CÓMO RESOLVER PROBLEMAS DE FÍSICA EN 2º DE BACHILLERATO


CÓMO CALCULAR...

Problemas sobre aproximación a los movimientos vibratorios: el movimiento armónico simple (M.A.S.)

(1) Vídeos teóricos

(2) PROBLEMAS

  • Problema 1A : Determinar la constante elástica de un muelle (K), sabiendo que si se le aplica una fuerza de 0,75 N, éste se alarga 2,5 cm respecto de su posición de equilibrio. Uniendo al muelle anterior un cuerpo de masa 1,5 kg, se constituye un sistema elástico que se deja oscilar libremente sobre una superficie horizontal sin rozamiento. Sabiendo que en t=0 el cuerpo se encuentra en la posición de máximo desplazamiento, x=30 cm, respecto de su posición de equilibrio, determinar: la expresión matemática del desplazamiento en función del tiempo, la velocidad y la aceleración máximas del cuerpo, y las energías cinética y potencial cuando el cuerpo se encuentra a 15 cm de la posición de equilibrio.


  • Problema 1B (continuación)


  • Problema 1C (continuación)


  • Problema 2A : Una masa puntual de valor 150 g unida a un muelle horizontal de constante elástica K=65 N/m, constituye un oscilador armónico simple. Si la amplitud del movimiento es de 5 cm, determine: a) La expresión de la velocidad de oscilación de la masa en función de la elongación; b) la energía potencial elástica del sistema cuando la velocidad de oscilación es nula; c) la energía cinética del sistema cuando la velocidad de oscilación es máxima; d) la energía cinética y la energía potencial elástica del sistema cuando el módulo de la aceleración de la masa es igual a 13 ms-2.


  • Problema 2B (continuación)


  • Problema 2C (continuación)


  • Problema 3A : Una partícula que describe un movimiento armónico simple recorre una distancia de 16 cm en cada ciclo de su movimiento y su aceleración máxima es de 48 ms-2. Calcula la frecuencia y el período del movimiento, y la velocidad máxima de la partícula.


  • Problema 3B (continuación)


  • Problema 3C (continuación)


  • Problema 4 : Un cuerpo de masa m está suspendido de un muelle de constante elástica K. Se tira verticalmente del cuerpo desplazando éste una distancia x respecto de su posición de equilibrio, y se le deja oscilar libremente. Si en las mismas condiciones del caso anterior el desplazamiento hubiese sido 2x, deduce la relación que existe, en ambos casos, entre las velocidades máximas del cuerpo, y las energías mecánicas del sistema oscilante.


  • Problema 4: Animación : comprueba tus resultados.


  • Problema 5A : Una partícula realiza un movimiento armónico simple. Si la frecuencia de oscilación se reduce a la mitad manteniendo constante la amplitud de oscilación, explica qué ocurre con: a) el período, b) la velocidad máxima, c) la aceleración máxima y d) la energía mecánica de la partícula.


  • Problema 5B (continuación)


  • Problema 6 : Una partícula que realiza un movimiento armónico simple de 10 cm de amplitud tarda 2 segundos en efectuar una oscilación completa. Si en el instante t=0 su velocidad era nula y la elongación positiva, determinar: a) la expresión matemática que representa la elongación en función del tiempo y b) la velocidad y la aceleración de oscilación en el instante t=0,25 s.


  • Problema 7A : En la figura se muestra (ver vídeo) la representación gráfica de la energía potencial de un oscilador armónico simple constituido por una masa puntual de valor 200 g unida a un muelle horizontal, en función de su elongación (x). Calcular: a)la constante elástica del muelle, b) la aceleración máxima del oscilador, c) numéricamente, la energía cinética cuando la masa está en la posición x=+2,3cm, d)el punto en el que se encuentra la masa puntual cuando el módulo de su velocidad es igual a la cuarta parte de su velocidad máxima.


  • Problema 7B (continuación)


  • Problema 7C (continuación)


  • Problema 8 : Una partícula de 0,1 kg de masa se mueve en el eje X describiendo un movimiento armónico simple. La partícula tiene una velocidad cero en los puntos de coordenadas x=-10cm y x=10cm y en el instante t=0 se encuentra en el punto x=10 cm. Si el período de las oscilaciones es de 1,5 s, determina: a) la fuerza que actúa sobre la partícula en el instante inicial, b)la energía mecánica de la partícula, c) la velocidad máxima de la partícula y d) la expresión matemática de la posición de la partícula en función del tiempo.


  • Problema 9A : Un sistema elástico, constituido por un cuerpo de masa 200 g unido a un muelle, realiza un movimiento armónico simple son un período de 0,25 s. Si la energía total del sistema es de 8 J, calcular: a) la constante elástica del muelle, y b) la amplitud del movimiento.


  • Problema 9B (continuación)


  • Problema 10: Una partícula se mueve en el eje X, alrededor del punto x=0, describiendo un movimiento armónico simple de período 2s e inicialmente se encuentra en la posición de elongación máxima positiva. Sabiendo que la fuerza máxima que actúa sobre la partícula es 0,05 N y su energía total es de 0,02 J, determinar: a) la amplitud del movimiento que describe la partícula, b) la masa de la partícula, c)la expresión matemática del movimiento de la partícula, y d) el valor absoluto de la velocidad cuando se encuentra a 20 cm de la posición de equilibrio.


  • Problema 11: Un objeto de 2,5 kg está unido a un muelle horizontal y realiza un movimiento armónico simple sobre una superficie horizontal sin rozamiento con una amplitud de 5 cm y una frecuencia de 3,3 Hz. Determinar: a) El período del movimiento y la constante elástica del muelle. b) La velocidad máxima y la aceleración máxima del objeto.


  • Problema 12: La expresión de la elongación de un oscilador armónico en un instante arbitrario t y unidades del sistema internacional, viene dada por: x(t)=0,6sen(4pit-pi). Determinar: a) La amplitud de las oscilaciones; b) la pulsación; c) la fase inicial; d)el período de las oscilaciones y su frecuencia; e) el número de oscilaciones que efectúa en dos minutos; f) el tiempo que tarda en completar 100 oscilaciones.