Capítulo 13: Movimiento periódico

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.103 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.103 Vibración de una molécula con enlace covalente. Muchasmoléculas diatómicas (de dos átomos) están unidas por enlaces covalentes que son mucho más fuertes que la interacción de Van der Waals.Ejemplos de ello son H2, O2 y N2. Los experimentos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.102 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.102 Resonancia en un sistema mecánico. Una masa m está unida al extremo de un resorte sin masa con constante de fuerza k y longitud no estirada l0. El otro extremo del resorte puede girar librementealrededor de un clavo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.101 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.101 Se determina que el periodo de un péndulo físico alrededor deun punto pivote es T. Luego se encuentra otro punto pivote en el ladoopuesto del centro de masa que da el mismo periodo. Los dos puntosestán separados una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.100 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.100 Una cinta métrica uniforme (con longitud de 1.00 m) cuelga deun eje horizontal por un extremo y oscila como péndulo físico. Un objeto pequeño con masa igual a la de la cinta métrica se sujeta a la misma…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.99 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.99 Resorte con masa. En todos los problemas anteriores del capítulo, hemos supuesto que los resortes tienen masa despreciable aunque, desde luego, ningún resorte carece por completo de masa. Paradeterminar el efecto de la masa de un resorte, considere…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.98 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.98 a) Determine el cambio DT del periodo de un péndulo simplecuando la aceleración debida a la gravedad cambia en Dg. (Sugerencia: el nuevo periodo T 1 DT se obtiene sustituyendo g 1 Dg por g:Para obtener una expresión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.97 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.97 Constante de fuerza efectiva de dos resortes. Dos resortescon la misma longitud no estirada, pero diferentes constantes de fuerza k1 y k2, se unen a un bloque de masa m en una superficie plana sinfricción. Calcule la constante…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.96 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.96 Dos resortes, ambos con longitud no estirada de 0.200 m, perocon diferentes constantes de fuerza k1 y k2, están unidos a extremosopuestos de un bloque de masa m en una superficie plana sin fricción.Ahora los extremos exteriores de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.95 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.95 Una varilla uniforme de longitud L oscila con ángulo pequeñoalrededor de un punto a una distancia x de su centro. a) Demuestre quesu frecuencia angular es b) Demuestre que sufrecuencia angular máxima se da cuando c) ¿Qué longitud…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.94 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.94 Se desea construir un péndulo con un periodo de 4.00 s enun lugar donde g 5 9.80 m>s2.a) ¿Qué longitud tiene un péndulo simple con este periodo? b) Suponga que el péndulo debe montarse en una caja que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.93 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.93 Dos varillas delgadas idénticas, cada una con masa m y longitud L, se unen en ángulo recto paraformar un objeto en forma de L,el cual se balancea sobre la cúspide de un triángulo agudo (figura13.41). Si el objeto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.92 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.92 El problema de la campana que suena en silencio. Unacampana grande de 34.0 kg cuelga de una viga de madera, de modoque puede oscilar con fricción despreciable. Su centro de masa está0.60 m bajo el pivote, y su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.91 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.91 Una varilla metálica delgada y uniforme con masa M pivotasin fricción sobre un eje que pasapor su punto medio y es perpendicular a la varilla. Un resorte horizontal con constante de fuerza kse conecta al extremo inferior de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.90 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.90 T. rex. Modele la piernadel T. rex del ejemplo 13.10 (sección 13.6) como dos varillas uniformes con longitud de 1.55 m cadauna y unidas rígidamente por un extremo. La varilla inferior tienemasa M, y la superior, 2M. El…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.89 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.89 En la figura 13.39, la esferasuperior se suelta del reposo, choca contra la esfera inferior estacionaria y se pega a ella. Amboscordones tienen 50.0 cm de longitud. La esfera superior tiene masade 2.00 kg y está inicialmente10.0 cm…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.88 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.88 Dos cilindros sólidos conectados a lo largo de su eje común poruna varilla corta y ligera tienen radio R y masa total M, y descansan sobre una mesa horizontal. Un resorte con constante de fuerza k tiene unextremo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.87 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.87 Una aproximación de la energía potencial de una molécula deKCl es donde yUse esto para a) demostrar que la componente radial de la fuerza sobre cada átomo es yb) demostrar que R0 es la separación de equilibrio. c)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.86 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.86 Molécula diatómica. Dos átomos idénticos de una moléculadiatómica vibran como osciladores armónicos; no obstante, su centrode masa, que está a la mitad del camino, no se mueve. a) Demuestreque, en cualquier instante, los momentos lineales de los átomos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.85 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.85 Considere el círculo de referencia de la figura 13.6. La componente x de la velocidad de Q es la velocidad de P. Calcule esta componente y muestre que la velocidad de P está dada por la ecuación(13.15).  …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.84 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.84 Para cierto oscilador, la fuerza neta que actúa sobre el cuerpode masa m está dada por Fx 5 2cx3. a) ¿Qué función de energía potencial describe este oscilador, si tomamos U 5 0 en x 5 0? b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.83 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.83 Dos masas puntuales m se sostienen separadas una distancia d.Otra masa puntual M está a la mitad entre ellas. Después, M se desplaza una distancia pequeña x perpendicular a la línea que conecta las dosmasas fijas y se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.82 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.82 Un ejemplo interesante pero muy poco práctico de oscilaciónes el movimiento de un objeto que se deja caer por un agujero queva de un lado de la Tierra a otro pasando por el centro. Suponiendo(lo cual no es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.81 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.81 Que no la deje el barco. En una visita a Minnesota (la “tierra de los 10,000 lagos”), una turista se inscribe en una excursión poruno de los lagos más grandes. Cuando llega al muelle donde está atracado el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.80 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.80 Una fuerza de 40.0 N estira un resorte vertical 0.250 m. a) ¿Quémasa debe colgarse del resorte para que el sistema oscile con un periodo de 1.00 s? b) Si la amplitud del movimiento es de 0.050 m…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.79 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.79 En el planeta Newtonia, un péndulo simple tiene una lentejacon masa de 1.25 kg y longitud de 185.0 cm cuando se suelta del reposo, tarda 1.42 s en describir un ángulo de 12.5° hasta un punto dondeotra vez…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.78 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.78 Una viga uniforme de 225 kg se suspende horizontalmente dedos resortes verticales idénticos que sujetan cada extremo de la vigacon el techo. Un saco de 175 kg de grava se coloca sobre el puntomedio de la viga. Ésta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.77 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.77 MAS de una balanza de carnicero. Un resorte con masadespreciable y constante de fuerza k 5 400 N>m cuelga verticalmente,y una bandeja de 0.200 kg se suspende de su extremo inferior. Un carnicero deja caer un filete de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.76 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.76 Un perno de 0.0200 kg se mueve en MAS con amplitudde 0.240 m y periodo de 1.500 s. El desplazamiento del perno es de 10.240 m cuando t 5 0. Calcule a) el desplazamiento del perno cuando t…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.75 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.75 Una perdiz de 5.00 kg cuelga de un peral mediante un resorteideal con masa despreciable. Si se tira de la perdiz para bajarla 0.100 mcon respecto a su posición de equilibrio y se suelta, vibra con un periodo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.74 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.74 Un alambre colgante tiene 1.80 m de longitud. Cuando una bolade acero de 60.0 kg se suspende del alambre, éste se estira 2.00 mm. Sise tira de la bola hacia abajo una distancia pequeña adicional y se lesuelta,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.73 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.73 Una cubeta de 2.00 kg que contiene 10.0 kg de agua cuelga deun resorte ideal vertical, cuya constante de fuerza es de 125 N>m, y oscila verticalmente con una amplitud de 3.00 cm . De repente, la cubetadimana…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.72 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.72 Una fuerza elástica de restitución con constante de fuerzade 10.0 N>m actúa sobre un objeto con masa de 0.200 kg. a) Grafiquela energía potencial elástica U en función del desplazamiento x dentrode un intervalo de x desde 20.300…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.71 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.71 Un objeto cuadrado de masa m se construye con cuatro varasuniformes idénticas, cada una conlongitud L, unidas entre sí. Esteobjeto se cuelga de su esquinasuperior en un gancho (figura13.37). Si se gira ligeramente ala izquierda y luego se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.70 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.70 Un cohete acelera hacia arriba a 4.00 m>s2 desde la plataforma de lanzamiento en la Tierra. En su interior, una esfera pequeñade 1.50 kg cuelga del techo mediante un alambre ligero de 1.10 m. Sila esfera se desplaza…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.69 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.69 Una masa de 10.0 kg viaja hacia la derecha con rapidez de2.00 m>s sobre una superficie horizontal lisa y choca contra una segunda masa de 10.0 kg que inicialmente está en reposo pero unidaa un resorte ligero con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.68 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.68 Un bloque de masa M descansa en una superficie sin fricción yestá conectado a un resorte horizontal con constante de fuerza k. Elotro extremo del resorte está fijo a una pared (figura 13.36). Un segundo bloque de masa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.67 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.67 Una charola (bandeja) horizontal uniforme de 1.50 kg está unida a un resorte ideal vertical con constante de fuerza de 185 N>m y unaesfera metálica de 275 g está en la charola. El resorte está debajo de lacharola,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.64 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.64 Cuatro pasajeros cuya masa combinada es de 250 kg comprimen 4.00 cm los resortes de un automóvil con amortiguadores vencidos cuando se suben en él. Modele el auto y los pasajeros comoun solo cuerpo sobre un solo resorte ideal.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.66 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.66 Un niño malcriado está deslizando su plato de 250 g de unlado a otro, sobre una superficie horizontal en MAS con amplitud de0.100 m. En un punto a 0.060 m de la posición de equilibrio, la rapidezdel plato…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.65 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.65 Un deslizador oscila con MAS y amplitud A1 en un riel de aire.Usted lo frena hasta reducir la amplitud a la mitad. ¿Qué pasa con susa) periodo, frecuencia y frecuencia angular? b) ¿Con su energía mecánica total? c)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.63 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.63 MAS en un motor decombustión. El movimiento delpistón de un motor de automóvil(figura 13.35) es aproximadamente armónico simple. a) Si la carrera del pistón (el doble de laamplitud) es de 0.100 m y el motor trabaja a 3500…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.62 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.62 Un paquete experimental y su estructura de soporte que se colocarán a bordo de la Estación Espacial Internacional actúan como sistema de resorte-masa subamortiguado con constante de fuerza de 2.1 3106 N>m y masa de 108 kg. Un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.61 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.61 Una fuerza impulsora que varía senoidalmente se aplica a un oscilador armónico amortiguado. a) ¿Qué unidades tiene la constante deamortiguamiento b? b) Demuestre que la cantidad tiene las mismas unidades que b. c) Determine, en términos de Fmáx…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.60 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.60 Una fuerza impulsora que varía senoidalmente se aplica a unoscilador armónico amortiguado con constante de fuerza k y masa m.Si la constante de amortiguamiento tiene el valor b1, la amplitud esA1 cuando la frecuencia angular impulsora es En…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.59 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.59 El movimiento de un oscilador subamortiguado está descritopor la ecuación (13.42). Sea el ángulo de fase f 5 0. a) Según la ecuación, ¿cuánto vale x en t 5 0? b) ¿Qué magnitud y dirección tiene lavelocidad en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.58 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.58 Un huevo duro (cocido) de 50.0 g se mueve en el extremo de unresorte cuya constante de fuerza es k 5 25.0 N>m. Su desplazamientoinicial es de 0.300 m. Una fuerza amortiguadora Fx 5 2bvx actúa sobre el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.57 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.57 Un ratón de 0.300 kg, nada contento, se mueve en el extremo deun resorte con constante de fuerza k 5 2.50 N>m, sometido a la acciónde una fuerza amortiguadora a) Si la constante b 5 0.900kg>s, ¿qué frecuencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.56 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.56 Una masa de 2.20 kg oscila sobre un resorte cuya constante defuerza y periodo son de 250.0 N>m y 0.615 s, respectivamente. a) ¿Setrata de un sistema amortiguado o no? ¿Cómo lo sabe? Si es amortiguado, calcule la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.55 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.55 Cada uno de los dos péndulos que se muestran en la figura13.34 consiste en una esfera sólida uniforme de masa M sostenida porun cordón sin masa; no obstante, la esfera del péndulo A es muy pequeña, en tanto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.54 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.54 Un adorno navideño con forma de esfera hueca de masa M 50.015 kg y radio R 5 0.050 m se cuelga de una rama con un lazo dealambre unido a la superficie de la esfera. Si el adorno…