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COLEGIO LOS ROBLES

Guía de Problemas de Física 2009

Nombre y Apellido: (en imprenta) …………………………………………………………………………………………

1° Polimodal Div: E - H Fecha: …………………………

Firma del Profesor: ………………………………

Los problemas propuestos serán resueltos en el pizarrón, por el Ing. Roberto Fratantoni durante el transcurso del año. El alumno deberá copiar la resolución a continuación de los enunciados, en los espacios libres previstos en la propia guía. Es indispensable que cada alumno tenga ésta guía gratuita para aprovechar al máximo las clases de Física. Temas a desarrollar:

- Vectores y trigonometría. (Cáp. 1) - Cinemática en una y dos dimensiones, encuentros. (Cáp. 2) - Tiro oblicuo. Gráficos. (Cáp. 3) - Movimiento relativo. (Cáp. 3)

- Dinámica de la partícula (Leyes de Newton). (Cáp. 4 y 5) - Trabajo y energía mecánica. (Cáp. 6 y 7)

- Choque en dos dimensiones. (Cáp. 8) - Fluidos, hidrostática. (Cáp. 14)

Esta guía se ofrece en forma gratuita, en pdf. Se sugiere imprimir en hojas A4 y luego anillarla

Guia de Fisica 1.4.doc RF Página 1 de 31

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Programa anual de Física de 1° año (2009) Prof. Ing. Roberto Fratantoni

Unidad 1: Unidades - Cantidades Física – Vectores Serie de unidades – Conversión de unidades – Cifras significativas –– Notación científica – Magnitudes escalares y vectoriales – Componentes de vectores – Vectores unitarios - Operaciones con vectores – Suma, producto escalar y producto vectorial de dos vectores. Unidad 2: Movimiento en Línea Recta Desplazamiento – Tiempo – Velocidad media e instantánea – Aceleración media e instantánea – Movimiento con aceleración constante – Cuerpos en caída libre. Unidad 3: Movimiento en dos y tres dimensiones Vector posición; vector velocidad; vector aceleración – Movimiento de proyectiles Unidad 4: Leyes del Movimiento de Newton Fuerza – Primera ley de Newton y segunda ley de Newton – Masa y peso - Tercera ley de Newton – Masa y peso. Unidad 5: Aplicaciones de las leyes de Newton Diagrama de cuerpo libre - Fuerzas de fricción - Movimiento circular uniforme y acelerado. Sistemas en equilibrio - Momento de torsión – Condiciones de equilibrio. Unidad 6: Trabajo y Energía Cinética Trabajo y energía cinética. Unidad 7: Energía Potencial y Conservación de la Energía Energía potencial gravitatoria; energía potencial elástica – Fuerzas conservativas y no conservativas. Unidad 8: Cantidad de Movimiento – Choques Cantidad de movimiento - Conservación de la Cantidad de Movimiento – Choques elásticos e inelásticos – Centro de masa – Centro de gravedad. Unidad 9: Mecánica de los Fluidos Densidad – Presión en un fluido – Principio de Pascal - Flotación – Principio de Arquímedes. Nota: En todas las unidades se harán resoluciones de problemas con una Guía de Problemas resulta por el Profesor.


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1.38 Un empleado postal conduce su camión por la ruta de la figura. Use el método de las componentes para determinar la magnitud y dirección de su desplazamiento resultante. En un diagrama de suma de vectores, muestre que el desplazamiento resultante, obtenido en el diagrama coincide cuantitativamente con el obtenido con el método de componentes.


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1.65 Tres cuerdas horizontales tiran de una piedra grande medio enterrada en el suelo, produciendo los vectores de fuerzas A; B; y C. Obtenga la magnitud y dirección de una cuarta fuerza aplicada a la piedra que haga que el vector sumatoria de las cuatro fuerzas sea cero.


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1.71 Un esquiador viaja a campo traviesa 2,80 km en una dirección 45,0° al oeste del sur (SW), luego 7,40 km en una dirección 30,0° al norte del oeste (NW) y por último 3,30 km en la dirección 22,0° al sur del oeste. a) Muestre los desplazamientos del esquiador en un par de eje cartesianos (x;y). b) ¿A qué distancia está el esquiador del punto de partida?


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2.00 Juan y Maria están junto a un aljibe. María le pregunta a Juan, qué profundidad tiene el aljibe hasta la superficie del agua. Él le contesta que se puede calcular fácilmente. Para esto sueltan una piedra y le toman el tiempo en que la piedra golpea contra la superficie del agua. Ellos escuchan el golpe de la piedra con el agua a los 3,80 segundos después de haberla soltado en la parte superior del aljibe. Maria sabe que la velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 340 m/s, por lo tanto se proponen a hacer las cuantas y obtener la profundidad del aljibe. ¿Qué valor de profundidad obtuvieron?


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2.01: Un camión pasa por un puesto caminero de policía a velocidad constante no permitida (90 km/h = 25 m/s). En el mismo instante en que el camión pasa por el puesto policial, sale una moto de la policía en su persecución con aceleración 5 m/s2. ¿En que posición alcanzará la moto al camión? Graficar x = f(t) ; v = f(t) y a = f(t) para ambos móviles en un mismo gráfico.


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2.21 Un antílope con aceleración constante, cubre la distancia de 70 m entre dos puntos, en 7 segundos. Su rapidez al pasar el segundo punto, es de 15 m/s. A) ¿Qué rapidez tenía en el primero? B) ¿Qué aceleración tiene?


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2.45: Un estudiante lanza un globo lleno de agua, verticalmente hacia abajo desde un edificio imprimiéndole una rapidez inicial de 6 m/s. Puede despreciarse el rozamiento con el aire. Una vez soltado el globo se encuentra en caída libre.

Para su resolución, no se olvide de hacer un esquema del enunciado y ponga un sistema de referencias.

a) ¿Qué rapidez tiene después de caer durante 20 segundos? b) ¿Qué distancia cae en ese lapso? c) ¿Qué magnitud tiene la velocidad después de caer 10 metros? d) Graficar y(t) ; v(t) ; a(t)


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3.12 Una nadadora de 540 N de peso se lanza desde un risco con un impulso inicial horizontal distinto de cero. ¿Qué rapidez mínima debe tener al saltar de lo alto del risco para no chocar con la cornisa en la base, que tiene 1,75 m de ancho y está a 9,00 m abajo del borde del risco.


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3.68 Enriqueta va a su clase de Física trotando por la vereda a 3,05 m/s. Su esposo Bruno se da cuenta de que ella salió con tanta prisa que olvidó su almuerzo, así que corre hasta la ventana de su departamento, que está a 43,9 m de altura para lanzárselo. Bruno lanza el almuerzo horizontalmente, 9 segundos después de que Enriqueta ha pasado debajo de la ventana y ella lo atrapa corriendo. Haga caso omiso de la resistencia del aire. ¿Con qué rapidez inicial debe haber lanzado Bruno el almuerzo para que Enriqueta lo atrape justo antes de tocar la vereda? Grafique en un mismo gráfico los desplazamientos (en función del tiempo) del almuerzo y de Enriqueta e indique el punto de encuentro.


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3.40 (velocidad relativa) Un piloto de avión desea volar al oeste. Un viento de 80 km/h sopla al sur. (a) Si la rapidez en el aire estacionario del avión es de 320 km/h. ¿qué rumbo debe tomar el piloto? (b) ¿cuál es la rapidez del avión sobre el suelo? Ilustre la resolución con un diagrama vectorial.


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3.42 Un río fluye al sur a 2m/s. Un hombre cruza el río en una lancha de motor con velocidad relativa al agua de 4,2 m/s al este. El río tiene 800 m de ancho. (a) ¿Qué velocidad tiene la lancha relativa a la Tierra? (b) ¿cuánto tiempo tarda en cruzar el río? (c) ¿a qué distancia al sur del punto de partida llegará a la otra orilla?


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4.4 Un hombre arrastra un baúl por una rampa de una camión de mudanzas. La rampa está inclinada 20° y el hombre tira con una fuerza F que tiene una dirección de 30° respecto de la rampa. A) ¿qué fuerza F se necesita para que la componente Fx paralela a la rampa, sea de 60 N? B) ¿cuanto vale la componente Fy?


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4.39 B Dos cajas de 4 kg y 6 kg descansan sobre una superficie con fricción, unidas por una cuerda de masa despreciable. El coeficiente de fricción cinético es µk = 0,1. Una mujer con zapatos de golf (para tener mayor tracción) aplica una fuerza horizontal F, a la caja de 6 kg como se indica en la figura y le imparte una aceleración de 2,50 m/s2. a) Calcule la tensión T que hay en la soga que une las dos cajas. No se olvide de hacer un diagrama de cuerpo libre para cada caja, y de poner un sistema de referencia.


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5.23 Un trabajador de una bodega empuja una caja de 11,2 kg en una superficie horizontal con rapidez constante de 3,5 m/s. El coeficiente de fricción cinética entre la caja y la superficie es de 0,2. (a) ¿Qué fuerza horizontal debe aplicar el trabajador para mantener el movimiento? (b) Si se elimina la fuerza, que distancia se desliza la caja antes de detenerse?


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5.24 Una caja de bananas que pesa 40 N descansa en una superficie horizontal. El coeficiente de fricción estático entre la caja y la superficie es 0,40 y el coeficiente de fricción cinético es de 0,20. A) si no se aplica ninguna fuerza horizontal a la caja en reposo, ¿Qué tan grande es la fuerza de fricción ejercida sobre la caja? B) ¿qué magnitud tiene la fuerza de fricción si un mono aplica una fuerza horizontal de 6 N a la caja en reposo? C) ¿qué fuerza horizontal mínima debe aplicar el mono para poner es movimiento la caja? D) ¿y para que siga moviéndose con velocidad constante una vez que haya comenzado a moverse? E) si el mono aplica una fuerza de horizontal de 18 N, ¿qué magnitud tiene la fuerza de fricción y que aceleración tiene la caja?


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5.36 Una caja de 25,0 kg con libros de texto está en una rampa de carga que forma un ángulo con la horizontal. El coeficiente de fricción o coeficiente de rozamiento cinético es de 0,25 y el estático es 0,35. A) al aumentar el ángulo, determine el ángulo mínimo con que la caja comienza a resbalar. B) calcule la aceleración que adquiere la caja cuando se empieza a mover. C) calcule la rapidez que adquiere la caja una vez que resbaló 5 m por la rampa.


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5.60 Un bloque de masa m1 se coloca en un plano inclinado de ángulo α, conectado a un bloque colgado de masa m2 mediante una soga que pasa por una polea pequeña sin fricción. Los coeficientes de rozamiento estático y cinético son µe y µc. A) Determine la masa m2 tal que el bloque m1 sube por el plano inclinado. B) ¿En qué intervalo de valores de m2, los bloques permanecen en reposo si se sueltan del reposo?


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6.10 a) Calcule la energía cinética, en joules, de un auto de 1600 kg de masa que viaja a 50 km/h. b) ¿en qué factor cambia la energía cinética si se duplica la rapidez?


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Cáp. 6 T-20 Una bala de 15 g (gramos) posee una velocidad de 1,2 km/s. (a) ¿Cuál es su energía cinética en Joules?. (b) Si la velocidad se reduce a la mitad ¿cuál será su energía cinética?


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Cáp. 6 T-22 Una masa de 6 kg en reposo se eleva a una altura de 3 m con una fuerza vertical de 80 N. Determinar (a) el trabajo realizado por la fuerza. (b) el trabajo realizado por la gravedad y (c) la energía cinética final de la masa.


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Cáp. 6 T-23 Una fuerza constante de 80 N actúa sobre una caja de masa 5 kg que se está moviendo en la dirección de la fuerza aplicada con una velocidad de 20 m/s. Tres segundos después, la caja se mueve con una velocidad de 68 m/s. determinar el trabajo realizado por esta fuerza.


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7.49 Una piedra de 20 kg baja deslizándose por una colina nevada partiendo del punto “A” con una rapidez de 10 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 el resorte distendido. Después de entrar en la región áspera, la piedra recorre 100 m y choca con el resorte cuya constante de elasticidad “k” vale 2 N/m. El coeficiente de fricción cinético µc = 0,20. a) ¿Qué rapidez tiene la piedra al llegar al punto “B”. b) ¿Qué distancia comprimirá al resorte, la piedra antes de tenerse?


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7.65 En un puesto de carga de camiones de una oficina de correos, un paquete de 0,2 kg se suelta del reposo en el punto “A” de una vía que forma un cuarto de circulo con radio 1,60 m como se ve en la figura. El paquete es tan pequeño relativo a dicho radio que puede tratarse como una partícula. El paquete se desliza por la vía y llega al punto “B” con una rapidez de 4,8 m/s. A partir de ahí, el paquete se desliza 3 m sobre una superficie horizontal hasta el punto “C”, donde se detiene. ¿Que coeficiente de fricción cinética tiene la superficie horizontal?


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8.27 Un disco de jockey B descansa sobre hielo lizo y es golpeado por otro disco A que viajaba a 40,0 m/s y se desvía 30,0° respecto de su dirección original. El disco B adquiere una velocidad a 45° respecto a la velocidad original de A. Los discos tienen la misma masa. (a) Calcule la rapidez de cada uno después del choque. (b) ¿Qué fracción de la energía cinética de A de disipa durante el choque?


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8.34 En el cruce de la Av. Texas y el Paseo Universitario, un auto azul de 950 kg que viaja al este por el Paseo Universitario, choca con una camioneta marrón de 1900 kg que viaja al norte por la Av. Texas y cruzó con el semáforo en colorado. (ver figura). Los dos vehículos quedan pegado, después del choque y se deslizan a 16 m/s el dirección 24° al este del norte. Calcular la rapidez de los dos vehículos antes del choque. El choque tiene lugar durante una tormenta, por lo tanto las fuerzas de fricción entre el pavimento y los neumáticos pueden considerarse despreciables.


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14.2 (Densidad) El radio de la Luna es de 1740 km y su masa de 7,35 x 1022 kg. Calcule su densidad. 14.7 (Presión) ¿A qué profundidad del mar hay una presión manométrica de 1,00 x 105 Pa?


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14.A ¿Qué fuerza actúa hacia abajo, en una habitación de 4m x 5m x 3m de altura? 14 B (Prensa hidráulica) ¿Qué fuerza debe haber un mecánico para elevar un auto que pesa 1000 kg, a una altura de 2 m, si las áreas de los cilindros que hay en un elevador hidráulico son de 400 mm2 y 200 mm2?


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14 C (principio de Arquímedes) Una estatua de oro macizo de 15 kgf de peso, está siendo levantada de un barco hundido. (a) ¿qué tensión hay en cable cunado la estatua está en reposo pero sumergida y sin tocar el fondo? (b) ¿Cuál es la tensión del cable si la estatua está fuera del agua?


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1) T 13-43 Un trozo de corcho pesa 0,285 N en el aire. Cuando se le mantiene sumergido bajo el agua mediante un dinamómetro, como se ve en la figura se lee en la escala del mismo 0,855 N. hallar la densidad del corcho.


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