FICHA X-P05
Integrada

La energía de un resorte que oscila

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TipoIntegrada Dificultad Puntos7 pts Tiempo máx.13 min Media8 min Origen preguntaRedactado Verificación soluciónPropia sin verificar Completado con IA
Prerrequisitos
  • Fichas base: C1-P03 (periodo de un sistema oscilante), A3-P01 (energía cinética y trabajo) y A2-P07 (resorte y energía elástica)
  • Sin rozamiento, la energía mecánica total (cinética + elástica) se conserva
  • En la posición de amplitud máxima la masa está momentáneamente en reposo: toda la energía es elástica

Una masa de 0,50 kg unida a un resorte horizontal de constante k = 40 N m⁻¹ oscila sin rozamiento sobre una superficie horizontal con una amplitud de 0,10 m (ver diagrama).

a Calcula el periodo de la oscilación. [2]
b Calcula la energía mecánica total del sistema. [1]
c Calcula la rapidez máxima de la masa, usando la conservación de la energía. [2]
d Calcula la rapidez de la masa cuando está a 0,050 m de la posición de equilibrio. [2]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • Periodo masa-resorte: T = 2π√(m/k). — Cuadernillo de datos, Tema C.1.
  • Energía elástica: E_el = ½kx²; energía cinética: E_c = ½mv². — Cuadernillo, Tema A.3.
  • Conservación de la energía mecánica en un oscilador sin rozamiento: E = ½kA² = E_c + ½kx².
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topics C.1 Simple harmonic motion y A.3 Work, energy and power.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Temas C.1 (T = 2π√(m/k)) y A.3.
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Apartado a) — T = 2π√(m/k) = 2π√(0,50/40) ≈ 0,70 s.
Apartado b) — E = ½kA² = ½ × 40 × (0,10)² = 0,20 J.
Apartado c) — En el equilibrio toda la energía es cinética: ½mv²_máx = 0,20 J → v_máx = √(2 × 0,20/0,50) ≈ 0,89 m s⁻¹.
Apartado d) — E_el = ½ × 40 × (0,050)² = 0,050 J; E_c = 0,20 − 0,050 = 0,15 J → v = √(2 × 0,15/0,50) ≈ 0,77 m s⁻¹.