jueves, 1 de noviembre de 2018

Dinámica – 97 MAS


Dinámica 97. Un cuerpo de masa 0,75 kg se sujeta a un resorte horizontal de constante elástica de 48 N/m, cuyo otro extremo se encuentra fijo a una pared. Se estira el resorte separando el cuerpo 0,2 m a partir de la posición de equilibrio y se lo suelta. El origen del sistema de referencia está en la posición de equilibrio y es positivo en el sentido en que se estira el resorte. Hallar:

a) El período de la oscilación.

ω  = √(k/m) = 2 π / τ

donde
ω  = pulsación
k = constante del resorte = 48 N/m
m = masa = 0,75 kg
τ = periodo
despejando σ
τ = 2 π / √(k/m) = 2 π /√( 48 N/m / 0,75 kg ) = 0,785 s   < ------------ periodo


b) La ecuación de movimiento.

d2x/d2t – k/m  x = 0

donde
k/m = 48 N/m / 0,75 kg  = 64 s-2 
reemplazando
d2x/d2t – (64 s-2)  x = 0  < ------------ ecuación de movimiento

Solución general
x(t) = A cos (ω t + φ)  

donde
A = amplitud = 0,2 m
φ = fase inicial = 0  (Para t = 0, x(0) = 0)
ω = pulsación = √(k/m) = √( 48 N/m / 0,75 kg ) = 8 s-1 

reemplazando
x(t) = 0,2 m cos (8 s-1 t)   < ------------ ecuación de la posición
v(t) = dx(t)/dt = - 0,2 m 8 s-1 sen (8 s-1 t)   < ------------ ecuación de la velocidad
a(t) = dv(t)/dt =  - 0,2 m (8 s-1 )2 cos (8 s-1 t)   < ------------ ecuación de la aceleración


c) ¿Cuánto tarda en pasar por segunda vez por la posición de equilibrio y con qué velocidad lo hace?

Tiempo (Posición de equilibrio x = 0)

x(t) = 0,2 m cos (8 s-1 t) = 0

despejando t
t = 1/ 8 s-1 arco cos (0)
t1 = 1/ 8 s-1  * π /2  = 0,20 s < --------- pasa por primera vez
t2 = 1/ 8 s-1  * 3/2 π = 0,59 s  < --------- pasa por segunda vez
velocidad
v(0,59 s) = - 0,2 m 8 s-1 sen (8 s-1 0,59 s) = 1,6 m/s   < --------- velocidad pasa por segunda vez


d) El instante en el que el móvil pasa por primera vez por la posición x = − 0,1 m, después de haber pasado por el origen.

x(t) = 0,2 m cos (8 s-1 t) = - 0,1 m

despejando t
t = 1/ 8 s-1 arco cos (- 0,1 / 0,2 ) = 1/8 s-1 2/3 π = 1/12 π s =  0,26 s  < --------- pasa por – 0,1 m
0,20 s  < 0,26 s


e) Los valores de la velocidad y de la aceleración del cuerpo para el instante calculado en d).

reemplazando
v(0,26 s) = - 0,2 m 8 s-1 sen (8 s-1 0,26 s) =   - 1,39 m/s < ------------  velocidad
a(0,26 s) = - 0,2 m (8 s-1 )2 cos (8 s-1 0,26 s) = - 6,4 m/s2   < ------------ aceleración


f) Graficar posición, velocidad y aceleración en función del tiempo.


8 comentarios:

  1. hola noemi, no entiendo el despeje de t en el C), muchas gracias, saludos

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  2. x = 0,2 m cos (8 s-1 t) = 0
    cos (8s-1 t) = 0
    8s-1 t = arcos(0) = Pi/2 (ó 90º)
    t1 = (1/8)s pi/2 pasa la primera vez
    t2 = t1 + periodo = (1/8)s pi/2 + (2pi/8)s = (1/8)s 3/2 pi

    por otro lado arco cos (90) no existe

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    Respuestas
    1. en la ultima ecuacion si se saca factor comun (1/8)s, queda eso multiplicado a (pi/2 + 2pi), y esta suma da (5/2)pi. no entiendo como se llega al (3/2)pi

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  3. Si tenes razón, hay un error de tipeo en el comentario. Se
    suma medio periodo (Pi/8).

    t2 = t1 + Pi/8 = 1/8 Pi/2 + Pi/8 = Pi/8 (1/2 + 1) = 3/2 Pi/8

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  4. hola, y con el seno como seria en el punto c? lo intente hacer pero no me sale

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  5. sen(θ -- π /2) = cos (θ)

    x(t) = 0,2 m sen (8 s-1 t - π /2) < ------------ ecuación de la posición
    v(t) = dx(t)/dt = 0,2 m 8 s-1 cos (8 s-1 t - π /2) < ------------ ecuación de la velocidad
    a(t) = dv(t)/dt = - 0,2 m (8 s-1 )2 sen (8 s-1 t - π /2) < ------------ ecuación de la aceleración

    x(t) = 0,2 m sen (8 s-1 t - π /2) = 0

    despejando t
    sen (8 s-1 t - π /2) = 0
    8 s-1 t - π /2 = 0
    8 s-1 t = π /2
    t = π /2 / 8 s-1
    t1 = π /2 / 8 s-1 = 0,20 s < --------- pasa por primera vez
    t2 = (π /2 + 1 π) / 8 s-1 = 0,59 s < --------- pasa por segunda vez
    velocidad
    v(0,59 s) = 0,2 m 8 s-1 cos (8 s-1 0,59 s - π /2) = 1,6 m/s < --------- velocidad pasa por segunda vez

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