Física I - Ingeniería Electrónica

Práctico nº 5

TRABAJO Y ENERGÍA

Problema 1 Para empujar una caja de 52 kg de masa por un suelo horizontal y de rozamiento despreciable, un obrero ejerce una fuerza de 190 N en la dirección del desplazamiento. La caja recorre 3 m; ¿cuánto trabajo se ha realizado sobre la caja por (a) el obrero, (b) la fuerza peso y (d) la fuerza normal del piso sobre la caja?

Problema 2 Un auto de 2000 kg de masa se mueve sobre una ruta a nivel horizontal una distancia de 250 m, bajo la acción de dos fuerzas: una de 1000 N hacia adelante realizada por el motor y una fuerza resistiva de 800 N opuesta al movimiento. a) Calcule el trabajo neto b) Encuentre la velocidad del auto luego que ha recorrido esa distancia suponga que ha partido del reposo.

Problema 3 Chocar contra una columna de iluminación de la autopista sin cinturón de seguridad a 15 m/s (modestos 54 km/h) equivale a caer desde una altura de ¿cuántos metros?

Problema 4 Un auto de 1200 Kg de masa sube por superficie con una pendiente de 5º como se muestra. La fuerza de fricción opuesta al auto vale 500 N. La fuerza del motor F mueve el auto hacia arriba por la pendiente. Actúan otras dos fuerzas el peso del auto W y la fuerza normal FN. La distancia que recorre es 300 m. Calcule el valor de la fuerza F sabiendo que el trabajo neto sobre el auto es de 150 000 J

Problema 5 Un bloque de 40 kg es empujado, a velocidad constante, una distancia de 5 m sobre un piso horizontal mediante una fuerza externa F que forma un ángulo de 30° con la vertical. El coeficiente de rozamiento cinético entre la caja y la superficie es de 0,15. Realice un diagrama de cuerpo libre donde aparezcan todas las fuerzas actuantes. a) ¿Qué trabajo ha realizado cada fuerza? b) ¿Cuál es el trabajo neto?

Problema 6 Un carro cargado con ladrillos posee una masa total de 18,0 kg y es tirado a velocidad constante mediante una cuerda inclinada 20,0° por encima de la horizontal. El carro se desplaza una distancia de 20,0 m sobre una superficie horizontal. El coeficiente de rozamiento cinético entre el carro y la superficie es 0,500. (a) ¿Cuánto vale la fuerza hecha por la cuerda? (b) ¿Qué trabajo realiza la cuerda sobre el carro? (c) ¿Cuál es la energía mecánica que se pierde debido a la fricción?

Problema 7 Un avión de 6 x 103 kg vuela con un ángulo de 10º una distancia de 1,7 x 103 m como se muestra. Las fuerzas que actúan sobre el avión son: su peso W, la fuerza de sustentación L perpendicular a las alas, la fuerza de resistencia del aire R opuesta al movimiento y la fuerza T que produce la turbina del avión cuyo módulo es de 1.8 x 104 N. El trabajo neto de las cuatro fuerzas vale 2,9 x 107 J. Encuentre a) el trabajo hecho por la fuerza de resistencia WR b) el valor de la fuerza de la resistencia R

Problema 8 Una pelota de béisbol de 140 gramos de masa que viaja a 35 m/s mueve horizontalmente hacia atrás 25 centímetros el guante de un jugador que la atrapa. ¿Cuál fue la fuerza promedio que ejerció la pelota sobre el guante?

Problema 9 Una flecha de 80 gramos es disparada por un arco cuya cuerda ejerce una fuerza promedio de 95 N sobre la flecha, a lo largo de una distancia de 80 cm. Parte del reposo. ¿Cuál es la velocidad de la flecha al separarse del arco?

Problema 10 En el lugar de una carretera donde sucedió un accidente, los investigadores miden las marcas que el auto al frenar y encuentran que estas midieron 88 metros. Era un día lluvioso y se estima que el coeficiente de roce era 0,42. ¿Con qué velocidad venía el auto cuando el conductor aplicó los frenos?

Problema 11 Un esquiador 100 kg de masa se desliza hacia abajo por una ladera sin rozamiento que tiene un ángulo de inclinación igual a 30º. El esquiador parte del reposo desde una altura de 50 m. a) Calcule la energía potencial del esquiador cuando se encuentra en el punto más alto b) Calcule la velocidad del esquiador cuando está al final plano inclinado c) Suponga que al final de la pista existe una pista horizontal con rozamiento y que el esquiador se deja deslizar hasta detenerse en una distancia horizontal de 250 metros. Cuánto vale el coeficiente de rozamiento μ

Problema 12 La figura muestra una piedra de 7.94 Kg que es colocada sobre un resorte. La piedra lo comprime 10.2 cm. A) Calcule la constante de fuerza del resorte B) La piedra se empuja otros 28.6 cm hacia abajo y luego se suelta ¿cuánta energía se guarda en él antes de soltar la piedra? C) ¿Hasta qué altura sobre esta nueva posición (la más baja) llegará la piedra?

Problema 13 Un coche de 1000 kg de masa total que viaja sobre una carretera horizontal a una velocidad de 35 m/s es frenado completamente por su conductor en una distancia de 200 m.

(a) Calcule el trabajo realizado por los frenos.

(b) Determine el valor de la fuerza media hecha por los frenos durante el frenado.

Problema 14 Un bloque de 1.93 kg se coloca sobre un resorte comprimido en una pendiente sin fricción de 27º. El resorte, cuya constante de fuerza es 20.8 N/m, se comprime 19.7 cm, después de ello se suelta el bloque. ¿A qué altura de la pendiente llegará el bloque antes de detenerse? Mida su posición final respecto a la que ocupaba antes de que lo soltaran.

Problema 15 Una muy pequeña esfera metálica parte del punto A con cierta velocidad vo y es proyectada sobre una superficie curva como se muestra. La esfera luego de su recorrido sale disparada hacia arriba y alcanza una altura máxima de 4 m. Ignore la resistencia contra superficie y el aire. Encuentre el valor de la velocidad vo con que la esfera inició su recorrido

Problema 16 Un acróbata de 75 Kg. salta verticalmente hacia arriba desde una plataforma ubicada a 3 metros arriba de una cama elástica con una velocidad inicial de 5 m/s Si no hay rozamiento a) Con qué velocidad llega a tocar la cama elástica ubicada 3 m abajo? b) Si la cama elástica se comporta como un resorte con constante k = 5.2 x 104 N/m ¿qué distancia espera usted que se comprimirá la cama?

Problema 17 Una pelota de 125 g es arrojada desde una altura de 1,06 m sobre el suelo a una velocidad de 12,3 m/s. Cuando ha alcanzado una altura de 2,32 m, su velocidad es de 9,57 m/s. (a) ¿Cuál es el trabajo hecho por la fuerza peso? (b) ¿Cuánta energía se perdió debida a la resistencia del aire?

Problema 18 Un pequeño objeto de masa m se desliza sin fricción por una pista como se muestra en la figura. Si el objeto debe permanecer en contacto con la pista siempre, aún en la parte más alta de la vuelta, cuyo radio es r ¿desde qué altura mínima h debe lanzarse?

Problema 19 Un bloque de 275 g de masa se deja caer sobre un resorte sin masa cuya constante de recuperación k = 2,5 N/cm. El resorte se comprime 12 cm antes de alcanzar el reposo momentáneo. Desprecie el rozamiento con el aire.

(a) ¿Cuánto trabajo hizo la fuerza del resorte?

(b) ¿Con qué velocidad el bloque que alcanza al resorte?

(c) ¿Desde qué altura se lanzó el bloque?

Problema 20 Un cuerpo de masa m se encuentra suspendida de una cuerda indeformable y de masa despreciable cuya longitud es L El cuerpo se deja caer desde el reposo en un ángulo de 90° con la vertical y supondremos que no existe rozamiento ni otras pérdidas de energía.(a) Encuentre el valor de la velocidad en la parte inferior del recorrido (b) Hay un clavo a una distancia h = 0,80 L ¿Cuál será la velocidad de la pelota cuando pase por la parte superior de la trayectoria circular alrededor del clavo?

Problema 21 Un camión que ha perdido los frenos desciende por una colina con una velocidad de 110 km/h. En la base de la colina existe una vía de escape de emergencia, la cual forma un ángulo de 15° respecto de la horizontal. ¿Cuál debe ser la longitud L tal que el camión llegue al reposo, al menos momentáneamente? Desprecie los efectos del rozamiento.

Problema 22 El carrito de un parque de diversiones inicia su recorrido desde el punto A con una velocidad vo a una altura h, como se muestra en la figura. Si no existe rozamiento determine la velocidad del carrito en el punto B, C y D sabiendo que h = 10 m vo = 5 m/s m = 200 kg

Problema 23 Un bloque de madera de 450 N está unido firmemente a un resorte horizontal muy ligero con k = 180 N/m. Se observa que cuando el bloque se comprime 5 cm y luego se suelta, el resorte se estira 2.3 cm. más allá de la posición de equilibrio antes de detenerse y regresar. Diga cuál es el coeficiente de fricción cinética entre bloque y la mesa.

Problema 24 Un esquiador de masa 70 kg que parte del reposo desde el punto A alcanzando una velocidad de 30 m/s en el punto B y de 23 m/s en el punto C, siendo la distancia BC de 30 metros, calcular:

(a) El trabajo de fricción sobre el esquiador al pasar de B a C.

(b) La máxima altura que puede alcanzar el esquiador respecto al nivel C.

(30°45°ABC30m)

Problema 25 Tarzán, que pesa 850 N, se columpia desde un risco en el extremo de una liana de 5 m de largo. Tarzán caería 2.6 m de la parte superior del risco hasta el fondo del balanceo. La liana tiene una resistencia a la rotura de 1120 N ¿se romperá la liana?

Problema 26 Dos niños participan de un juego en el que tratan de alcanzar con un disparador de resorte una cajita ubicada en suelo con una canica. La caja está a 2.20 m desde el borde de la mesa. Uno de ellos comprime el resorte 1.10 cm pero la canica cae 27 cm antes del blanco. ¿Cuánto deberá comprimir el resorte el otro niño para dar en el blanco?

Problema 27 Una mujer de 57 kg asciende por un tramo de escalones que tiene una altura de 4,5m en 3,5s; ¿qué potencia promedio deberá emplear?

Problema 28 Al comenzar una carrera, un corredor de 70kg corre los primeros 8m en 1,60s, comenzando desde el reposo y acelerando uniformemente.

(a) ¿Cuál es la velocidad del corredor al cabo de los 1,6s?

(b) ¿Cuánto es la energía cinética del corredor?

(c) ¿Qué potencia ha generado el corredor en dicho intervalo de tiempo?

Problema 29 Un vehículo de 1000 kg de masa es capaz de acelerar de 0 a 100 km/h en 8,5 s en una superficie horizontal sin roce. Qué potencia mínima debería tener el motor de dicho auto.

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