Page 301 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

282 Capítulo 14 Movimiento armónico simple

En el SI, la unidad para la frecuencia (oscilaciones/segundo) es el hertz (Hz)
1
El hertz 1 Hz = - = i ' 1
5

Por tanto, una frecuencia de 20 oscilaciones por segundo se escribe 20 Hz.

Ejemplo 14.1 La masa suspendida de la figura 14.3 se tira hacia abajo y luego se suelta, por lo que oscila
con MAS. Un estudiante determina que el tiempo transcurrido para 50 vibraciones com­
pletas es de 74.1 s. ¿Cuáles son el periodo y la frecuencia del movimiento?

Plan: El tiempo proporcionado es de 50 vibraciones. Sabemos que el periodo es el tiempo
que se lleva una vibración y que la frecuencia es el recíproco del periodo.

Solución: Al dividir el tiempo total entre las vibraciones totales se obtiene

74.1 s
T = -------- = 1.48 s
50 vib
Por último, con base en la ecuación (13.2) se determina la frecuencia

/ = - = — -— / = 0.675 Hz
J T 1.48 s’
Debe señalarse que una vibración u oscilación es una unidad adimensional tal que vibra-
ciones/s se expresa sencillamente como s~! o Hz.

Ejemplo 14.2 Se fija al techo un resorte ligero; luego se marca su posición inferior en un metro. Cuando
se cuelga una masa de 3 kg del extremo inferior del resorte, éste se mueve hacia abajo una
distancia vertical de 12 cm. Determine la constante del resorte.

Plan: De acuerdo con la ley de Hooke, la constante del resorte es la razón de cambio de
fuerza al cambio de desplazamiento. Observe que la constante del resorte es una cantidad
absoluta. El signo negativo de la ley de Hooke indica la dirección de la fuerza de restitu­
ción es opuesta al desplazamiento.

Solución: El cambio de la fuerza es igual al peso de la masa mg, así que AF = mg y
Ax = 0.12 m. A partir de la ley de Hooke se obtiene

A F mg
k =
x
(3 kg)(9.8 m/s2)
= 242 N/m
0.12 m

La letra griega delta en las ecuaciones anteriores es importante, ya que denotan el
cambio de fuerza y de desplazamiento que determinan la constante del resorte. En este
ejemplo, si añadimos una segunda masa de 3 kg debajo de la primera, el resorte se moverá
hacia abajo otros 12 cm.

Más adelante, en la sección 14.7 demostraremos que el periodo y la frecuencia para un
sistema que oscila con MAS puede determinarse a partir de la masa y la constante del resorte.