Ejercicio Problem · Física I URV 2023

Tema: Oscil·lacions: harmòniques, esmorteïdes i forçades · Del examen Examen Física I (1ª Convocatoria - Enero 2023) (2023)

Enunciado

Problem (10 points). Damped oscillator and resonance

A particle of mass m=250 gm = 250\text{ g} undergoes damped harmonic motion with an oscillation frequency of 5 Hz5\text{ Hz}. It is observed that over an interval of 10 s10\text{ s}, the amplitude of the oscillations decreases by 30%30\%.

a)

Determine the elastic spring constant kk and the damping parameter bb. [4 points]

b)

Find the time required for the system's mechanical energy to drop to 10%10\% of its initial value. [3 points]

c)

If a sinusoidal driving force of amplitude F0=2 NF_0 = 2\text{ N} is applied to the oscillator, can resonance in velocity take place? Can resonance in displacement (amplitude) occur? If so, compute the corresponding angular frequency of the driving force in each scenario. [3 points]

Enunciado: Ejercicio Problem · Física I URV 2023

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) Elastic spring constant k:

Solución: 246.74 N/m246.74\text{ N/m}

a) Damping parameter b:

Solución: 1.78⋅10−2 kg/s/1.78⋅10−2 N⋅s/m1.78\cdot 10^{-2}\text{ kg/s} / 1.78\cdot 10^{-2}\text{ N·s/m}

b) Time required for the system's mechanical energy to drop to 10% of its initial value:

Solución: 32.28 s32.28\text{ s}

c) Resonance in velocity angular frequency:

Solución: 31.42 rad/s/31.42 s⁻¹31.42\text{ rad/s} / 31.42\text{ s⁻¹}

c) Resonance in displacement (amplitude) angular frequency:

Solución: 31.42 rad/s/31.42 s⁻¹31.42\text{ rad/s} / 31.42\text{ s⁻¹}

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