Calculadora de oscilaciones amortiguadas

Introduce la masa, la constante del muelle y el coeficiente de amortiguamiento de un oscilador armónico amortiguado. La calculadora indica si el sistema es subamortiguado, críticamente amortiguado o sobreamortiguado y da la frecuencia natural y la amortiguada, el periodo, el factor de amortiguamiento, el factor de calidad, el decremento logarítmico, el tiempo de decaimiento y cuánta amplitud queda tras el número de ciclos que elijas.

kg
N/m
kg/s
Tipo de movimientoSubamortiguado (oscila)
Frecuencia amortiguada1,5836 Hz
Factor de amortiguamiento ζ
0,1
Factor de calidad Q
5
Decremento logarítmico δ
0,6315
Periodo amortiguado
0,6315 s
Frecuencia natural
1,5915 Hz
Frecuencia angular natural ω₀
10 rad/s
Frecuencia angular amortiguada ω_d
9,9499 rad/s
Tiempo de decaimiento de la amplitud (a 1/e)
1 s
Amplitud que queda tras los ciclos
0,181 %
Coeficiente de amortiguamiento crítico
20 kg/s

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Cómo se usa

  1. Introduce la masa m en kilogramos.
  2. Introduce la constante del muelle k en N/m.
  3. Introduce el coeficiente de amortiguamiento b en kg/s (N·s/m), la fuerza del amortiguador por unidad de velocidad.
  4. Si quieres, cambia el número de ciclos para ver cuánto cae la amplitud.

Fórmulas

El movimiento cumple m·x″ + b·x′ + k·x = 0.

  • Frecuencia angular natural ω₀ = √(k ÷ m), frecuencia natural f₀ = ω₀ ÷ 2π
  • Factor de amortiguamiento ζ = b ÷ (2√(k·m)); amortiguamiento crítico b_c = 2√(k·m)
  • Frecuencia angular amortiguada ω_d = ω₀ √(1 − ζ²) (solo si ζ < 1), periodo T_d = 2π ÷ ω_d
  • Factor de calidad Q = 1 ÷ (2ζ)
  • Decremento logarítmico δ = 2πζ ÷ √(1 − ζ²)
  • La amplitud cae como e^(−b·t ÷ 2m): tiempo de decaimiento 2m ÷ b; tras N ciclos queda e^(−N·δ)

Ejemplo resuelto

m = 1 kg, k = 100 N/m, b = 2 kg/s.

  • ω₀ = √100 = 10 rad/s, f₀ = 1,5915 Hz
  • ζ = 2 ÷ (2 × √100) = 0,1: el sistema es subamortiguado; Q = 5
  • ω_d = 10 × √0,99 = 9,9499 rad/s, f_d = 1,5836 Hz, T_d = 0,6315 s
  • δ = 2π × 0,1 ÷ √0,99 = 0,6315; la amplitud cae a 1/e en 1 s
  • tras 10 ciclos queda solo e^(−6,315) = 0,181 % de la amplitud inicial

Consejos

  • El amortiguamiento crítico (b = 2√(k·m), aquí 20 kg/s) es lo que buscan los cierrapuertas y las agujas de los instrumentos: sin sobreoscilación y con el retorno más rápido.
  • ζ a partir de una grabación: toma dos picos separados N ciclos, δ = ln(A₀ ÷ A_N) ÷ N y luego ζ = δ ÷ √(4π² + δ²).
  • El modelo supone amortiguamiento viscoso (fuerza proporcional a la velocidad). Con rozamiento seco la amplitud cae de forma lineal.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el factor de amortiguamiento?

ζ = b ÷ (2√(k·m)), el coeficiente de amortiguamiento dividido entre el valor crítico 2√(k·m). Por debajo de 1 el sistema oscila, con 1 vuelve lo más rápido posible sin pasarse y por encima de 1 regresa lentamente.

¿Cómo se define el decremento logarítmico?

δ = ln(Aₙ ÷ Aₙ₊₁), el logaritmo natural del cociente entre dos picos consecutivos. En un oscilador amortiguado δ = 2πζ ÷ √(1 − ζ²); con ζ = 0,1 vale 0,6315, así que cada pico es e^−0,6315 = 53,2 % del anterior.

¿Qué relación hay entre Q y ζ?

Q = 1 ÷ (2ζ). Un factor de amortiguamiento de 0,1 da Q = 5; los sistemas poco amortiguados, como un diapasón, tienen un Q muy alto.

¿La frecuencia amortiguada es menor que la natural?

Sí, ω_d = ω₀ √(1 − ζ²). Con ζ = 0,1 la diferencia es solo del 0,5 %, así que con poco amortiguamiento son casi iguales.

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Todas las herramientas de la categoría: Matemáticas ·Actualizado el 4 de noviembre de 2026

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