cuestiona

FISICA ICUESTIONARIO: Trabajo y Energía

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1. Se tira de una vagoneta de 20 kg con una cuerda que forma un ángulo de 30º con la horizontal, ejerciendo una fuerza F de 50 N a lo largo de una distancia de 50 m. La fuerza de rozamiento entre la vía y las ruedas es una décima parte del peso. Calcular el trabajo realizado por cada una de las fuerzas que actúan sobre la vagoneta.

2. Una fuerza que actúa sobre una partícula varia con x, como se muestra en la figura 01. Calcule el trabajo realizado por la fuerza por la fuerza cuando la partícula se mueve de x=0 a x=6m

figura 01

3. Un viejo balde de roble de

cuelga de un pozo del extremo de una cuerda que pasa por una polea sin fricción en la parte superior del pozo, y se jala de la cuerda para

levantar el balde lentamente a)

¿Cuánto trabajo se efectúa la cuerda sobre el balde? b) ¿Qué trabajo realiza la fuerza gravitacional sobre el balde? c) ¿Qué trabajo total se realiza sobre el balde?

4. Un bloque de 2Kg está inicialmente en reposo sobre una superficie horizontal (sin fricción). Al aplicar una fuerza constante alcanza una

velocidad de , luego de recorrer

. Hallar el trabajo realizado por

la fuerza durante este intervalo.

5. Un pescador enrolla de

sedal al tirar de un pez que ejerce una resistencia constante de

. Si se tira con velocidad

constante, ¿Cuánto trabajo realiza sobre el pez la tensión del sedal?

6. Una pelota de béisbol sale de la mano del lanzador con rapidez de

. La masa de la pelota es

de . Haga caso omiso de la

resistencia del aire. ¿Cuánto trabajo efectuó el lanzador sobre la pelota?

7. Una masa de 30kg sube con una velocidad constante por un plano inclinado liso cuando se le aplica

una fuerza paralela al plano.

Calcule el trabajo de cuando se ha

desplazado 15m.

8. Una masa se desliza con

velocidad inicial nula por un plano inclinado que forma un ángulo

con el horizonte, y al

recorrer en el plano horizontal una

distancia , se detiene.

Hallar el trabajo de la fuerza de rozamiento en todo el trayecto, considerando que el coeficiente de

rozamiento .

9. La fuerza que actúa sobre una partícula varia como se observa en la Fig. 2. Encuentre el trabajo realizado por la fuerza, cuando se

___________________________________________________________________________DEPARTAMENTO DE CIENCIAS – CAJAMARCA Ing. Civil

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mueve desde (a) a (b)

de a (c) de a

10. Una partícula está sometida a una

fuerza que varía con la posición,

como se ve en la Fig. 3. Encuentre el trabajo realizado por la fuerza sobre la partícula cuando se mueve (a) de

a (b) de a

(c) cual es el trabajo total

realizado por la fuerza sobre la

distancia a .

11. La fuerza que actúa sobre un

cuerpo esta descrita según se muestra en la Fig. 4. Si el trabajo total

realizado por fue de 4500J

determine el valor de

12. Una partícula se desplazo por cierta

trayectoria en el plano del

punto 1 con el radio vector

al punto 2 con radio

vector . Sobre ella

actuó cierta fuerza

¿qué trabajo realizó la fuerza ? Los

datos están el sistema internacional

13. Cuando un conductor pisa el pedal del acelerador, un automóvil de masa 1 160 kg acelera desde el reposo. Durante los primeros segundos del movimiento, la aceleración del auto aumenta con el tiempo según la ley

(a)

¿qué trabajo es realizado por el

auto durante el intervalo a

segundos.

14. Sobre una partícula actúa una

fuerza . Hallar el

trabajo realizado por la fuerza al moverse la partícula desde (0,0)


2 4 6 8 10 12

1

2

3

x(m)

F(N)

Fig.3

14 16

2 4 6 8 10 12

2

4

6

-2

-4

x(m)

F(N)

Fig. 2

20

F0

100

x(m)

Fx(N)

Fig.4

40

60

3

hasta (2,4) siguiendo las siguientes

trayectorias a) ; b) .

15. Una fuerza que actúa sobre una partícula que se mueve sobre el plano horizontal xy está dada por

, en donde x e y están en m. La partícula se mueve desde el origen hasta una posición final C de coordenadas x=5m e y=5m, como en la figura. Calcular el trabajo efectuado por la fuerza a lo largo de a) OAC, b) OBC, c) OC.

16. Una bala de 15 gramos se acelera en un cañón de un rifle de 72 cm. de largo hasta una velocidad de 780m/s. emplee el teorema del trabajo y la energía para encontrar la fuerza ejercida sobre la bala mientras se acelera.

17. Un mecánico empuja un auto de masa m desde el reposo hasta alcanzar una velocidad v, efectuando un trabajo de 5000 J durante el proceso. Durante este tiempo, el auto se mueve 25.0 m. Ignore la fricción entre el auto y el camino, y encuentre: (a) ¿Cuál es la velocidad final, v, del auto? b) ¿Cuál es el valor de la fuerza horizontal ejercida sobre el auto?

18. La figura 01 muestra una piedra de 7.94 kg colocada sobre un resorte. La piedra comprime 10.2 cm. a) Calcule la constante de fuerza del resorte. b) La piedra se empuja hacia abajo otros

28.6 cm y luego se suelta. ¿Cuánta energía potencial se guarda en él antes de soltar la piedra? c) ¿A qué altura sube esta nueva posición (la más baja) llegará la piedra?

Fig 0119. Para empujar hacia arriba una caja

de 25 kg por una pendiente de 27°, un trabajador ejerce una fuerza de 120 N paralela a ella. A medida que la caja se desliza 3.6 m, ¿Cuánto trabajo efectúa en ella a) el trabajador, b) la fuerza de gravedad y c) la fuerza normal de la pendiente?

Fig 02

20. Una canica de 0.3 Kg de masa se deja caer desde una altura de 2m. Calcular:a) La energía potencial de la canicab) La velocidad que adquiere

cuando recorre 2m

21. Una partícula de 0.6 kg tiene una velocidad de 2 m/s en el punto A y una energía cinética de 7.5 J en B ¿Cuál es (a) su energía cinética en A? (b) ¿su velocidad en B? (c) ¿el trabajo total realizado sobre la partícula cuando se mueve de A a B?


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22. Un cuerpo de masa m se mueve con rapidez V. Si se duplica su rapidez, entonces su energía cinética

23. Una caja de 40 kg inicialmente en reposo se empuja una distancia de 5 m por un piso rugoso y horizontal con una fuerza constante horizontal de 130 N. Si el coeficiente de fricción entre la caja y el piso es 0.30, encuentre: (a) el trabajo realizado por la fuerza aplicada, (b) la energía cinética perdida debido a la fricción, (c) el cambio en la energía cinética de la caja, y (d) la velocidad final de la caja

24. Un bloque de 12.0 kg de masa se desliza desde el reposo hacia abajo de una pendiente sin fricción de 35.0° y lo detiene un resorte rígido con k = 3.00 x l04 N/m. El bloque se desliza 3.00 m desde el punto de partida hasta el punto donde queda en reposo contra el resorte. Cuando el bloque queda en reposo, ¿Qué tanto se ha comprimido el resorte?

25. Una carretilla con ladrillos tiene una masa total de 18 kg y se jala con velocidad constante por medio de una cuerda. La cuerda está inclinada a 20.0° sobre la horizontal y la carretilla se mueve 20.0 m sobre una superficie horizontal. El coeficiente de fricción cinético entre el suelo y la carretilla es 0.5. (a) ¿Cuál es la tensión en la cuerda? (b) ¿Cuánto trabajo efectúa la cuerda sobre la carretilla? (c) ¿Cuál es la energía perdida debido a la fricción?

26. Una cuenta se desliza sin fricción dando un giro completo (ver figura 04). Si la cuenta se suelta desde una altura H=3.50R, ¿cuál es su velocidad en el punto A? ¿Qué tan grande es la fuerza normal sobre ella si su masa es de 5.00g?

Fig 04

27. Un coche de 20kg de masa se deja caer desde A en una pista curva tal como se muestra en la Fig 05 (R1=10m, R2=30m). Si en el punto B la reacción del piso sobre el coche es igual a 10 veces su peso. Determine:a) La rapidez del coche en B y la

altura Hb) La reacción de la pista sobre el

auto en el punto C.

Fig 05

28. Un bloque de 5.0kg se pone en movimiento ascendente en un plano inclinado con una velocidad inicial de 8.0m/s (Ver figura 06). El bloque se detiene después de recorrer 3.0m a lo largo del plano, el cual está inclinado a un ángulo de 30º con la horizontal. Determine a) el cambio en la energía cinética del bloque, b) el cambio en su energía potencial, c) la fuerza de fricción ejercida sobre él (supuesta constante), y d) el coeficiente de fricción cinético.


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Fig 06

29. Un paracaidista de 50kg de masa salta desde un avión a una altura de 1000m y llega al suelo con una velocidad de 5.00m/s. ¿Cuánta energía perdió por la fricción del aire durante este salto?

30. A partir del reposo en el punto A de la figura 07, una cuenta de 0.500kg se desliza sobre un alambre curvo. El segmento de A a B no tiene fricción y el segmento de B a C es rugoso. a) Encuentre la velocidad de la cuenta en B. b) Si la cuenta se detiene en C, encuentre la energía perdida debido a la fricción conforme se mueve de B a C.

Fig 07

31. El coeficiente de fricción entre la masa de 3.0kg y la superficie de la figura 08 es 0.40. El sistema parte del reposo. ¿Cuál es la velocidad de la masa de 5.0kg cuando ha caído 1.5m?

Fig 08

32. Una pistola de juguete usa un resorte para disparar una esfera de hule blando de 5.3g. La constante de resorte es 8.0N/m, y el cañón de la pistola mide 15cm de largo, y hay una fuerza de fricción constante de 0.032N entre el cañón y el proyectil. ¿Con qué velocidad sale disparado el proyectil del cañón si el resorte se comprime 5.0cm?

33. Un bloque se desliza hacia abajo por una pista curva sin fricción y después sube por un plano inclinado, como se puede ver en la figura 09. El coeficiente de fricción cinético entre el bloque y la pendiente es μ. Con métodos de energía demuestre que la altura máxima alcanzada por el bloque es:

FIg 09

34. Una masa de 3,0kg parte del reposo y se desliza por una pendiente sin fricción de 30º una distancia d y hace contacto con un resorte no deformado de masa despreciable, como se muestra en la figura 10. La masa se desliza 0.20m adicionales cuando alcanza momentáneamente


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el reposo y comprime el resorte (k=400N/m). Encuentre la separación inicial d entre la masa y el resorte.

Fig 10

35. Un bloque de 2.0kg de masa se mantiene en reposo mientras comprime 10cm un resorte horizontal, sin masa (k=100N/m). Cuando el bloque se suelta, se desplaza 0.25m sobre una superficie horizontal rugosa antes de detenerse. Calcule el coeficiente de fricción cinética entre la superficie y el bloque

36. En la figura 11, se ve un bloque de 10.0kg que se suelta desde el punto A. La pista no ofrece fricción excepto en la parte BC, de 6.00m de longitud. El bloque se mueve hacia abajo por la pista, golpea un resorte de constante de fuerza k=2250N/m y lo comprime 0.300m a partir de su posición de equilibrio antes de quedar momentáneamente en reposo. Determine el coeficiente de fricción cinético entre la superficie BC y el bloque.

Fig 11

37. Una partícula de masa m=5.00kg se suelta desde un punto A sobre la vereda sin fricción mostrada en la figura 12. Determine, a) la velocidad

de la partícula en los puntos B y C, y b) el trabajo neto realizado por la fuerza de la gravedad al mover la partícula de A a C.

Fig 12

7-Una caja de 30.0 kg en una bodega es empujada hacia una plataforma de carga por un obrero que aplica una fuerza horizontal. Entre la caja y el piso, el coeficiente de fricci6n cinética es de 0.20. La plataforma está 15.0 m al suroeste de la posición inicial de la caja. a) Si la caja se empuja 10.6 m al sur y luego 10.6 m al oeste, ¿qué trabajo total efectúa sobre ella la fricción? b) ¿Y si la caja se empuja en línea recta hasta la plataforma, de modo que recorre 15.0 m al suroeste? c) Dibuje las trayectorias de la caja con las partes (a) y (b). Con base en sus respuestas a ambas artes, ¿diría Ud. que la fuerza de fricción es conservativa o no conservativa? Explique.

8-Un paquete de 2.00 kg se suelta en una pendiente de 53.1°, a 4.00 m de un resorte largo de masa despreciable cuya constante de fuerza es de 120 N/m y que está sujeto a la base de la pendiente. Los coeficientes de fricción entre el paquete y la pendiente

La masa del resorte es despreciable. a) ¿Qué rapidez tiene el paquete justo antes de llegar al resorte? b) ¿Cuál es la compresión máxima del resorte? c) al rebotar el paquete, ¿qué tanto se acerca a su posición inicial?


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10- Rizo vertical. Un carrito de un juego de un parque de diversiones rueda sin fricción por la vía de la figura, partiendo del reposo en A a una altura h sobre la base del rizo. Trate el carrito como partícula. a) ¿Qué valor mínimo debe tener h (en términos de R) para que el carrito no caiga en el punto B? b) Si h = 3.50R y R = 20.0 m, calcule la rapidez, aceleración radial y aceleración tangencial de los pasajeros cuando el carrito está en el punto C, en el extremo de un diámetro horizontal. Haga un diagrama a escala aproximada de las componentes de aceleración.

11- Una piedra de 15.0 kg baja deslizándose una colina nevada partiendo del punto A con una rapidez de 10.0 m/s. No hay fricción en la colina entre los puntos A y B, pero si en el terreno plano en la base, entre B y la pared. Después de entrar en la región áspera, la piedra recorre 100 m y choca con un resorte muy largo y ligero cuya constante de fuerza es de 2.00 N/m. Los coeficientes de fricción cinética y estática entre la piedra y el suelo horizontal son de 0.20 y 0.80, respectivamente. a) ¿Qué

rapidez tiene la piedra al llegar al punto B b) ¿Qué distancia comprimirá lapiedra el resorte? e) ¿La piedra se moverá otra vez después de haber sido detenida por el resorte?

12- Un sistema que consta de dos cubetas de pintura conectadas por una cuerda ligera sesuelta del reposo con la cubeta de pintura de 12.0 kg 2.00 m sobre el piso. Use el principio de conservación de la energía para calcular la rapidez con que esta cubeta golpea el piso. Haga caso omiso de la fricción y la inercia de la polea.

14. Considere el sistema de la figura , La cuerda y la polea tienen masas despreciables, y la polea no tiene fricción. Entre el bloque de 8.00 kg y la mesa, el coeficiente de fricción cinética es uk= 0.250. Los bloques se liberan de1 reposo. Use métodos de energía para calcular la rapidez del bloque de 6.00 kg después de descender 1.50 m.


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