semana 11

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Ecuaciones Diferenciales Catalina Dom´ ınguez Ricardo Prato Universidad del Norte Departamento de matem´ aticas y estad´ ıstica Semana 13 05-08.10.2015 agina 1 Semana 11 05-08.10.2015 C. Dom´ ınguez -R. Prato

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Page 1: Semana 11

Ecuaciones Diferenciales

Catalina DomınguezRicardo Prato

Universidad del Norte

Departamento de matematicas y estadıstica

Semana 13

05-08.10.2015

Pagina 1 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 2: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Page 3: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Page 4: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:

Page 5: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

Page 6: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.

Page 7: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Masa

F

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.En movimiento, se

Page 8: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Masa

F

l

ss

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.En movimiento, se

Page 9: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Masa

F

x

l

ss

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.En movimiento, seproduce undesplazamiento x

Page 10: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Masa

x

l

ss

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.En movimiento, seproduce undesplazamiento x

ma = −k(x+ s) +mg

Page 11: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Masa

x

l

ss

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.En movimiento, seproduce undesplazamiento x

ma = −k(x+ s) +mg

ma = −kx−ks+mg

Page 12: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Masa

x

l

ss

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.En movimiento, seproduce undesplazamiento x

ma = −k(x+ s) +mg

ma = −kx−ks+mg

md2x

dt2= −kx

Page 13: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Masa

x

l

ss

Movimiento libre No amortiguado

d2x

dt2+ ω2x = 0, ω =

k

m

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.En movimiento, seproduce undesplazamiento x

ma = −k(x+ s) +mg

ma = −kx−ks+mg

md2x

dt2= −kx

Page 14: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

l

Masa

l

s

Masa

x

l

ss

Movimiento libre No amortiguado

d2x

dt2+ ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

Resorte de longitud l yconstante de elasticidadk (sin estirar)

Posicion de equilibrio:masa m produce unaelongacion s

mg − ks = 0

.En movimiento, seproduce undesplazamiento x

ma = −k(x+ s) +mg

ma = −kx−ks+mg

md2x

dt2= −kx

Page 15: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

Page 16: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

Page 17: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Page 18: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Page 19: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

Page 20: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m

Page 21: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

Page 22: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Page 23: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m.

Page 24: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

Page 25: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒

Page 26: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2=

Page 27: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

Page 28: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

Page 29: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

Page 30: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

x′′(t) +k

mx(t) = 0

Page 31: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

x′′(t) +k

mx(t) = 0

x′′(t) +100

1x(t) = 0

Page 32: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

x′′(t) +k

mx(t) = 0

x′′(t) +100

1x(t) = 0

x′′(t) + 100x(t) = 0

Page 33: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

x′′(t) +k

mx(t) = 0

x′′(t) +100

1x(t) = 0

x′′(t) + 100x(t) = 0

x(0) =0.5, x′(0) = 10

Page 34: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

x′′(t) +k

mx(t) = 0

x′′(t) +100

1x(t) = 0

x′′(t) + 100x(t) = 0

x(0) =0.5, x′(0) = 10

r2+100 = 0,

Page 35: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

x′′(t) +k

mx(t) = 0

x′′(t) +100

1x(t) = 0

x′′(t) + 100x(t) = 0

x(0) =0.5, x′(0) = 10

r2+100 = 0, r = ±10i

Page 36: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

x′′(t) +k

mx(t) = 0

x′′(t) +100

1x(t) = 0

x′′(t) + 100x(t) = 0

x(0) =0.5, x′(0) = 10

r2+100 = 0, r = ±10i

x(t) = c1 cos(10t) + c2 sin(10t)

Page 37: Semana 11

Un cuerpo que pesa 10 N esta sujeto al extremo de un resorte, el cual seestira medio metro mediante una fuerza de 50 N. El cuerpo se pone enmovimiento desde una posicion inicial de 0.5 m y una velocidaddescendente de 10 m/s. Encuentre el desplazamiento del cuerpo paracualquier tiempo t y la amplitud de oscilacion.

En equilibrio estatico:

Hallar k

Fresorte = W

k · 12m = 50N

k = 100

Hallar m. Si g ≈ 10m/s2

W = mg,⇒ m =10N

10m/s2= 1Kg

En movimiento:

Mov. libre no amortiguado

x′′(t) +k

mx(t) = 0

x′′(t) +100

1x(t) = 0

x′′(t) + 100x(t) = 0

x(0) =0.5, x′(0) = 10

r2+100 = 0, r = ±10i

x(t) = c1 cos(10t) + c2 sin(10t)

x(t) =1

2cos(10t) + 1 · sin(10t)

Page 38: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 39: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 40: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 41: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 42: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 43: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 44: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

c2

c1

C

α

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 45: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

c2

c1

C

α

cos(α) =

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 46: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

c2

c1

C

α

cos(α) =c1C

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 47: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

c2

c1

C

α

cos(α) =c1C

sin(α) =c2C

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 48: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

= C(

cos(α) cos(ωt) + sin(α) sin(ωt))

c2

c1

C

α

cos(α) =c1C

sin(α) =c2C

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 49: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

= C(

cos(α) cos(ωt) + sin(α) sin(ωt))

= C cos(ωt− α)

c2

c1

C

α

cos(α) =c1C

sin(α) =c2C

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 50: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

= C(

cos(α) cos(ωt) + sin(α) sin(ωt))

= C cos(ωt− α) C = Amplitud

c2

c1

C

α

cos(α) =c1C

sin(α) =c2C

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 51: Semana 11

... continuacion ...

Movimiento libre no amortiguado

x′′ + ω2x = 0, ω =

k

m

x(0) = x0, x′(0) = v0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt)

α

C

C =√

c21+ c2

2

x(t) =(

c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt))C

C

= C(c1C

cos(ωt) +c2C

sin(ωt))

= C(

cos(α) cos(ωt) + sin(α) sin(ωt))

= C cos(ωt− α) C = Amplitud

c2

c1

C

α

cos(α) =c1C

sin(α) =c2C

Pagina 4 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 52: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

F

x

l + s

Page 53: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Page 54: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Movimiento libre amortiguado

Fuerza amortiguamiento:

famort. = βdx

dt

Page 55: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Movimiento libre amortiguado

Fuerza amortiguamiento:

famort. = βdx

dt

ma = mg − k(x+ s)− βdx

dt

Page 56: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Movimiento libre amortiguado

Fuerza amortiguamiento:

famort. = βdx

dt

ma = mg − k(x+ s)− βdx

dt

md2x

dt2= −kx− β

dx

dt

Page 57: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Movimiento libre amortiguado

Fuerza amortiguamiento:

famort. = βdx

dt

ma = mg − k(x+ s)− βdx

dt

md2x

dt2= −kx− β

dx

dtd2x

dt2+

k

mx+

β

m

dx

dt= 0

Page 58: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Movimiento libre amortiguado

Fuerza amortiguamiento:

famort. = βdx

dt

ma = mg − k(x+ s)− βdx

dt

md2x

dt2= −kx− β

dx

dtd2x

dt2+

k

mx+

β

m

dx

dt= 0

d2x

dt2+ 2λ

dx

dt+ ω2x = 0

2λ =β

mω2 =

k

m

Page 59: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Movimiento libre amortiguado

Fuerza amortiguamiento:

famort. = βdx

dt

ma = mg − k(x+ s)− βdx

dt

md2x

dt2= −kx− β

dx

dtd2x

dt2+

k

mx+

β

m

dx

dt= 0

d2x

dt2+ 2λ

dx

dt+ ω2x = 0

2λ =β

mω2 =

k

mEcuacion caracterıstica:

m2 + 2λm+ ω2 = 0

Page 60: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Movimiento libre amortiguado

Fuerza amortiguamiento:

famort. = βdx

dt

ma = mg − k(x+ s)− βdx

dt

md2x

dt2= −kx− β

dx

dtd2x

dt2+

k

mx+

β

m

dx

dt= 0

d2x

dt2+ 2λ

dx

dt+ ω2x = 0

2λ =β

mω2 =

k

mEcuacion caracterıstica:

m2 + 2λm+ ω2 = 0 ⇒ m1,2 = −λ±√

λ2 − ω2

Page 61: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso I: λ2 − ω2 > 0 (Sobre-amortiguamiento)

En este caso β > k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1e√λ2−ω2t + C2e

−√λ2−ω2t

)

Page 62: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso I: λ2 − ω2 > 0 (Sobre-amortiguamiento)

En este caso β > k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1e√λ2−ω2t + C2e

−√λ2−ω2t

)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0−0.5

e−λt

Page 63: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso I: λ2 − ω2 > 0 (Sobre-amortiguamiento)

En este caso β > k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1e√λ2−ω2t + C2e

−√λ2−ω2t

)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0−0.5

C1e√λ2−ω2t + C2e

−√λ2−ω2te−λt

Page 64: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso I: λ2 − ω2 > 0 (Sobre-amortiguamiento)

En este caso β > k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1e√λ2−ω2t + C2e

−√λ2−ω2t

)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0−0.5

C1e√λ2−ω2t + C2e

−√λ2−ω2te−λt

x(t)

Page 65: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso I: λ2 − ω2 > 0 (Sobre-amortiguamiento)

En este caso β > k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1e√λ2−ω2t + C2e

−√λ2−ω2t

)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0−0.5

C1e√λ2−ω2t + C2e

−√λ2−ω2te−λt

x(t)

El cuerpo puede pasar por el puntode equilibrio, pero NO logra realizaruna oscilacion completa

Page 66: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso II: λ2 − ω2 = 0 (Crıticamente amortiguamiento)

En este caso las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 + C2t)

Page 67: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso II: λ2 − ω2 = 0 (Crıticamente amortiguamiento)

En este caso las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 + C2t)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5−0.5−1.0

e−λt

Page 68: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso II: λ2 − ω2 = 0 (Crıticamente amortiguamiento)

En este caso las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 + C2t)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5−0.5−1.0

C1 + C2te−λt

Page 69: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso II: λ2 − ω2 = 0 (Crıticamente amortiguamiento)

En este caso las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 + C2t)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5−0.5−1.0

C1 + C2te−λt

x(t)

Page 70: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso II: λ2 − ω2 = 0 (Crıticamente amortiguamiento)

En este caso las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 + C2t)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5−0.5−1.0

C1 + C2te−λt

x(t)

La masa puede pasar por el puntode equilibrio a lo sumo una vez. Nose presentan oscilaciones

Page 71: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso II: λ2 − ω2 = 0 (Crıticamente amortiguamiento)

En este caso las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 + C2t)

1

2

3

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5−0.5−1.0

C1 + C2te−λt

x(t)

La masa puede pasar por el puntode equilibrio a lo sumo una vez. Nose presentan oscilaciones

Page 72: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso III: ∆ := λ2 − ω2 < 0 (Sub-amortiguamiento)

En este caso β < k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 cos√−∆ t+ C2 sin

√−∆ t

)

Page 73: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso III: ∆ := λ2 − ω2 < 0 (Sub-amortiguamiento)

En este caso β < k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 cos√−∆ t+ C2 sin

√−∆ t

)

2

4

−2

−4

1 2 3 4 5 6

e−λt

Page 74: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso III: ∆ := λ2 − ω2 < 0 (Sub-amortiguamiento)

En este caso β < k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 cos√−∆ t+ C2 sin

√−∆ t

)

2

4

−2

−4

1 2 3 4 5 6

C1 cos√−∆ t+ C2 sin

√−∆ t

e−λt

Page 75: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Caso III: ∆ := λ2 − ω2 < 0 (Sub-amortiguamiento)

En este caso β < k y las soluciones vienen dadas por

x(t) = e−λt(

C1 cos√−∆ t+ C2 sin

√−∆ t

)

2

4

−2

−4

1 2 3 4 5 6

C1 cos√−∆ t+ C2 sin

√−∆ t

e−λt

x(t)

Page 76: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

F

x

l + s

Page 77: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

Page 78: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

F

Page 79: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

F

Movimiento forzado

En este caso

Page 80: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

F

Movimiento forzado

En este caso

d2x

dt2+ 2λ

dx

dt+ ω2x =

Fm

2λ =β

mω2 =

k

m

Page 81: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

F

Movimiento forzado

En este caso

d2x

dt2+ 2λ

dx

dt+ ω2x =

Fm

2λ =β

mω2 =

k

m

dondex(t) = xc(t) + xp(t)

Page 82: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

F

Movimiento forzado

En este caso

d2x

dt2+ 2λ

dx

dt+ ω2x =

Fm

2λ =β

mω2 =

k

m

dondex(t) = xc(t) + xp(t)

1 xc(t) se dice solucion transitoria

Page 83: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

F

Movimiento forzado

En este caso

d2x

dt2+ 2λ

dx

dt+ ω2x =

Fm

2λ =β

mω2 =

k

m

dondex(t) = xc(t) + xp(t)

1 xc(t) se dice solucion transitoria(xc(t) → 0 cuando t → ∞)

Page 84: Semana 11

Sistema Masa-Resorte

Masa

x

l + s

F

Movimiento forzado

En este caso

d2x

dt2+ 2λ

dx

dt+ ω2x =

Fm

2λ =β

mω2 =

k

m

dondex(t) = xc(t) + xp(t)

1 xc(t) se dice solucion transitoria(xc(t) → 0 cuando t → ∞)

2 xp(t) se dice solucion de estado estacionario

Page 85: Semana 11

Movimiento Libre Forzado mx′′(t) + βx′(t) + kx = F (t)

x(t) = xc(t) + xp(t)

Pagina 11 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 86: Semana 11

Movimiento Libre Forzado mx′′(t) + βx′(t) + kx = F (t)

x(t) = xc(t) + xp(t)

1

−1

−2

1 2 3 4 5 6 7 8

Solucion transitoria xc

Pagina 11 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 87: Semana 11

Movimiento Libre Forzado mx′′(t) + βx′(t) + kx = F (t)

x(t) = xc(t) + xp(t)

1

−1

−2

1 2 3 4 5 6 7 8

Solucion transitoria xc

Solucion estable xp

Pagina 11 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 88: Semana 11

Movimiento Libre Forzado mx′′(t) + βx′(t) + kx = F (t)

x(t) = xc(t) + xp(t)

1

−1

−2

1 2 3 4 5 6 7 8

Solucion transitoria xc

Solucion estable xp

Solucion estable x(t) = xc(t) + xp(t)

Pagina 11 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 89: Semana 11

Ejemplo

La solucion de

d2x

dt2+ ω2x = F0 sin γt

x(0) = 0 x′(0) = 0

donde γ 6= ω viene dada por

x(t) =F0

ω(ω2 − γ2)(−γ sinωt+ ω sin γt)

Pagina 12 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 90: Semana 11

Ejemplo

La solucion de

d2x

dt2+ ω2x = F0 sin γt

x(0) = 0 x′(0) = 0

donde γ 6= ω viene dada por

x(t) =F0

ω(ω2 − γ2)(−γ sinωt+ ω sin γt)

Pregunta

¿ limγ→ω

x(t)?

Pagina 12 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 91: Semana 11

Mov. Forzado sin amortiguamientox′′(t) + ω2x = F0 sin(γt) x(0) = x′(0) = 0

Pagina 13 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 92: Semana 11

Mov. Forzado sin amortiguamientox′′(t) + ω2x = F0 sin(γt) x(0) = x′(0) = 0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt) +F0

ω2 − γ2sin(γt)

Pagina 13 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 93: Semana 11

Mov. Forzado sin amortiguamientox′′(t) + ω2x = F0 sin(γt) x(0) = x′(0) = 0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt) +F0

ω2 − γ2sin(γt)

Al resolver el PVI

x(t) =F0

ω(ω2 − γ2)

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

Pagina 13 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 94: Semana 11

Mov. Forzado sin amortiguamientox′′(t) + ω2x = F0 sin(γt) x(0) = x′(0) = 0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt) +F0

ω2 − γ2sin(γt)

Al resolver el PVI

x(t) =F0

ω(ω2 − γ2)

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

Si γ → ω

Pagina 13 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 95: Semana 11

Mov. Forzado sin amortiguamientox′′(t) + ω2x = F0 sin(γt) x(0) = x′(0) = 0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt) +F0

ω2 − γ2sin(γt)

Al resolver el PVI

x(t) =F0

ω(ω2 − γ2)

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

Si γ → ω

limγ→ω

−γ sin(ωt) + ω sin(γt)

ω(ω2 − γ2)=

Pagina 13 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 96: Semana 11

Mov. Forzado sin amortiguamientox′′(t) + ω2x = F0 sin(γt) x(0) = x′(0) = 0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt) +F0

ω2 − γ2sin(γt)

Al resolver el PVI

x(t) =F0

ω(ω2 − γ2)

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

Si γ → ω

limγ→ω

−γ sin(ωt) + ω sin(γt)

ω(ω2 − γ2)= lim

γ→ω

ddγ

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

ddγ

(

ω(ω2 − γ2))

Pagina 13 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 97: Semana 11

Mov. Forzado sin amortiguamientox′′(t) + ω2x = F0 sin(γt) x(0) = x′(0) = 0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt) +F0

ω2 − γ2sin(γt)

Al resolver el PVI

x(t) =F0

ω(ω2 − γ2)

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

Si γ → ω

limγ→ω

−γ sin(ωt) + ω sin(γt)

ω(ω2 − γ2)= lim

γ→ω

ddγ

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

ddγ

(

ω(ω2 − γ2))

= limγ→ω

− sin(ωt) + ωt cos(γt)

−2ωγ

Pagina 13 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 98: Semana 11

Mov. Forzado sin amortiguamientox′′(t) + ω2x = F0 sin(γt) x(0) = x′(0) = 0

x(t) = c1 cos(ωt) + c2 sin(ωt) +F0

ω2 − γ2sin(γt)

Al resolver el PVI

x(t) =F0

ω(ω2 − γ2)

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

Si γ → ω

limγ→ω

−γ sin(ωt) + ω sin(γt)

ω(ω2 − γ2)= lim

γ→ω

ddγ

(

− γ sin(ωt) + ω sin(γt))

ddγ

(

ω(ω2 − γ2))

= limγ→ω

− sin(ωt) + ωt cos(γt)

−2ωγ=

− sin(ωt) + ωt cos(ωt)

−2ω2

Pagina 13 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 99: Semana 11

Ejemplo

limα→ω

x(t) =F0

2ω2sin(ωt)− F0

2ωt cos(ωt)

Pagina 14 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 100: Semana 11

Ejemplo

limα→ω

x(t) =F0

2ω2sin(ωt)− F0

2ωt cos(ωt)

2

4

6

8

−2

−4

−6

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−2

Pagina 14 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 101: Semana 11

Ejemplo

limα→ω

x(t) =F0

2ω2sin(ωt)− F0

2ωt cos(ωt)

2

4

6

8

−2

−4

−6

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−2

Pagina 14 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 102: Semana 11

Ejemplo: Resonancia

limα→ω

x(t) =F0

2ω2sin(ωt)− F0

2ωt cos(ωt)

2

4

6

8

−2

−4

−6

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−2

Pagina 14 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 103: Semana 11

Resonancia

Si no ve el video consulte:

http://www.youtube.com/watch?v=j-zczJXSxnw

Page 104: Semana 11

Ejemplo

1 Una masa de 3Kg esta fija al extremo de un resorte quese estira20 cm por una fuerza de 15N . Se pone en movimiento con la posicioninicial de x0 = 0 y la velocidad inicial de v0 = −10m/s. Encuentre laamplitud, el periodo y la frecuencia del movimiento resultante.

2 Una masa que pesa 100K esta sujeta al extremos de un resorte que seha estirado 1m mediante una fuerza de 100K. Otra fuerza F0 cos(ωt)actua sobre la masa. ¿A que frecuencia (en hertzios) ocurriran lasoscilaciones de resonancia? Haga casa omiso del amortiguamiento.

3 A mass of 1 slug, when attached to a spring, stretches it 2 feet andthen comes to rest in the equilibrium position. Starting at t = 0, anexternal force equal to f(t) = 8 sin 4t is applied to the system. Findthe equation of motion if the surrounding medium offers a dampingforce numerically equal to 8 times the instantaneous velocity.

Pagina 16 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 105: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Page 106: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

C

Page 107: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

CCaıda de voltaje en la resistencia: Ri

Page 108: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

CCaıda de voltaje en la resistencia: Ri

Caıda de voltaje en el inductor: Ldi(t)

dt

Page 109: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

CCaıda de voltaje en la resistencia: Ri

Caıda de voltaje en el inductor: Ldi(t)

dtUsando la segunda ley de Kirchhoff

Page 110: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

CCaıda de voltaje en la resistencia: Ri

Caıda de voltaje en el inductor: Ldi(t)

dtUsando la segunda ley de Kirchhoff

Ldi(t)

dt

Page 111: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

CCaıda de voltaje en la resistencia: Ri

Caıda de voltaje en el inductor: Ldi(t)

dtUsando la segunda ley de Kirchhoff

Ldi(t)

dt+Ri(t)

Page 112: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

CCaıda de voltaje en la resistencia: Ri

Caıda de voltaje en el inductor: Ldi(t)

dtUsando la segunda ley de Kirchhoff

Ldi(t)

dt+Ri(t) +

1

Cq(t) =

Page 113: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

CCaıda de voltaje en la resistencia: Ri

Caıda de voltaje en el inductor: Ldi(t)

dtUsando la segunda ley de Kirchhoff

Ldi(t)

dt+Ri(t) +

1

Cq(t) = E(t)

Page 114: Semana 11

.Circuitos RLC

E

R

L

C

Carga: q(t)

Voltaje: V (t)

Corriente: i(t)

Resistencia: R

Fuente: E

Capacitancia: C

Inductancia: L

Caıda de voltaje en el condensador:q(t)

CCaıda de voltaje en la resistencia: Ri

Caıda de voltaje en el inductor: Ldi(t)

dtUsando la segunda ley de Kirchhoff

Ldi(t)

dt+Ri(t) +

1

Cq(t) = E(t)

Ld2q(t)

dt2+R

dq(t)

dt+

1

Cq(t) = E(t)

Page 115: Semana 11

Si E(t) = 0

Ld2q(t)

dt2+R

dq(t)

dt+

1

Cq(t) = 0

las vibraciones electricas del circuito se dice que son libres.

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Page 116: Semana 11

Si E(t) = 0

Ld2q(t)

dt2+R

dq(t)

dt+

1

Cq(t) = 0

las vibraciones electricas del circuito se dice que son libres.La ecuacion caracterıstica para esta dada por

Lm2 +Rm+1

C= 0

Pagina 18 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 117: Semana 11

Si E(t) = 0

Ld2q(t)

dt2+R

dq(t)

dt+

1

Cq(t) = 0

las vibraciones electricas del circuito se dice que son libres.La ecuacion caracterıstica para esta dada por

Lm2 +Rm+1

C= 0 ⇒ m1,2 =

−R±√

R2 − 4LC

2L

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Page 118: Semana 11

Si E(t) = 0

Ld2q(t)

dt2+R

dq(t)

dt+

1

Cq(t) = 0

las vibraciones electricas del circuito se dice que son libres.La ecuacion caracterıstica para esta dada por

Lm2 +Rm+1

C= 0 ⇒ m1,2 =

−R±√

R2 − 4LC

2L

Lo anterior define 3 estados del circuito dependiendo del valor deldiscriminante:

Pagina 18 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 119: Semana 11

Si E(t) = 0

Ld2q(t)

dt2+R

dq(t)

dt+

1

Cq(t) = 0

las vibraciones electricas del circuito se dice que son libres.La ecuacion caracterıstica para esta dada por

Lm2 +Rm+1

C= 0 ⇒ m1,2 =

−R±√

R2 − 4LC

2L

Lo anterior define 3 estados del circuito dependiendo del valor deldiscriminante:

Estadoamorti-guado

Discriminante

∆ := R2 − 4LC

Solucion

sobre R2 − 4LC

> 0, q(t) = e−R

2Lt(C1e

√∆t + C2e

√∆t)

crıtico R2 − 4LC

= 0 q(t) = e−R

2Lt(C1 + C2t)

sub R2 − 4LC< O q(t) = e

−R

2Lt(C1 cos

√−∆t+ C2 sin

√−∆t)

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Page 120: Semana 11

Cuando E(t) = 0 y R = 0, el circuito se dice no amortiguado y lasvibraciones electricas no tienden a cero cuando t crece sin lımite, larespuesta del circuito es armonica simple.

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Page 121: Semana 11

Cuando E(t) = 0 y R = 0, el circuito se dice no amortiguado y lasvibraciones electricas no tienden a cero cuando t crece sin lımite, larespuesta del circuito es armonica simple.

En cada uno de estos tres casos la solucion general de q(t) contiene el

factor e−R

2Lt, y ası

q(t) → 0 cuando t → ∞

Pagina 19 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 122: Semana 11

Cuando E(t) = 0 y R = 0, el circuito se dice no amortiguado y lasvibraciones electricas no tienden a cero cuando t crece sin lımite, larespuesta del circuito es armonica simple.

En cada uno de estos tres casos la solucion general de q(t) contiene el

factor e−R

2Lt, y ası

q(t) → 0 cuando t → ∞

En el caso subamortiguado cuando q(0) = q0, la carga en elcondensador oscila a medida que decae, en otras palabras, elcondensador se carga y descarga cuando t → ∞.

Pagina 19 Semana 11 05-08.10.2015 C. Domınguez -R. Prato

Page 123: Semana 11

Cuando E(t) = 0 y R = 0, el circuito se dice no amortiguado y lasvibraciones electricas no tienden a cero cuando t crece sin lımite, larespuesta del circuito es armonica simple.

En cada uno de estos tres casos la solucion general de q(t) contiene el

factor e−R

2Lt, y ası

q(t) → 0 cuando t → ∞

En el caso subamortiguado cuando q(0) = q0, la carga en elcondensador oscila a medida que decae, en otras palabras, elcondensador se carga y descarga cuando t → ∞.

Cuando el voltaje aplicado en el circuito E(t) 6= 0 , las vibracioneselectricas se dicen que estan forzadas. En el caso en que R 6= 0, lasolucion de la homogenea asociada qc(t), se denomina una soluciontransciente o remanente (transient solution).

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Page 124: Semana 11

Cuando E(t) = 0 y R = 0, el circuito se dice no amortiguado y lasvibraciones electricas no tienden a cero cuando t crece sin lımite, larespuesta del circuito es armonica simple.

En cada uno de estos tres casos la solucion general de q(t) contiene el

factor e−R

2Lt, y ası

q(t) → 0 cuando t → ∞

En el caso subamortiguado cuando q(0) = q0, la carga en elcondensador oscila a medida que decae, en otras palabras, elcondensador se carga y descarga cuando t → ∞.

Cuando el voltaje aplicado en el circuito E(t) 6= 0 , las vibracioneselectricas se dicen que estan forzadas. En el caso en que R 6= 0, lasolucion de la homogenea asociada qc(t), se denomina una soluciontransciente o remanente (transient solution).

Si E(t) es periodica o una constante, entonces la solucion particularqp(t) de se dice solucion de estado estacionario (steady-statesolution).

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Page 125: Semana 11

Ejemplo

1 Find the charge on the capacitor in an RLC series circuit when L = 1

2

h, R = 10Ω , C = 0.01 f, E(t) = 150 V, q(0) = 1 C, and i(0) = 0 A.What is the charge on the capacitor after a long time?

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Page 126: Semana 11

Ejemplo

1 Find the charge on the capacitor in an RLC series circuit when L = 1

2

h, R = 10Ω , C = 0.01 f, E(t) = 150 V, q(0) = 1 C, and i(0) = 0 A.What is the charge on the capacitor after a long time?

2 Encuentre la carga y la corriente de estado estable en un circuito LRCen serie cuando L = 1h, R = 2Ω, C = 1/4 y E(t) = 50 cos(t)V .

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