Página 107 - Libro de Física de Tercero de Bachillerato

Movimiento armónico simple

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La tabla de las medidas de voltaje en función del tiempo.
Datos para la resolución

Recuerda que la función es senoidal. Identifica su amplitud (máximo voltaje) y su frecuencia.
Usa la forma general $$x = A \sin(2\pi f t)$$ para hallar el período T = 1/f. Luego calcula x para valores de t como 0, T/4, T/2, 3T/4 y T, y anótalos en una tabla (t, V).

Explicación

Análisis:
Se indica una ecuación senoidal x = 150 sen(120πt). Interpretamos x como el voltaje instantáneo (V) y t como el tiempo (s). Piden construir la tabla V(t).

Paso 1: Determinar el período
La ecuación general es $$x = A \sin(2\pi f t)$$. Aquí el coeficiente de t es 120π, por lo que:
$$2\pi f = 120\pi \Rightarrow f = 60\text{ Hz}$$
Período: $$T = \frac{1}{f} = \frac{1}{60} \text{ s} \approx 0{,}0167 \text{ s}$$.

Paso 2: Escoger instantes dentro de un período
Tomamos puntos cada T/4 (máximo, cruce, mínimo, cruce):
T/4 = 1/240 s ≈ 0,00417 s
T/2 = 1/120 s ≈ 0,00833 s
3T/4 = 1/80 s = 0,0125 s
T = 1/60 s ≈ 0,0167 s.

Paso 3: Calcular voltaje en cada instante
La ecuación es x = 150 sen(120πt).

  1. t = 0:
    $$x = 150 \sin(0) = 0\text{ V}$$
  2. t = T/4 = 1/240 s:
    120π·(1/240) = π/2 → sen(π/2) = 1
    $$x = 150(1) = 150\text{ V}$$
  3. t = T/2 = 1/120 s:
    120π·(1/120) = π → sen(π) = 0
    $$x = 0\text{ V}$$
  4. t = 3T/4 = 1/80 s:
    120π·(1/80) = 3π/2 → sen(3π/2) = -1
    $$x = -150\text{ V}$$
  5. t = T = 1/60 s:
    120π·(1/60) = 2π → sen(2π) = 0
    $$x = 0\text{ V}$$

Paso 4: Tabla de valores

Tabla: voltaje en función del tiempo

  • t = 0 s → V = 0 V
  • t ≈ 0,0042 s (T/4) → V = 150 V
  • t ≈ 0,0083 s (T/2) → V = 0 V
  • t = 0,0125 s (3T/4) → V = -150 V
  • t ≈ 0,0167 s (T) → V = 0 V

Conclusión:
Con estos puntos puedes llenar la tabla en la cuadrícula y, si deseas más precisión, añadir otros tiempos intermedios calculando x = 150 sen(120πt).

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6. Leo el siguiente problema y realizo las actividades a continuación:

José, un estudiante de ingeniería, se percata de la baja de tensión en su casa y realiza varias medidas con el multímetro. Obteniendo la siguiente ecuación: $$x = 150 \sin(120\pi t)$$. La imagen del multímetro es la siguiente:

[Ilustración: gráfica de voltaje alterno medida con multímetro, dos señales senoidales y marca 110 V]

a) La tabla de las medidas de voltaje en función del tiempo.

[Tabla cuadriculada para registrar medidas de voltaje en función del tiempo]

¿Sabías qué?

Es muy frecuente que en Ecuador existan variantes atmosféricas y cambios repentinos de clima, pasando de un día completamente soleado, a una tormenta eléctrica. Nuestros electrodomésticos suelen ser susceptibles a estas descargas, por ejemplo, los televisores suelen sufrir desperfectos si existe una baja o alta de tensión.