Sistema de Suspensión Doble
Summary
TLDREl script de este video se enfoca en el modelado del sistema de doble suspensión Bateman, que tiene como objetivo analizar las interacciones entre dos subsistemas con características similares. Se describe cómo el sistema, compuesto por masas m1 y m2, resortes y amortiguadores, es influenciado por una fuerza externa vertical. A través de la consideración de restricciones y la suposición de un único grado de libertad vertical, se establece un marco de referencia centrado en el centro de masas de los cuerpos. Las ecuaciones de Newton se aplican para establecer las fuerzas y aceleraciones en cada cuerpo, resultando en dos ecuaciones diferenciales interconectadas que describen el sistema. Se discute la relación entre las fuerzas del resorte y del amortiguador con las deformaciones y velocidades relativas, y se plantean soluciones particulares para el caso en que todos los elementos del sistema son iguales. El análisis finaliza destacando la interconexión de las ecuaciones y la imposibilidad de desacoplar el sistema, ofreciendo una visión general del modelado matemático del sistema Bateman.
Takeaways
- 🔍 El video trata sobre el modelado de un sistema de doble suspensión Bateman, que se utiliza para observar las interacciones entre dos subsistemas con características similares.
- 🔧 El sistema está compuesto de dos masas (m1 y m2), dos resortes (resorte 1 y resorte 2) y dos amortiguadores (amortiguador 1 y amortiguador 2), y está excitado por una fuerza externa vertical.
- 🚫 Se asume que el sistema tiene un grado de libertad vertical y que las guías de las masas son sin fricción, lo que permite solo el desplazamiento vertical.
- 📐 Se establecen referenciales en el centro de masa de los cuerpos 1 y 2, con dirección positiva hacia arriba para el análisis unidimensional.
- ⚖️ Se consideran las fuerzas externas, de resorte y amortiguamiento, así como la reacción de las masas contra el desplazamiento, en los diagramas de cuerpo libre.
- 📉 Las ecuaciones de Newton se aplican para modelar las interacciones, resultando en dos ecuaciones diferenciales que describen el sistema.
- 🔗 Las fuerzas del resorte y del amortiguador están relacionadas con las deformaciones y velocidades relativas entre los cuerpos, siguiendo la ley de Hooke y la ecuación de la fuerza del amortiguador.
- 🔄 Las ecuaciones diferenciales resultantes son interconectadas, lo que indica que no es posible resolver una sin considerar la otra, reflejando la interacción entre las masas.
- 📉 Se plantea una solución particular del caso en el que todos los elementos del sistema son iguales, lo que simplifica las ecuaciones y permite analizar el comportamiento del sistema.
- 🔧 La solución generalizada abarca el caso en el que los elementos no son iguales, lo que es necesario para modelar sistemas reales con especificaciones diferentes.
- 🙏 El video concluye agradeciendo la atención y deseando un buen día, invitando a la audiencia a seguir aprendiendo.
Q & A
¿Qué es el modelado de Bateman y qué propósito tiene?
-El modelado de Bateman es un sistema de doble suspensión que se utiliza para observar las interacciones entre dos subsistemas que poseen características similares. Su propósito es analizar cómo estos subsistemas interactúan entre sí bajo la influencia de una fuerza externa.
¿Cómo se considera que el sistema de doble suspensión está excitado?
-El sistema de doble suspensión está excitado por una fuerza externa que se aplica en sentido vertical, como se muestra en el diagrama del video.
¿Cuál es el grado de libertad que se considera para el sistema de doble suspensión?
-Se considera que el sistema tiene únicamente un grado de libertad, que está dado en el sentido vertical, debido a la instalación de restricciones que permiten solo el desplazamiento vertical sin fricción.
¿Cómo se establecen los referenciales en el centro de las masas para el análisis?
-Los referenciales están asignados exactamente en el centro de la masa de los cuerpos 1 y 2, con la dirección considerada positiva hacia arriba.
¿Qué fuerzas actúan sobre la masa 1 y cómo son estas fuerzas?
-La masa 1 se ve afectada por la fuerza externa, la interacción opuesta del resorte 1 y del amortiguador 1. La fuerza de la masa 1 se opone a su estado de reposo y tiende a mantener su posición actual.
¿Cómo se relacionan las fuerzas del resorte y del amortiguador con la masa 2?
-La masa 2 experimenta interacciones regidas por el resorte 1 y el amortiguador 2. La fuerza de la masa 2 y las fuerzas del resorte 2 y del amortiguador 2 están interconectadas y afectan la dinámica del sistema.
¿Cómo se aplican las ecuaciones de Newton en el análisis del sistema?
-Las ecuaciones de Newton se aplican para establecer las fuerzas ejercidas en los cuerpos y para generar las ecuaciones del modelo. Se consideran las fuerzas en una dirección específica y se utilizan para describir la aceleración y la oposición de las masas al desplazamiento.
¿Cómo se relaciona la fuerza del resorte 1 con la deformación que experimenta?
-La fuerza del resorte 1 está directamente proporcional a la deformación que experimenta, que se mide como la diferencia de las posiciones relativas de los dos referenciales.
¿Por qué no se pueden desacoplar las ecuaciones del sistema de doble suspensión?
-No se pueden desacoplar las ecuaciones porque las fuerzas del resorte y del amortiguador de una masa afectan a la otra, y aparecen términos en las ecuaciones que hacen alusión a estos elementos interconectados.
¿Qué sucede si todos los elementos del sistema de doble suspensión son iguales?
-Si todos los elementos son iguales, se puede establecer una relación donde las masas m1 y m2 son iguales, y las constantes de amortiguamiento b1 y b2, así como las fuerzas f1 y f2, son también iguales. Esto permite plantear una solución particular para el caso.
¿Cómo se resuelven las ecuaciones diferenciales del sistema si no son desacopladas?
-Las ecuaciones diferenciales no desacopladas se resuelven simultáneamente, teniendo en cuenta que una ecuación afecta a la otra. Esto significa que no se puede encontrar una solución para una ecuación sin considerar la otra.
Outlines
😀 Introducción al modelado de un sistema de doble suspensión Bateman
Este primer párrafo presenta el tema del video, el modelado de un sistema de doble suspensión Bateman. Se describe que el propósito del sistema es observar las interacciones entre dos subsistemas con características similares. Se menciona que el sistema se compone de masas m1 y m2, resortes y amortiguadores, y que está siendo excitado por una fuerza externa en sentido vertical. Además, se establece que el sistema tiene un grado de libertad vertical y se describe la instalación de restricciones para permitir solo el desplazamiento vertical sin fricción. El análisis parte de un estado de reposo, donde el peso de las masas está compensado.
🔍 Análisis de las interacciones en el sistema de doble suspensión
En el segundo párrafo, se profundiza en el análisis de las interacciones que sienten los cuerpos del sistema. Se describe cómo la masa m1 se ve afectada inmediatamente por la fuerza externa y cómo se producen interacciones opuestas por el resorte y el amortiguador. Similarmente, se analiza cómo la masa m2 experimenta las interacciones por el resorte 1 y el amortiguador 2. Se presentan los diagramas de cuerpo libre para ambas masas y se utilizan las ecuaciones de Newton para establecer las fuerzas ejercidas en cada una de ellas. Se resalta la importancia de las interacciones positivas y se generan dos ecuaciones que describen el comportamiento del sistema.
📐 Establecimiento de ecuaciones para el modelado del sistema
El tercer párrafo se enfoca en la creación de ecuaciones que modelan el sistema. Se establece que la fuerza del resorte 1 y la fuerza del amortiguador, más la fuerza de la masa 1, son iguales a la fuerza externa. Se describe la dinámica de la masa 2 y cómo está influenciada por los elementos del resorte 1 y el amortiguador 1. Se aplica la ley de Hooke para el resorte y se tienen en cuenta las deformaciones y las velocidades relativas para el amortiguador. Se resalta que la aceleración relativa de la masa es considerada ya que el referencial está fijo en el cuerpo. Finalmente, se presentan las dos ecuaciones que describen el sistema de doble suspensión.
🔗 Conexión entre las ecuaciones del sistema
En el cuarto párrafo, se discute la conexión entre las dos ecuaciones del sistema. Se señala que las ecuaciones son diferenciales y están interconectadas, lo que significa que no se pueden resolver de forma independiente. Se destaca que la solución del sistema requiere considerar ambas ecuaciones para entender las dinámicas del resorte 1 y el amortiguador 1 en relación con ambas masas. Se sugiere que el análisis es como si estuviéramos en el referencial de cada una de las masas, observando las dinámicas de los elementos del sistema.
🧮 Consideración de un caso particular con elementos iguales
El quinto párrafo explora un caso hipotético en el que todos los elementos del sistema son iguales, lo que implica que las masas, los resortes y los amortiguadores tienen los mismos valores. Se establece una relación donde las constantes de amortiguamiento y las masas son iguales para ambos cuerpos. Se plantea una solución particular para este caso, destacando cómo las fuerzas externas y las aceleraciones relativas se ven reflejadas en las ecuaciones del sistema. Se señala que los cambios en los elementos comunes afectan la segunda ecuación y se resalta la importancia de considerar estos elementos al modelar el sistema.
📝 Conclusión del análisis del sistema de doble suspensión
El sexto y último párrafo concluye el análisis del sistema de doble suspensión. Se remarca que la solución generalizada del sistema considera que los elementos no son iguales, lo que implica que la solución particular presentada para el caso hipotético es solo una aproximación. Se agradece al espectador por su tiempo y se les desea un excelente día, dejando la puerta abierta para futuras discusiones o análisis relacionados.
Mindmap
Keywords
💡Modelado Bateman
💡Sistema de doble suspensión
💡Grado de libertad
💡Fuerza externa
💡Resortes
💡Amortiguadores
💡Ecuaciones de Newton
💡Diagrama de cuerpo libre
💡Ecuaciones diferenciales
💡Interconectado
💡Solución particular
Highlights
El vídeo aborda el modelado de un sistema de doble suspensión Bateman para observar las interacciones entre dos subsistemas con características similares.
Se considera un sistema excitado por una fuerza externa vertical y con un único grado de libertad vertical.
Las masas m1 y m2 están conectadas por resortes y amortiguadores, con guías sin fricción que permiten solo desplazamiento vertical.
Se asume un análisis desde el reposo, donde el peso de las masas está compensado.
Los marcos de referencia están asignados en el centro de masa de los cuerpos y son positivos hacia arriba.
Las fuerzas externas y las interacciones por resortes y amortiguadores se analizan en los diagramas de cuerpo libre.
Las ecuaciones de Newton se aplican para establecer las interacciones y fuerzas en cada cuerpo.
Se generan dos ecuaciones que modelan el sistema, mostrando cómo las fuerzas se compensan entre los elementos.
La fuerza del resorte está directamente proporcional a la deformación, medida por la diferencia de posiciones relativas.
Las fuerzas del amortiguador dependen de las velocidades relativas y se relacionan con la primera derivada de la posición.
Las ecuaciones diferenciales resultan interconectadas, lo que indica que no es posible resolver una sin considerar la otra.
Se plantean dos ecuaciones diferenciales para describir el sistema, considerando las fuerzas y aceleraciones relativas.
Se destaca la importancia de la diferencia de posiciones y velocidades relativas en la dinámica del sistema.
Se analiza la situación hipotética donde todos los elementos del sistema son iguales para establecer relaciones simplificadas.
Se presenta una solución particular para el caso en que los elementos del sistema tienen valores iguales.
Se resalta la complejidad del modelo matemático generalizado, que considera que los elementos del sistema no son iguales.
El vídeo proporciona una guía detallada para entender el modelado matemático de sistemas de doble suspensión y su análisis dinámico.
Se agradece al público por su tiempo y se les desea un excelente día, dejando una impresión positiva y educativa.
Transcripts
diciendo este entiende un día excelente
este vídeo abordará el modelado bateman
un sistema de doble suspensión la
finalidad del mismo es
observar las interacciones existentes
entre dos subsistemas que poseen
características similares
iniciando con la resolución de este
sistema que puede verse en pantalla
tenemos
una masa de notará cómo m 1 resorte cada
uno
amortiguador
b12 resorte 2 y amortiguador 2 el
sistema está haciendo excitado por una
fuerza externa la cual en este
diagrama se muestra aplicada en sentido
vertical
y diciendo con la
instalación
de restricciones
podemos considerar que este sistema
a tener únicamente un grado de libertad
el cual está dado en el sentido vertical
para hacer una ejemplificación de
situación podemos
considerar que cada una de las masas
tiene una guía
la cual o que era sin fricción
este símbolo
hace la referencia aquí
valeroso
las guías
que permiten solamente el desplazamiento
en la vertical
observé que
fricción con esos boleros pues esa
fricción es considerada despreciable
la otra consideración que podemos hacer
es
es decir que nuestro análisis parte de
un el reposo lo cual significa que la
el peso de cada una de las masas está
siendo compensado
[Música]
lo último que nos haría falta por
como restricción
una diferenciación entre los elementos
que integran a nuestro sistema esto es
decir que
[Música]
uno sea diferente
2
pero diferente de
esto con la intención de lograr obtener
un modelado matemático
generalizado es posible hacer la
situación en donde cada uno de estos
elementos son iguales cada uno igual a
cada dos igual
pero eso
sería una solución particular
una vez que se obtengan las ecuaciones
de el modelo podemos
replantear nuestras consideraciones y
y hacer que las
antes
iguales
iniciando con el planteamiento también
de marcos de referencia
vamos a considerar que los marcos de
referencia estarán
exactamente asignados en el centro de la
masa
de los cuerpos 1 y 2
la dirección
este referencial
se considerará positivo
hacia arriba y aunque no hay
interacciones
un eje diferente al que no sea
en este caso lo marcamos como
de manera más explícita de 2
eje sería
x1 esto
pero como se ha dicho que nuestra
intención es analizar solamente en el
eje y
logramos hacer que nuestro análisis sea
aún más simple puesto que implica un
análisis unidimensional
una vez establecidos los referenciales
podemos empezar a generar
oa revisar cuáles son las interacciones
que siente cada uno de los cuerpos
vamos a poner por este lado
iniciando con la excitación
impacta de manera inmediata a m 1
m 1
siente la fuerza externa que está
llegando hacia ella y en consecuencia
se van a ejecutar
las interacciones opuestos
por el resorte y otra por el
amortiguador
evidentemente la masa misma también
ejerce una oposición
hacer a su estado
se opone a ser
desplazada
en cambio para m2
las interacciones que siente como
entrada están regidas por el resorte 1 y
por el amortiguador 2
en consecuencia podemos decir qué
cuando tal como
se observó en
y ésta
su diagrama de cuerpo libro se llama
segundo
siente las interacciones de
1 y del resorte 1 haciendo que
ejecuten interacciones de oposición
por el amortiguador 2 y por el resorte
hasta aquí tendríamos los dos diagramas
de cuerpo libre que nos permiten
observar estas interacciones
haciendo énfasis en el uso de las
ecuaciones de newton sabemos que las 1
de fuerzas
ejemplo ejercidas primeramente en el
referencia al 1
nada más están dirigidas en una
dirección de 1
deberá de ser igual
menos
la fuerza
si la masa 1
también es importante
hacia donde se están considerando las
interacciones positivas
en este caso las interacciones positivas
son establecidas con dirección hacia
arriba acorde al planteamiento de
nuestros referenciales
del mismo modo
una sumatoria de fuerzas para el eje
referencial 2
establecer la dirección
e interacciones positivas
en este caso
la fuerza de la masa 2
con estos dos planteamientos es posible
iniciar
el conocimiento de las interacciones y
por ende
dos ecuaciones
se generarán de este análisis
observando el diagrama de cuerpo libre 1
tenemos que la fuerza externa tiene
dirección hacia abajo por consiguiente
es menos la fuerza externa la
interacción del resorte 1 y del
amortiguador 1 tienen
en una dirección hacia arriba positiva
entonces
[Música]
es igual a menos
la fuerza
ejercida por la masa uno
básicamente esta es la ley de la segunda
ley de newton masa por aceleración su
aceleración está dándose
en él
el eje
específicamente en el g1
de manera análoga
para el planeamiento de nuestras
ecuaciones referentes a la el cuerpo 2
qué
sfdk 1
qué ftv uno
efe de k2
efe db 2
igualado a la masa por la aceleración en
un referencial 2
hasta aquí ya tenemos nuestras dos
ecuaciones que
tentativamente modelando nuestro sistema
pero es importante establecer las desde
una perspectiva más precisa indicando
las dependencias existentes entre las
fuerzas
reescribiendo la para presentarla de
mejor manera podríamos decir que es la
fuerza del resorte 1 más la fuerza del
amortiguador
más la fuerza de la masa 1
igualado a la fuerza externa esta
relación nos dice que sí y ejecutamos
una fuerza externa sobre el cuerpo 1
esta fuerza tratará de ser compensada
por estos elementos estos tres elementos
la masa el resorte y el amortiguador en
primera instancia de forma similar
podemos establecer una ecuación que nos
diga lo siguiente
la fuerza de la masa 2 más la fuerza de
la 2
2
la fuerza del resorte 2 va a ser igual a
la fuerza del resorte 1 más la fuerza
del amortiguador 1
claro está que la dinámica que es que
siente la masa 2 es de manera inmediata
por los elementos del resorte 1 y el
amortiguador 1
ahora bien
sabiendo que la fuerza del resorte 1 es
aplicable la ley de jugó en donde nos
dice que es directamente proporcional
a la deformación ejercida lo primero que
debemos de notar es que esa deformación
medible
está regida entre estos dos
referenciales
ocasionando que se genere un movimiento
relativo
y por lo tanto
estableciendo esta situación podemos
decir qué
estaría
establecida de esta fuerza como cada uno
por
la diferencia de las posiciones yo no
menos de dos esta es una posición
relativa dado que los dos referenciales
tienen la posibilidad de estarse
moviendo de forma independiente y por
consiguiente
la medición de deformación es lograda
estableciendo esta diferencia
de forma similar ocurre algo para el
amortiguador salvo que para el
amortiguador opera
velocidades relativas dado que es la
primera derivada
de la posición en este caso de 1
de dos derivaciones
por último la masa aquí eventualmente no
hay una
la aceleración relativa dado que la
aceleración es exclusiva
aceleración
además que el referencial está
implantado directamente sobre el cuerpo
y todo esto es igual
nuestra fuerza externa
observamos que aquí ya tenemos la
primera ecuación
nuestro
sistema de doble suspensión
para hacer notar la segunda ecuación
en este caso la masa la fuerza ejercida
por la masa 2
y aceleraciones relativas los
referenciales están
establecidos directamente sobre estos
cuerpos
para la fuerza del amortiguador 2
observamos que el amortiguador 2 como
el resorte 2 están establecidos
directamente
un objeto
inamovible por lo tanto aquí no se
ejecuta un desplazamiento ni velocidades
relativas
en consecuencia
las fuerzas que eran establecidas como
qe2
primero derivada
más
de dos dedos y anteriormente ya
conocemos estas
relaciones la fuerza del resorte 1
y uno
en los dedos
y la del amortiguador 1 vamos a ponerle
aquí abajito
y un primo de dos primos
y de este modo ya tenemos planteados
nuestras dos ecuaciones
que modelan a nuestro sistema
estableciendo las de una mejor manera
[Música]
estas ecuaciones
logramos
despacio
y lo primero que observamos de nuestro
análisis es el hecho de que resultan dos
ecuaciones dos ecuaciones diferenciales
mismas
y describen al sistema
esto se logró
y esto es debido al hecho
tenemos dos cuerpos
hubiera existido un tercer cuerpo
seguramente
tendríamos otra ecuación diferencial más
planteando nuestras ecuaciones de forma
200 primer día
2
la fuerza externa
en cambio para nuestra segunda ecuación
m
22 segundo tributo
grados de 2
si las interacciones
del resorte 1 del amortiguador 1 son
ubicadas sobre
son ubicadas al lado izquierdo de
nuestra ecuación
establece lo siguiente
- cada uno
2
de uno
una prima del clima
y eso es igual a cero
pero hagamos que estos dos términos sean
positivos para hacerlo este signo lo
podemos considerar que aplica dentro d
la operación de sustracción
y lo que tendríamos
esencialmente sería algo como esto
este signo aplica dentro de esta
operación esta seria
y este sería más
mismo modo menos y más
y estos quedarían positivos
pero haciendo esto
una forma en que quede más
comprensible
toda la ecuación de métodos de dos
primas
y clima perdón
de 2 - 1
no se hizo más que re
como dar a estos elementos
pero de este modo observamos
situación importante y es el hecho de
que
esta diferencia
qué es un movimiento
relativo y es
una velocidad relativa
su falta de las derivaciones
nos está diciendo que el análisis
planteado en estos elementos es como si
estuviéramos posicionados en el
referencial 2 y estuviéramos observando
las dinámicas que tiene el resorte 1 y
el amortiguador 1
y en cambio si observamos
a nuestra primera ecuación
nos estaría diciendo que estamos
posicionados en el referencia al 1 y
observamos las dinámicas de los mismos
elementos por esas razones que desde una
perspectiva vemos un movimiento
relativo de uno menos de dos y desde
otro referencial de dos menos segundo
además
observamos que
estas ecuaciones diferenciales que dan
solución o que dan planteamiento a la
posible solución de nuestro sistema son
pero están interconectadas es decir no
podemos
suponer que nuestros sistemas son
desacoplados dado que en nuestras
ecuaciones observamos que aparecen estos
dos términos y estos dos términos hacen
alusión
los dos elementos que interconectan a
ambas masas
en consecuencia
podemos decir que no es posible
dar solución a una de estas ecuaciones
sin tomar en cuenta a la otra ecuación
para finalizar y haciendo el caso
hipotético en donde todas nuestras
nuestros elementos eran símil eran
iguales cada uno
igual acá 2 y esto podemos suponer que
sea igual acá
del mismo modo para la constante de
amortiguamiento y
las masas
estableceríamos el siguiente
la siguiente relación
decimos que en eeuu no es igual a m2 y
esto es igual a m
del mismo modo ve uno igual al b2 igual
muy buena carta es igual
es vamos a plantear una solución
particular para este hecho tendríamos
que m
llevo unos cientos
nuestra fuerza externa
en cambio para la segunda ecuación m2
prima
p
que dos primas
todos
ya no es caros es simplemente acá
tenemos acá
de 22
de dos primas
101
y esto es igual a cero
esencialmente el cambio se va a ver
reflejado en nuestra segunda ecuación
esto es debido a que tenemos algunos
elementos
que son comunes
esencialmente en
el eje de todos a sí mismo
la derivada de 2
tendríamos
juntando términos
únicamente teniendo en cuenta que los
cambios están buscando en esta ecuación
en la segunda
m
dios prima más
belle 2 se va a conjuntar con este
término de por qué 2 entonces se tendría
dos de dos
calle 2 se conjunta con este otro
término
las dos
de la calle 2
simplemente los términos que nos restan
es menos cada uno
y menos
1
[Música]
nosotros la consideración de que son
iguales y los definimos como b
una prima
40
ahora bien esta cuestión y esta ecuación
son solución particular para el caso
cuando se tiene
los mismos valores en los elementos
observando que la solución generalizada
considera que no son iguales
elementos
esperando sea comprensible el vídeo les
agradezco su tiempo y les
creo que sigan teniendo un excelente día
hasta pronto
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