trabajo colaborativo fase 2 100413 (formato único)1octavio

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAFÍSICA GENERALCÓDIGO. 100413

FÍSICA GENERALCÓDIGO: 100413

TRABAJO COLABORATIVO FASE 2

UNIDAD No 2DINÁMICA Y ENERGÍA.

Presentado a:XXXXX XXXXXX XXXXXXX XXXXXXXX

Tutor

Entregado por:

Octavio CardonaCódigo: 79996062

Nombres y Apellidos (Estudiante 2)Código: XXXXX




Grupo: 100413_XX

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNADESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

FECHACIUDAD


INTRODUCCIÓN

Por medio de este trabajo se presenta lo visto en la unidad 2, Dinámica y energía, el uso de estos

conceptos en los estudios de los casos propuestos. El propósito es dar conocer las herramientas

que se van a utilizar, desarrollando las capacidades personales y autónomas.

Fundamentar en las leyes de movimiento, fuerzas de movimiento, trabajo, potencial teorema del

trabajo y energía. También verificar los factores en el desarrollo de actividades y sus campos de

acción dentro de un informe grupal que se debe consolidar mostrando los paso a paso de los

ejercicios solicitados.

Se ofrecerá de manera autónoma y colaborativa aportes en el progreso de la elaboración del

trabajo, dando sus puntos de vista, ofreciendo un enfoque general del contenido expuesto en la

actividad. Esto con el fin de afianzar conocimiento y aprendizaje que ayuda a perfeccionar el

trabajo producido.


TRABAJO COLABORATIVO DE LA UNIDAD 2:DINÁMICA Y ENERGÍA.

Temática: Las leyes de movimiento y sus aplicaciones.

Ejercicio No 1.

En el sistema que se muestra en la figura, una fuerza horizontal F⃗x actúa sobre el objeto de 8.00 kg. La superficie horizontal no tiene rozamiento. Se asume que la polea no tiene masa ni fricción. Teniendo en cuenta el sistema de masas unidas por una cuerda, presentado en la figura (a) Trace los diagramas de cuerpo libre para cada uno de los dos bloques. (b) Aplique el método newtoniano para determinar la aceleración ax del bloque de 8 kg, en función de F x. (c) Trace una gráfica cuantitativa de ax en función de F x (incluyendo valores negativos de F x ). (d) Responda las siguientes preguntas: ¿Para qué valores de F x acelera hacia arriba el objeto de 4.00 kg? ¿Para qué valores de F x permanece el sistema en reposo o se mueve con rapidez constante? (e) ¿Para qué valores de F x queda distensionada la cuerda? ¿Es válida la gráfica trazada en la parte (f) para esos valores? ¿Por qué?

Figura tomada de Física para Ciencias e Ingeniería, 7a edición, Serway/Jewett.

Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado:

Nombre y apellido del estudiante que realiza el aporte y tipo de aporte que realiza:

Objeto de 8kg (horizontal)Objeto de 4kg(vertical)

S (fy )=m1aS (fy )=T−P1=m 1a

Se deben resolver las ecuaciones, que encontramos en la aceleración del sistemaNewton, es decir la mínima fuerza necesaria para que el cuerpo se mantenga en equilibrio. Si a mayor que 0 el cuerpo se desplaza hacia la derecha, por la acción de la fuerza Fx.

Octavio CardonaBloque m1

P1= m1 g

Bloque m2

T N

Fx

TP2=m2 g


T−m 1g=m1a(ecuación1)Bloque m2S(fx)=m2aFX *T=m2 a (ecuación 2)T−m 1g=m1a (ecuación 1)FX−T=m2a (ecuación 2)−m 1g+FX=m1a+m2aa (m 1+m2 )=−m1g+FXa (2+8 )=−2∗9,8+FX10a+19,6=FXSi a =0T- m1g=m1aT -2g= 2ª

a=T−2g2

FX –T= m2aFX –T = 8a

a=FX−T8

T−2g2

= FX−T8

8∗(T−2g )=2∗(FX−T )8T−16 g=2FX−2T8T+2T=2 FX+16g10T=2FX+16 g

T=2FX+16 g510

=15(Fx+8 g)

T=FX5

+ 8g5si T=0 FX

5=−8 g

5 FX= -8g

Observaciones:


Ejercicio No 2.

Un bloque de masa m = 1.80 kg se libera desde el reposo en h= 0.450 m por encima de la superficie de una mesa, en la cima de una pendiente de 28,0° de inclinación, como se muestra en la figura .La inclinación sin fricción se fija en una mesa de la altura H=0,800 m. (A) Determine la aceleración del bloque cuando se desliza por la pendiente. (B) ¿Cuál es la velocidad del bloque cuando deja la pendiente? (c) ¿A qué distancia de la mesa, el bloque debe golpear el piso? (d) ¿Cuánto tiempo ha transcurrido entre el momento en que se suelte el bloque y cuando golpea el suelo? (e) ¿Afecta la masa del bloque cualquiera de los anteriores cálculos? Justifique su respuesta. Figura tomada de Física para Ciencias e

Ingeniería, 7a edición, Serway/Jewett.Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o

regla utilizada en el proceso realizado:

Nombre y apellido del estudiante que realiza el aporte y tipo de aporte que realiza:

Bloque de masa=1.80kgAltura de liberación= 0.450mInclinación = 28 grados.Altura mesa=0,8m

a)N+w=ma 1.Las ecuaciones escalares son:ΣFx :mgsen0=ma 2.ΣFy :N−mgcos0=0 3.

Dela ecuación 2. α=gsen0= 9,8m

s2 sen28o=4,7m / s2

b)V B=√(2aΔ x)

Δ x= hsen28o

=0,450msen28o =1mentonces

v=√( 2∗9,8ms2 ¿¿1m)=4,4m /s¿

c)H=−voy t−gt 2

2

−0,800=4,4 ms=cos60ot−4,9m /s2 t 2

El primer tiempo es negativo y el segundo tiempo da: 0,45s

a) De acuerdo a la figura. Primero resuelvo entre A y B aplicando la segunda ley de newtonb) Como el bloque parte del reposo en el punto A la velocidad instantánea es igual a cero. Y al ser constante la aceleración.c) Para determinar el alcance R se aplica lanzamiento parabólico entre B y C

Octavio Cardona


R=4,4 sen6 0o (0,45 s )=1,71md)t total=t AB+ tBCΔ x 1

2at2

t AB=√ 2 Δ xa

=√ 0,8∗1m4,9m /s2=0,16 s

e)la masa no influye ya que se simplifica en todos los cálculos donde aparece, es decir con un objeto de mayor o menor masa los resultados serían los mismos.

Observaciones:

Temática: Fuerzas de fricción.

Ejercicio No 3.

En el sistema que se presenta a continuación, las masas m1 y m2, tienen valores de 3.50 kg y 8.00 kg, respectivamente, el triángulo presentado es isósceles, de tal manera que ángulo de la base es de 35.0o. Sí la aceleración del sistema es de 1.50m/s2, determine el coeficiente de fricción cinético entre el bloque y la pendiente, suponiendo que su valor, es el mismo en ambas pendientes.Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o


Nombre y apellido del estudiante que realiza el aporte y tipo de aporte que realiza.

m1= 3,5kgm2= 8kgAngulo=35.0 gradosAceleración=

1.50 ms2

Bloque m1S FX= T-P1X-FR1=m1*aP1x=P1 sen35=m1 g sen 35P1x=3,5*10*sen35= 20 NewtonP1x= 20 newtonS FY=P1Y-N1=0P1Y=N1 Pero: P1=m1gP1Y=P1 cos 35 =m1 g cos 35P1Y= 3,5*10*cos 35= 28,67 NewtonP1Y= N1= 28,67 NewtonFR1= m cin N1 FR1= m cin * (28,67)

FR1, FR2 que se oponen a que el sistema se desplace hacia la derecha.Se realizan varias ecuaciones con el fin de determinar el coeficiente de fricción.Tambien resolviendo las ecuaciones, se encuentra la aceleración del sistema.Y a lo último se halla la tensión de la cuerda.

Octavio Cardona


T- m1 g sen 35 – 28,67 m cin = m1 a (ecuación 1)

Bloque m2S FX= P2X –T –FR2=m2*aPero:P2X=P2 sen 35= m2g sen 35P2X= 8*10* sen 35= 45,88 NewtonS FY= P2Y- N2=0P2Y=N2 Pero P2=m2gP2Y= P2 cos 35= m2 g cos 35P2Y=8*10*cos 35=65,53 NewtonP2Y= N2=65,53 Newton Pero: FR2= m cin N2 FR2= m cin*(65,53)M2g sen 35 –T - FR2= m2aM2g sen 35 –T- 65,53 m cin= m2 (a ecuación 2)T−m 1gsen35−28,67 μcin=m1a (ecuación1)m 2gsen 35−T−65,53 μcin=m2a (ecuación 2)-m1 g sen 35 -28,67 m cin + m2 g sen 35-65,53 m cin= m1 a + m2 aA (m1 + m2)= m1 g sen 35 + m2 g sen 35 – 28,67 m cin – 65,53 m cinA (m1 + m2)= -20 + 45,88- 28,67 m cin – 65,53 m cin1,5(3,5+8)=25,88-94,2m cin1,5(11,5)=25,88 -94,2m cin17,25 =25,88- 94,2m cin94, 2 m cin = 25,88 – 17,2594,2 m cin = 8, 63

μcin=8,6394,2

=9,161∗10−2

Tensión de la cuerdaT – m1 g sen 35 -28,67 m cin= m1 a (ecuación 1)T -20 – 28,67 m cin= 3,5 * 1,5T(-28,67)*9,161*10-2= 5,25 + 20T -2,6264=25,25


T= 27,876 Newton

Observaciones:

Ejercicio No 4.

En la figura se muestra un cuerpo en reposo de masa de 10.0 kg que esta sobre una superficie horizontal sin fricción (AB), al cuerpo se le aplica una fuerza constante de 25.0 N formando un ángulo (𝜙) de 27.0° con la horizontal. Después de recorrer la superficie horizontal de 30.0 m, la fuerza deja de ser aplicada y el cuerpo ingresa a una superficie rugosa (BC) cuyo coeficiente de fricción es de 0,300. Calcular: a) El valor de la aceleración del cuerpo en el instante en que deja la superficie sin fricción y b) la distancia que alcanza a recorrer en la superficie con rugoza hasta que se detiene.Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o




Observaciones:

Temática: Trabajo realizado por una fuerza constante y una fuerza variable.

Ejercicio No 5.

La fuerza que actúa sobre una partícula varía como se muestra en la figura. Encuentre el trabajo invertido por la fuerza en la partícula conforme se mueve… (a) De x=0.00m a x=4.50 m; (b) de x=0.00ma x=15.00 m. (c) Existe cierto punto A sobre el eje “x” tal que el trabajo realizado por esta fuerza en el intervalo [ x A ,15.0 m ] vale cero. Encuentre el valor de x A



Fuerza sobre partícula a) x=0.00m a x=4.50m b) x=0.00 a x= x=15.00m

a)De x=0 a x=4,5mts

A1=Base∗altura

2=4,5∗3

2=13,5

2=6,75 julios

b)De x=0mts a x=10mts

A2=Base∗altura

2=10∗3

2=30

2=15 julios

c)Suma total = 6,75 julios + 15 julios= 21,75 julios

a) Se toma la base y se multiplica por la altura y lo resultante se divide en 2, esto da un resultado en julios, lo mismo en la parte b del ejercicio.c) se suman los valores totales

Octavio Cardona


Observaciones:

Ejercicio No 6.

Considere un cuarto de bodega rectangular, de 7.50 m de largo por 6.50 m de ancho. Los vértices se rotulan como se muestra en la figura. Un trabajador empuja por el piso una caja de mercancía pequeña pero pesada (20.0 kg). El coeficiente de rozamiento cinético entre la caja y el suelo vale 0.280. Determine el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento que actúa sobre la caja para cada una de las siguientes trayectorias (cada flecha indica el segmento rectilíneo que conecta los puntos marcados en sus extremos): (a) A --> C (b) A --> D --> C (c) A --> D --> B --> C (d) Explique por qué los anteriores resultados demuestran que la fuerza de rozamiento no es conservativa.Datos del ejercicio

Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado:


Cuarto de bodega 7.50 m de largo, 6.50 m de anchoCaja peso (20.0Kg)Suelo 0.280

a) Distancias: Ancho=6.50m largo:7.50mDiagonal= √6.502+7.502=10

b) Fuerzas en el eje verticalN−m∗g=0→N=¿g

c) Fuerza de fricciónF f=¿ μ∗N= μ∗m∗g=0,280∗20∗9,81=54,936¿N

Solución:

a)Trayectoria de A-CW=F f∗d=54,936N∗10m=549,36Nmb) Trayectoria A-D-C

Se halla primero la hipotenusa por medio de la raíza cuadrada entre el ancho y el largo.También hay que hallar la fuerza de fricción, y las fuerzas en el eje vertical.

Octavio Cardona


W1=F f∗d=54,936 N∗6,5m=357,084 NmW2=F f∗d=54,936N∗7,5m=412,02NmW=W 1+W 2=357,084Nm+412,02Nm=769,104Nmc)Trayectoria A-D-B-C

W 1 F f∗d=54,936N∗6,5m=357,084NmW 2=F f∗d=54,936N∗10m=549,36 NmW 3=F f∗d=54,936N∗6,5m=357,084 Nm

W=W1+W2+W3=357,084Nm+549,36Nm+357,084Nm=1263,528Nmd)La fuerza de rozamiento siempre es contraria al movimiento por ende el desplazamiento no es trascendental ya que dependiendo de la distancia que recorre a lo largo de su trayecto genera un trabajo negativo al ser opuesto al movimiento prueba de ello es como en los puntos anteriores inicia el movimiento en A y termina en C, y el trabajo es diferente por cada camino que se tome.

Observaciones:

Temática: Energía cinética y el teorema del trabajo y la energía.

Ejercicio No 7.

Un martillo de acero con masa de 205 kg se levanta 2.50 m sobre el tope de una viga en forma de I vertical, que se está clavando en el suelo. El martillo se suelta, metiendo la viga -I- otros 3.20 cm en el suelo. Los rieles verticales que guían el martillo ejercen una fuerza de fricción constante de 55.0 N sobre éste. Use el teorema trabajo-energía para determinar a) la rapidez del martillo justo antes de golpear la viga-I y b) la fuerza media que el martillo ejerce sobre la viga-I. Ignore los efectos del aire.Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o Nombre y apellido del

estudiante que realiza



el aporte y tipo de aporte que realiza.

Masa del martillo=205KgSe levanta 2.50mSe suelta 3.20mFricción constante =55.0N

a)Del punto 1 al punto 2, las fuerza verticales son el peso

hacia abajo w=(205kg)9.8 ms2 =2.009N hacia abajo, y la

fuerza de fricción f=55.0N hacia arribaWtot=(w−f )s12=(2.009N ) (3.20m )=6428,8 J

Wtot=K2−K 1=K 2−0=12mv2

2−0

V 2=√ 2wtot

m=√ 2(6428 J )

205Kg=7,91m/ s

Esa es la rapidez del martillo antes de golpear la vigab)W tot=(w− f−n)s23

W tot= (w−f−n ) s23=K 3−K 2

n=w−f− K3−K 2s23

=2009N−55.0 N−0 J−6428 J0.074m

=88.818N

La fuerza hacia abajo hacia abajo que el martillo ejerce sobre la Viga tiene esta magnitud 88.818N más de 40 veces el peso del martillo.

Usamos el teorema trabajo-energía para relacionar la rapidez del martillo en distintos lugares con las fuerzas que actúan sobre él.Nos interesan tres posiciones el punto 1 donde el martillo parte del reposo, el punto 2 donde hace contacto primero con la viga y el punto 3, donde el martillo se detiene

Octavio Cardona

Observaciones:

Ejercicio No 8.


Un vagón de 4.50×103 kg rueda a lo largo de una vía recta con fricción despreciable. El vagón se lleva al reposo mediante una combinación de dos resortes de espiral, como se ilustra en la figura. Ambos resorte se describen mediante la Ley de Hooke con constantes de elasticidad k1=1.20×103 N/m y k 2=2.90×103 N/m. Después de que el primer resorte se comprime una distancia de 30.0 cm, el segundo resorte actúa junto con el primero para aumentar la fuerza mientras se presenta una compresión adicional como se muestra en la gráfica. El vagón llega al reposo 20.0 cm después de que empieza a obrar de manera simultánea el segundo resorte. Encuentre la rapidez inicial del vagón. (Figura tomada de Física para Ciencias e Ingeniería, 7a edición, Serway/Jewett.)



Peso Vagón 4.50 x 103 kgElasticidad:

k 1=1.20 x103 Nm

k 2=2.90 x 103N /mDistancia de compresión: 30.0cmReposo: 20cm

12¿

12(K 1+K 2)(deltax2)2

12x1200 N

mx0.302m2+ 1

2x (2900+1200 ) N /mx 0.202m2

=54+82=136JSi el vagón traía una velocidad Vo su energía cinética era= 1/2x 4500 kgx Vo2

12masadel vagon xv02=136 j

V o2=2 x136 j4500 kg

=0.006m/ s2 Vo=0.246 m/s

Se plantea igualar la energía cinética del vagón al tocar el primer muelle con la energía elástica total de ambos al detenerlo.Energía potencial elástica acumulada por el primer resorteEnergía potencial elástica acumulada por los dos resortes en paralelo.

Octavio Cardona


Observaciones:

Temática: Potencia.

Ejercicio No 9.

A continuación se plantean dos situaciones, con el fin de que se determine la potencia que requiere un móvil, bajo ciertas circunstancias. (a) Un móvil de 1350 kg asciende una colina de 9.80º a una velocidad constante de 75 km/h y (b) el mismo acelerando sobre una superficie horizontal desde 85.0 km/h hasta 105 km/h en 5.56 s; para la determinación de la potencia, debe tener en cuenta que la fricción entre las llantas del móvil y el pavimento es de 580 N durante el recorrido.Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o



Peso del móvil:1350 kgAscenso de la colina :9.80 gradosVelocidad constante: 75 km/hAceleración 85.0km/h hasta 105 km/h en 5.56s580N

a)

F=mgsen (9.8 0o )+580=(1350 kg x10 ms2 x0.17)+580=2875N

2875N(75000/3600) m/seg= 60Kwatts aprox.

b) ((105−85 ) x 10003600

)¿/5.56=5.555.56

=1m /se g2

(fuerza impulsora-580)=1350 kgx 1m /se g2

Fuerza impulsora= 1350+580=1930NEspacio recorrido acelerando =

Vot+ 12a2=(( 85000

3600 ) x5.56)+1

2 x1m

se g2 x5.56 2=131.28+15.457=146.73metros

Trabajo realizado por fuerza impulsora=1930Nx146.73m=283200J

Potencia=283200 J/5.56s=50.93 Kwatts

a)Fuerza impulsora del vehículoConstruir el DLC fuerza impulsora (hacia arriba de la pendiente) que deberá igualar a las componentes del peso + fuerza de rozamiento.b) La única fuerza a vencer sería la de frotamiento contra pavimento.

Octavio Cardona


Observaciones:


CONCLUSIONES

Con este trabajo se dio a conocer sobre las leyes de movimiento, fuerza de fricción, y todo lo

relacionado con energía y teorema del trabajo y así poder encontrar su funcionamiento en la vida

cotidiana y como tienen que ver directamente con la física. Se adquirió conocimiento en el asunto

propuesto y su planteamiento. (Luis Carreño, 2016)

Asimismo por medio esta actividad se logró consolidar sobre todo lo visto en el entorno de la

Unidad 2, esto nos permitió hacer una observación más a fondo de los ejercicios propuestos y las

temáticas de acción, se dedujo del tema propuesto y se llevó a cabo por medio del análisis,

estudio y comparación de diferente ideas y se referenciaron en formato escrito. (Luis Carreño,

2016)

Se aportó ideas dentro del foro colaborativo para solucionar los inconvenientes que se

presentaron durante el transcurso de la actividad. También se puede decir que se adquirió

conocimiento durante la realización del trabajo, se obtuvieron experiencias relacionadas con la

redacción, la organización y atribución de factores en el planteamiento final. (Luis Carreño,

2016)


Bibliografía

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