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Energía de un oscilador armónico
De Wikillerato
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<math> W =\vec F \cdot \vector \Delta (x-x_0) = F \Delta (x-x_0) cos \theta </math> | <math> W =\vec F \cdot \vector \Delta (x-x_0) = F \Delta (x-x_0) cos \theta </math> | ||
| - | Donde <math>\theta</math> es el ángulo formado por <math>F e \Delta (x -x_0)</math>, que en nuestro caso, dado que la <math>F</math> y la deformación tienen siempre sentidos opuestos, el ángulo es <math>\pi</math>, y como <math>cos\pi = -1</math>. Como por otra parte el valor máximo de <math>\Delta (x -x_0)</math> es <math>A</math>, la ecuación de la energía del oscilador será: | + | Donde <math>\theta</math> es el ángulo formado por <math>F</math> e <math>\Delta (x -x_0)</math>, que en nuestro caso, dado que la <math>F</math> y la deformación tienen siempre sentidos opuestos, el ángulo es <math>\pi</math>, y como <math>cos\pi = -1</math>. Como por otra parte el valor máximo de <math>\Delta (x -x_0)</math> es <math>A</math>, la ecuación de la energía del oscilador será: |
<math> W = - FA </math> | <math> W = - FA </math> | ||
Revisión de 10:58 17 sep 2007
Cuando deformamos el resorte una longitud 
con respecto a la posición de equilibrio, la fuerza recuperadora del resorte será 
. Cuando el resorte está en equilibrio, la fuerza recuperadora suplementaria es cero.
La energía que es capaz de desarrollar el resorte es:
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Donde 
es el ángulo formado por 
e 
, que en nuestro caso, dado que la y la deformación tienen siempre sentidos opuestos, el ángulo es 
, y como [Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ]. Como por otra parte el valor máximo de es , la ecuación de la energía del oscilador será:
La fuerza es variable, y varía entre los valores [Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ] y [Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ]. Esta variación es lineal y , en consecuencia podremos sustituirla en la ecuación por su valor medio, que será la semisuma de los valores máximo [Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ] y mínimo, [Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ]. [Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ]
La energía máxima del resorte será:
[Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ]
Es decir, la energía sólo depende de la constante de elasticidad del resorte y de la distancia a la posición de equilibrio. Y es, en los extremos, una energía potencial elástica.
Cuando estiramos el resorte una longitud A y soltamos, el resorte comienza a moverse, desde una velocidad cero, en los extremos, puesto que pasa de 
a 
y viceversa, a un valor máximo cuando el resorte pasa por la posición de equilibrio.
La energía asociada al movimiento es la energía cinética, y será, al pasar por la posición de equilibrio, igual a la energía potencial máxima, tendremos
[Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ]
Pero el oscilador, en su movimiento, pasará por una posición x en la cual llevará una velocidad v, y la ecuación de la energía del movimiento nos quedará
[Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ]
De donde obtenemos que [Unparseable or potentially dangerous latex formula. Error 3 ]
Es decir, la aceleración es proporcional a la distancia a la posición de equilibrio pero con sentido opuesto.
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