Page 300 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

14.1 Movimiento periódico
281
partir de x - 0. Esa fuerza siempre se opone al desplazamiento, de modo que la ley de Hooke
puede escribirse como
F — —kx Ley de Hooke (14.1)
El desplazamiento máximo a partir de la posición de equilibrio x = ±A se llama am­
plitud. En esta posición, el disco experimenta su fuerza máxima dirigida hacia el centro de
oscilación. La fuerza disminuye a medida que el disco se aproxima al centro de oscilación;
al llegar a él, se vuelve igual a cero. La cantidad de movimiento del disco lo lleva más allá
del centro, pero luego la fuerza invierte esta dirección, lo que disminuye el movimiento hasta
que el disco alcanza su amplitud en la otra dirección y la oscilación continúa. Sin fricción,
este movimiento perduraría por siempre. Este tipo de movimiento oscilatorio sin fricción se
denomina movimiento armónico simple (MAS).
El movimiento armónico simple (MAS) es un movimiento periódico que ocurre
en ausencia de fricción y es producido por una fuerza de restitución directa­
mente proporcional al desplazamiento y tiene una dirección opuesta a éste.
El periodo T se define como el tiempo en el que se realiza una oscilación completa cuan­
do el objeto se mueve con MAS. Considere, por ejemplo, la masa atada al extremo de un re­
sorte vertical, como aparece en la figura 14.3. Si tiramos de la masa hacia abajo una distancia
y = —A y luego la soltamos, su movimiento se aproximará al MAS. El tiempo que va desde
que se la suelta en y = —A hasta que vuelve a y = —A representa el lapso de una oscilación
completa, es decir, el periodo. En realidad, podríamos elegir cualquier posición y durante la
oscilación y el periodo sería el tiempo que demoraría la masa en volver a ese lugar movién­
dose en la misma dirección. Cabe señalar que el tiempo requerido para moverse del centro
de oscilación al máximo desplazamiento A en cualquier dirección sólo es una cuarta parte del
periodo.
Suponga que la masa oscilatoria de la figura 14.3 tiene un periodo igual a 4 s. En f = 0,
pasa el centro de oscilación en dirección ascendente. Tras un segundo, se hallará en y = +A.
Después de 2 s, pasará otra vez por el centro de equilibrio. No obstante, irá en dirección des­
cendente, así que el tiempo es igual a medio periodo. El periodo completo de 4 s sólo se alcan­
za cuando la masa vuelve a y = 0 y se mueve en la misma dirección que tenía cuando t = 0.
La frecuencia f es el número de oscilaciones completas por unidad de tiempo. Puesto
que el periodo es igual a la cantidad de segundos por oscilación, se deduce que la frecuencia
será el recíproco del periodo o número de oscilaciones por segundo
Movimiento armónico
simple
El periodo T es el tiempo
A en que se tiene una
y = +A
oscilación completa
(segundos, s)
1
/=
Amplitud
A
La frecuencia/es el
número de oscilaciones
completas por segundo
v
Figura 14.3 El movimiento armónico simple (MAS) es un movimiento periódico con amplitud, frecuencia
y periodo constantes.