Establece un sistema de referencia con un eje de posiciones (alturas) OY vertical, con sentido positivo hacia arriba, con origen al nivel del suelo.
Tienes los datos:
M = 0,0005 Kg (masa del muelle), k = 700 N/m (constante elástica del muelle), Δs = 0,003 m (compresión inicial del muelle).
yi = 0 (posición inicial del muelle), vi = 0 (velocidad inicial del muelle).
Luego, considera tres instantes importantes, y observa que consideramos que la energía mecánica (suma de la energía potencial gravitatoria, la energía cinética de traslación y la energía potencial elástica) se conserva, y observa también que consideramos que el muelle es una partícula una vez que comenzó a moverse.
1)
Inicio:
y1 = 0 (posición inicial del muelle), v1 = 0 (velocidad inicial del muelle), Δs1 = 0,003 m;
por lo que tienes que su energía mecánica es:
EM1 = EPg1 + EC1 + EPe1 = M*g*y1 + (1/2)*M*v12 + (1/2)*k*Δs12, reemplazas valores, cancelas términos nulos, y queda:
EM1 = (1/2)*700*0,0032 = 0,00315 J.
2)
El muelle está relajado por primera vez:
y2 = 0,003 m (posición inicial del muelle, v2 = a determinar, Δs2 = 0, g = 10 m/s2;
por lo que tienes que su energía mecánica es:
EM2 = EPg2 + EC2 + EPe2 = M*g*y2 + (1/2)*M*v22 + (1/2)*k*Δs22, reemplazas valores, cancelas el término nulo, y queda:
EM2 = 0,0005*10*0,003 + (1/2)*0,0005*v22 = 0,000015 + 0,00025*v22 (en Joules).
3)
El muelle alcanza su máxima altura:
y3 = a determinar, v3 = 0, Δs3 = 0, g = 10 m/s2;
por lo que tienes que su energía mecánica es:
EM3 = EPg3 + EC3 + EPe3 = M*g*y3 + (1/2)*M*v32 + (1/2)*k*Δs32, reemplazas valores, cancelas los términos nulos, y queda:
EM3 = 0,0005*10*y3 = 0,005*y3 (en Joules).
a)
Planteas conservación de la energía entre los dos primeros instantes, y queda:
EM2 = EM1, sustituyes expresiones, y queda:
0,000015 + 0,00025*v22 = 0,00315, haces pasaje de término, y queda:
0,00025*v22 = 0,003135, haces pasaje de factor como divisor, y queda:
v22 = 12,54, haces pasaje de potencia como raíz, y queda:
v2 ≅ 3,541 m/s, que es el módulo de la velocidad del muelle cuando alcanza por primera vez su estado de relajación.
b)
Planteas conservación de la energía entre el primer y el tercer instante, y queda.
EM3 = EM1, sustituyes expresiones, y queda:
0,005*y3 = 0,00315, haces pasaje de factor como divisor, y queda:
y3 = 0,63 m, que es la altura máxima que alcanza el muelle.
Espero haberte ayudado.