a)
Observa que sobre el cuerpo colgado en reposo actúan dos fuerzas verticales, de las que indicamos sus módulos y sentidos:
Peso: P = M*g = 0,5*9,81 = 4,905 N, hacia abajo,
Fuerza elástica: Fe = k*Δs = d*0,02 = 0,02*k (en Newtons), hacia arriba;
luego, aplicas la Primera Ley de Newton (observa que consideramos positivo el sentido hacia arriba), y queda:
Fe - P = 0, sumas P en ambos miembros, y queda:
Fe = P, sustituyes expresiones, y queda:
0,02*k = 4,9055, divides por 0,02 en ambos miembros, y queda:
k = 245,25 N/m;
luego, planteas la expresión de la frecuencia angular en función de la masa del oscilador y de la constante elástica del resorte, y queda:
ω2 = k/M, reemplazas valores en el segundo miembro, resuelves, y queda:
ω2 = 490,5 rad2/s2, extraes raíz cuadrada en ambos miembros (observa que elegimos la raíz positiva), y queda:
ω = √(490,5) rad/s ≅ 22,147 rad/s.
b)
Establece el origen de coordenadas en la posición de equilibrio, y tienes los datos iniciales para el movimiento del oscilador:
A = 0,03 m (amplitud, y observa que el resorte ya está estirado 2 cm cuando el oscilador está en reposo),
ti = 0 (instante inicial),
yi = -0,0,3 m (posición inicial),
vi = 0 (velocidad inicial);
luego, planteas las ecuaciones de posición y de velocidad de Movimiento Armónico Simple, y quedan:
y = A*sen(ω*t + φ) (1),
v = ω*A*cos(ω*t + φ) (2);
luego, reemplazas valores iniciales, reemplazas el valor de la frecuencia angular, cancelas términos nulos, y queda:
-0,0,3 = A*senφ, de aquí despejas: -0,0,3/senφ = A (3),
0 = ω*A*cosφ, de aquí despejas: 0 = cosφ, de donde tienes dos opciones:
1°)
φ = π/2, que al reemplazar en la expresión señalada (3) y resolver queda:
-0,03 m = A, que no tiene sentido para este problema (recuerda que el valor de la amplitud de oscilación es positivo),
2°)
φ = -π/2, que al reemplazar en la ecuación señalada (1) y resolver queda:
0,03 m = A, que sí tiene sentido para este problema;
luego, reemplazas el valor de la frecuencia angular y el valor de la fase inicial en las ecuaciones de posición y de velocidad señaladas (1) (2), y queda:
y = 0,03*sen(√(490,5)*t - π/2) (4) (ecuación de posición),
v = √(490,5)*0,18*cos(√(490,5)*t - π/2) (5) (ecuación de velocidad);
luego,
observa que la amplitud de oscilación es: A = 0,03 m, y que la longitud del resorte en ese instante es:
L1 = 0,15 + 0,02 + 0,03 = 0,20 m;
observa que la longitud del resorte cuando el oscilador se encuentra en su posición de equilibrio es:
L2 = 0,15 + 0,02 = 0,17 m;
y observa que la longitud del resorte cuando el oscilador se encuentra en reposo en posición opuesta a la posición inicial es:
L3 = 0,15 + 0,02 - 0,03 = 0,14 m.
Espero haberte ayudado.