Capítulo 13: Movimiento periódico

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.53 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.53 Dos péndulos tienen las mismas dimensiones (longitud L) ymasa total (m). El péndulo A es una esfera muy pequeña que oscilaen el extremo de una varilla uniforme sin masa. En el péndulo B, la mitad de la masa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.52 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.52 Una llave inglesa de 1.80 kg tiene su pivote a 0.250 m de sucentro de masa y puede oscilar como péndulo físico. El periodo paraoscilaciones de ángulo pequeño es de 0.940 s. a) ¿Qué momento deinercia tiene la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.51 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.51 Demuestre que la expresión para el periodo de un péndulo físico se reduce a la del péndulo simple, si el péndulo físico consiste enuna partícula de masa m en el extremo de un cordón sin masa de longitud…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.50 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.50 Queremos colgar un aro delgado de un clavo horizontal y hacerque tenga una oscilación completa con ángulo pequeño una vez cada2.0 s. ¿Qué radio debe tener el aro?   Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.49 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.49 Una biela de 1.80 kg de unmotor de combustión pivota alrededor de un filo de navaja horizontal como se muestra en lafigura 13.33. El centro de gravedad de la biela se encontró por balanceo y está a 0.200…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.48 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.48 Un péndulo simple de 2.00 m de largo oscila con un ángulomáximo de 30.0° con la vertical. Obtenga su periodo, a) suponiendouna amplitud pequeña, y b) utilizando los primeros tres términos de laecuación (13.35). c) ¿Cuál de las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.47 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.47 Después de posarse en un planeta desconocido, una exploradoraespacial construye un péndulo simple con longitud de 50.0 cm y determina que efectúa 100 oscilaciones completas en 136 s. ¿Cuánto vale gen ese planeta?   Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.46 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.46 Una esfera pequeña de masa m está unida a una varilla sin masa de longitud L con un pivote en el extremo de arriba, formando un péndulo simple. Se tira del péndulo hacia un lado, hasta que la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.45 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.45 Una manzana pesa 1.00 N. Si la colgamos del extremo de unresorte largo con constante de fuerza de 1.50 N>m y masa despreciable, rebota verticalmente en MAS. Si detenemos el rebote y dejamosque la manzana oscile de lado…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.44 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.44 Un péndulo en Marte. En la Tierra cierto péndulo simpletiene un periodo de 1.60 s. ¿Qué periodo tendrá en Marte, dondeg 5 3.71 m>s2?   Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SEARS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.43 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.43 En San Francisco un edificio tiene aditamentos ligeros que consisten en bombillas pequeñas de 2.35 kg con pantallas, que cuelgan deltecho en el extremo de cordones ligeros y delgados de 1.50 de longitud. Si ocurre un terremoto leve,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.42 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.42 Un alpinista de 85.0 kg planea balancearse, partiendo del reposo, desde una saliente utilizando una cuerda ligera de 6.50 m de largo.Sujeta un extremo de la cuerda, en tanto que el otro extremo está unidomás arriba a la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.41 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.41 Se tira de un péndulo simple de 0.240 m de longitud para moverlo 3.50° a un lado y luego se suelta. a) ¿Cuánto tarda la lenteja delpéndulo en alcanzar su rapidez máxima? b) ¿Cuánto tarda si el ánguloes…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.40 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.40 Cuando los dos átomos de hidrógeno de una molécula de H2 sedesplazan del equilibrio, una fuerza de restitución Fx 5 2kx, con k 5580 N>m, actúa sobre ellos. Calcule la frecuencia de oscilación de lamolécula de H2. (Sugerencia:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.39 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.39 Para la interacción de Van der Waals con la función de energíapotencial dada por la ecuación (13.25), demuestre que, cuando la magnitud del desplazamiento x con respecto al equilibrio (r 5 R0) es pequeña, la energía potencial es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.38 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.38 La rueda de balance de un reloj vibra con amplitud angular U,frecuencia angular v y ángulo de fase f 5 0. a) Deduzca expresionespara la velocidad angular du>dt y la aceleración angular d2u>dt 2 enfunción del tiempo. b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.37 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.37 Imagine que quiere determinar el momento de inercia de unapieza mecánica complicada, con respecto a un eje que pasa por su centro de masa, así que la cuelga de un alambre a lo largo de ese eje. Elalambre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.36 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.36 Un disco metálico delgadocon masa de 2.00 3 1023 kg y radio de 2.20 cm se une en su centroa una fibra larga (figura 13.32). Sise tuerce y suelta, el disco oscilacon un periodo de 1.00 s. Calculela…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.35 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.35 Cierto reloj despertador hace tic cuatro veces cada segundo, ycada tic representa medio periodo. La rueda de balance consiste en un arodelgado con 0.55 cm de radio, conectada al vástago de balance por rayosde masa despreciable. La masa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.34 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.34 Un disco uniforme sólido de metal con masa de 6.50 kg y diámetro de 24.0 cm cuelga en un plano horizontal, apoyado en su centro conun alambre metálico vertical. Usted sabe que se requiere una fuerza horizontal de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.33 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.33 Una esfera de 1.50 kg y otra de 2.00 kg se pegan entre sí colocando la más ligera debajo de la más pesada. La esfera superior se conecta aun resorte ideal vertical, cuya constante de fuerza es de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.32 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.32 Un gato con masa de 4.00 kg que gusta de las emociones fuertesestá unido mediante un arnés a un resorte ideal de masa despreciable yoscila verticalmente en MAS. La amplitud es de 0.050 m y, en el puntomás…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.31 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.31 Un deslizador de 175 g sobre una pista de aire horizontal sinfricción está unido a un resorte ideal fijo, cuya constante de fuerza esde 155 N>m. En el momento en que usted mide el deslizador, éste semueve a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.30 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.30 Un orgulloso pescador de alta mar cuelga un pez de 65.0 kgde un resorte ideal con masa despreciable, estirando el resorte 0.120 m.a) Calcule la constante de fuerza del resorte. Ahora se tira del pez5.00 cm hacia abajo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.29 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.29 Dentro de un vehículo de prueba de la NASA, se tira de una esfera de 3.50 kg mediante un resorte ideal horizontal que está unido auna mesa sin fricción. La constante de fuerza del resorte es de 225N>m.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.28 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.28 En una mesa horizontal sin fricción, una caja de 5.20 kgabierta de arriba se sujeta a un resorte ideal, cuya constante de fuerza es de 375 N>m. Dentro de la caja hay una piedra de 3.44 kg.El sistema…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.27 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.27 Usted observa un objeto que se mueve en MAS. Cuando dichoobjeto está desplazado 0.600 m a la derecha de su posición de equilibrio, tiene una velocidad de 2.20 m>s a la derecha y una aceleración de8.40 m>s2 a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.26 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.26 Un juguete de 0.150 kg está en MAS en el extremo de un resortehorizontal con constante de fuerza k 5 300 N>m. Cuando el objeto estáa 0.0120 m de su posición de equilibrio, tiene una rapidez de 0.300…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.25 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.25 Para la situación descrita en el inciso a) del ejemplo 13.5,¿qué masa m deberá tener la masilla para que la amplitud despuésdel choque sea la mitad de la amplitud original? Con ese valorde m, ¿qué fracción de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.24 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.24 Una porrista ondea su pompón en MAS con amplitud de 18.0 cmy frecuencia de 0.850 Hz. Calcule a) la magnitud máxima de la aceleración y de la velocidad; b) la aceleración y rapidez cuando la coordenadadel pompón es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.23 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.23 Un deslizador de 0.500 kg, conectado al extremo de un resorteideal con constante de fuerza k 5 450 N>m, está en MAS con una amplitud de 0.040 m. Calcule a) la rapidez máxima del deslizador; b) surapidez cuando…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.22 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.22 Un oscilador armónico tiene frecuencia angular v y amplitud A.a) Calcule la magnitud del desplazamiento y de la velocidad cuando laenergía potencial elástica es igual a la energía cinética. (Suponga queU 5 0 en el equilibrio.) b) ¿Cuántas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.21 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.21 Las puntas de un diapasón rotulado con 392 Hz están vibrando con una amplitud de 0.600 mm. a) ¿Qué rapidez máxima tieneuna punta? b) Una mosca común (Musca domestica) con masa de0.0270 g está sujeta en el extremo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.15 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.15 Peso de los astronautas. Este procedimiento se utiliza realmente para “pesar” a los astronautas en el espacio. Se une una silla de42.5 kg a un resorte y se le deja oscilar cuando está vacía, la silla tarda1.30 s…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.13 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.13 La punta de la aguja de una máquina de coser se mueve enMAS, sobre el eje x con una frecuencia de 2.5 Hz. En t 5 0, sus componentes de posición y velocidad son, respectivamente, 11.1 cm y215 cm>s.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.11 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.11 Un bloque de 2.00 kg, que se desliza sin fricción, se conectaa un resorte ideal con constante de fuerza de 300 N>m. En t 5 0, elresorte no está estirado ni comprimido, y el bloque se mueve en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.16 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.16 Un objeto de 0.400 kg en MAS tiene ax 5 22.70 m>s 2 cuando x 5 0.300 m. ¿Cuánto tarda una oscilación?   Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SEARS ZEMANSKY 12…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.20 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.20 Un objeto está en MAS con periodo de 0.300 s y una amplitudde 6.00 cm. En t 5 0, el objeto está instantáneamente en reposo en x 56.00 cm. Calcule el tiempo que el objeto tarda en ir…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.19 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.19 El desplazamiento en función del tiempo de una masa de 1.50 kgen un resorte está dado por la ecuaciónCalcule a) el tiempo que tarda una vibración completa; b) la constantede fuerza del resorte; c) la rapidez máxima de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.18 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.18 La velocidad de una masa de 0.500 kg en un resorte está dada enfunción del tiempo porCalcule a) el periodo, b) la amplitud, c) la aceleración máxima de lamasa y d) la constante de fuerza del resorte  …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.17 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.17 Sobre una pista de aire horizontal sin fricción, un deslizador oscila en el extremo de un resorte ideal, cuya constante de fuerza es 2.50N>cm. En la figura 13.31 la gráfica muestra la aceleración del deslizador en función del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.14 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.14 Un objeto está en MAS con periodo de 1.200 s y una amplitudde 0.600 m. En t 5 0, el objeto está en x 5 0. ¿A qué distancia está elobjeto de la posición de equilibrio cuando t…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.12 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.12 Repita el ejercicio 13.11, pero suponga que en t 5 0 el bloquetiene una velocidad de 24.00 m>s y un desplazamiento de 10.200 m   Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SEARS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.10 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.10 Tirón. Una cuerda de guitarra vibra con una frecuencia de440 Hz. Un punto en su centro se mueve en MAS con amplitud de 3.0mm y ángulo de fase cero. a) Escriba una ecuación para la posición delcentro de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.9 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.9 Un oscilador armónico tiene una masa de 0.500 kg unida a un resorte ideal con constante de fuerza de 140 N>m. Calcule a) el periodo,b) la frecuencia y c) la frecuencia angular de las oscilaciones.   Solución: Solución…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.8 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.8 Cuando una masa de 0.750 kg oscila en un resorte ideal, la frecuencia es de 1.33 Hz. a) ¿Cuál será la frecuencia si se agregan 0.220 kga la masa original, y b) y si se restan de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.7 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.7 Un cuerpo de masa desconocida se une a un resorte ideal conconstante de fuerza de 120 N>m. Se observa que vibra con una frecuencia de 6.00 Hz. Calcule a) el periodo del movimiento; b) la frecuenciaangular; y c)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.6 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.6 En un laboratorio de física, se conecta un deslizador de riel de aire de 0.200 kg al extremo de un resorte ideal de masa despreciable y sepone a oscilar. El tiempo transcurrido entre la primera vez que el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.5 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.5 Una pieza de una máquina está en MAS con frecuencia de 5.00Hz y amplitud de 1.80 cm. ¿Cuánto tarda la pieza en ir de x 5 0 a x 521.80 cm?   Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 13.4 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 13.4 En la figura 13.30 se muestra el desplazamiento de un objeto oscilante en función del tiempo. Calcule a) la frecuencia, b) la amplitud,c) el periodo y d) la frecuencia angular de este movimiento   Solución: Solución 1: Canal…