Física de 2º: movimiento armónico simple

El movimiento armónico simple (MAS) abre el bloque de vibraciones y ondas de la Física de 2º de Bachillerato y es la base sobre la que se construye después la ecuación de una onda armónica. En la PAU de Física aparece con frecuencia como problema completo: un cuerpo unido a un muelle o un péndulo del que se dan unos pocos datos y del que hay que obtener la ecuación del movimiento, las magnitudes máximas y el balance de energía. Este material entrena exactamente ese tipo de razonamiento.

El cuestionario reúne doce preguntas, casi todas problemas numéricos de varios pasos. Practicarás cómo calcular la constante de un muelle vertical a partir de su alargamiento en el equilibrio y, con ella, el periodo; cómo determinar la fase inicial cuando conoces la posición y el sentido del movimiento en el instante inicial (y por qué el signo de la velocidad decide entre las dos soluciones posibles del seno); cómo obtener la velocidad en una posición con $v=\pm \omega \sqrt{A^2-x^2}$; cómo repartir la energía mecánica entre energía cinética y potencial elástica; y cómo usar el periodo de un péndulo para medir la gravedad de otro planeta. Dos preguntas te piden leer datos de gráficas descritas en el enunciado (posición-tiempo y energía-posición) y otras dos comprueban ideas clave: el isocronismo, qué cambia al duplicar la amplitud y por qué la masa no influye en el periodo del péndulo pero sí en el del muelle.

Las tarjetas de memoria repasan las expresiones que debes tener a mano: ecuación de posición, relación entre pulsación, periodo y frecuencia, aceleración proporcional a la elongación, velocidad y aceleración máximas, periodo del muelle y del péndulo y energía mecánica del oscilador.

El trabajo escrito propone ocho tareas para resolver a mano: problemas completos con planteamiento y cálculo (escribir $x(t)$ a partir de las condiciones iniciales, el muelle vertical, el instante en que el cuerpo pasa por una posición), una deducción a partir de la conservación de la energía y explicaciones razonadas sobre la relación entre posición, velocidad y aceleración, sobre la evolución de la energía con el tiempo y sobre el límite de las pequeñas oscilaciones del péndulo. Es una buena forma de practicar la presentación ordenada que se valora en una respuesta abierta.

Todas las preguntas están escritas con datos completos, unidades del Sistema Internacional y coma decimal, y se pueden resolver con calculadora científica. El material sirve tanto para estudiar el tema por primera vez como para repasarlo antes del examen.

• Escribir la ecuación x(t) de un MAS y obtener la fase inicial a partir de la posición y el sentido del movimiento en t = 0.
• Calcular velocidad y aceleración en un instante o en una posición, y sus valores máximos.
• Relacionar la pulsación con la constante del muelle y la masa, y el periodo del péndulo con su longitud y la gravedad.
• Aplicar la conservación de la energía mecánica del oscilador para repartir energía cinética y potencial.
• Interpretar datos de gráficas posición-tiempo y energía-posición.

Material de práctica elaborado por Zestly a partir de los saberes básicos del bloque C (Vibraciones y ondas: movimiento oscilatorio) de Física de 2º de Bachillerato, Real Decreto 243/2022.