Ejercicios resueltos de fuerza elástica. TP-03

Movimiento armónico: Solución del ejercicio n° 3 de movimiento armónico. Fuerza elástica. TP-03

Problema n° 3 de movimiento armónico. TP-03

Problema n° 3)

a) ¿Con qué fuerza ha de tirarse de un resorte vertical que mantiene en equilibrio cuerpo de 4 kg, para que al soltarlo realice 48 oscilaciones completes en 32s con una amplitud de 5 cm?

b) Que fuerza ejerce el resorte sobre el cuerpo cuando se encuentra en el punto mas bajo, en el centro y en el punto mas alto de su trayectoria?

c) ¿Cuál es la energía del sistema cuando el sistema se encuentra 2 cm por debajo del punto medio de la trayectoria ¿ ¿Cuál es su energía potencial? (Supóngase U = 0 en la posición de equilibrio.)

Desarrollo

a)

m = 4 kg

n = 48

t = 32 s

A = 5 cm = 0,05 m

T = t/n

T = 32/48 = 0,666 s

F = k.x

k = 4.π².m/T²

k = 4.π².4/0,6666² = 356,01 kg/s²

F = 356,01.0,05

F = 17,8 N

b)

En el punto más bajo.

F resorte = F + P

F resorte = F + m.g

F resorte = 17,8 + 4.9,8

F resorte = 57 N hacia arriba.

En el centro.

F resorte = P

F resorte = m.g

F resorte = 4.9,8

F resorte = 39,2 N porque se encuentra en equilibrio.

En el punto más alto.

Se toma 2 veces la amplitud por que el efecto empieza desde el extremo inferior, lo cual influye para restaurar el movimiento.

F = k.x

x = 2.A

F = 2.k.A

F = 2.356,01.0,05

F = 35,53 N

F resorte = (F + P) - F(2.A)

F resorte = 57 - 35,53

F resorte = 21,47 N

c)

A = 0,05 m = 5 cm

X = 2 cm = 0,02 m

ET = k.x²/2

ET = 356,01.(0,02²)/2

ET = 0,071 J

ET = Ep + Ec

Ec = ET - Ep

Ec = k.A²/2 - k.x²/2 = k.(A² - x²)/2

Ec = 356,01.(0,05² - 0,02²)/2

Ec = 0,373 J

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