º = m g ( sen 37º - μe cos 37º )

igualando y despejando l
l = lo – (m g ( sen 37º - μe cos 37º )  / k = 0,6 m - 30 kg 10 m/s2 ( sen 37º - 0,4 cos 37º) / 500 N/m = 0,431 m < -----------  longitud del resorte comprimido b)


c) Con los mismos coeficientes anteriores, hallar la mínima longitud del resorte que conserve el equilibrio.

DCL


Ecuaciones de Newton (sistema en equilibrio)

Según x ----- > ∑ F = Fe - Froz - Px = 0
Según y ----- > ∑ F = N - Py = 0

despejando N de la ecuación según y, y reemplazando en Froz
Froz = μe m g cos 37º
despejando Fe de la ecuación según x
Fe = Px + Froz = m g sen 37º + μe m g cos 37º = m g ( sen 37º + μe cos 37º )

igualando y despejando l
l = lo – (m g ( sen 37º + μe cos 37º )  / k = 0,6 m - 30 kg 10 m/s2 ( sen 37º + 0,4 cos 37º) / 500 N/m = 0,047 m < -----------  longitud del resorte comprimido c)


7 comentarios:

  1. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  2. Hola, Δl = (lo – l), se usa solo cuando el resorte esta comprimido?

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  3. Si el resorte esta comprimido Io > I, entonces Δl = (lo – l) > 0
    Si el resorte esta extendido I > Io, entonces Δl = (l – lo) > 0
    El signo de la F elástica lo fijas en la ecuación de Newton

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  4. Hola. Por que la fuerza de rozamiento estática cambia de dirección en el punto c?

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  5. En el punto c) pide la mínima longitud y el el punto b) la máxima longitud por eso la Froz debe tener sentidos opuestos

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  6. Hola profe ¿por que en la primera parte del problema, en la ecuación px pasa sumando al otro lado pero usted pone -m*g*sen 37?
    Fe-Px=0
    Fe=Px
    Fe= m.g.sen37 (no tendría que quedar así en vez de m negativa?)

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  7. y asi esta.
    Lo que estas buscando es l (la longitud del resorte comprimido)
    El - m g sen37° esta en el despeje de l, no de Fe

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