problemario 2 departamental

1. Un almacenista empuja una caja por el piso, como se indica en la figura 4.31, con una fuerza de 10 N que apunta 45º hacia abajo de la horizontal. Obtenga las componentes horizontal y vertical de la fuerza. 2. Un hombre arrastra hacia arriba un baúl por la rampa de un camión de mudanzas. La rampa está inclinada 20.0º y el hombre tira con una fuerza cuya dirección forma un ángulo de 30.0° con la rampa (figura 4.32). a) ¿Qué se necesita para que la componente Fx paralela a la rampa sea de 60.0 N? b) ¿Qué magnitud tendrá entonces la componente Fy perpendicular a la rampa? 1 00 s? b) Si se aplica otra vez esa fuerza en t =5.250 N al disco.00 m/s2.0 N a la caja y produce una aceleración de 3.3. y deja de aplicarla en t=2. paralela al eje x. Una caja descansa sobre un estanque helado que actúa como superficie horizontal sin fricción. Si un pescador aplica una fuerza horizontal de 48. ¿qué aceleración horizontal se produce? 4.00 s.00 s? 2 . que es y sin fricción. un jugador aplica una fuerza de 0. a) ¿Qué posición y rapidez tiene el disco en t =2.00 s. Si se aplica una fuerza neta horizontal de 132 N a una persona de 60 kg que descansa en el borde de una alberca.160 kg está en reposo en el origen (x = 0) sobre la pista. Un disco de hockey con masa de 0. En el tiempo t =0. ¿qué masa tiene la caja? 5. ¿qué posición y rapidez tiene el disco en t = 7. 0 kg de masa descansa en un piso horizontal.80 g.0 lb) a la bola. que tiene cierta fricción. Usted empuja la silla con una fuerza F = 40. 8. El jugador aplica una fuerza horizontal de 16º0 N (36. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre claramente marcado para la silla.2 N. y la silla se desliza sobre el piso.6. Una silla de 12.0 N dirigida con un ángulo de 37. La masa de la bala es de 1.0° bajo la horizontal. a) ¿Cuánto tarda la bala en detenerse? b) ¿Qué fuerza (en N) ejerce el árbol sobre la bala? 3 . penetrando a una profundidad de 0. b) Use su diagrama y las leyes de Newton para calcular la fuerza normal que el piso ejerce sobre la silla. ¿Qué magnitud tiene la aceleración horizontal de la bola? 7.130 m. Una bola de bolos pesa 71. Una bala de rifle calibre 22 que viaja a 350 m/s golpea un árbol grande. Suponga una fuerza de frenado constante. a) Calcule la magnitud y dirección de la fuerza más pequeña que el niño debería ejercer. b) Si el niño ejerce la fuerza mínima obtenida en el inciso a).0 m/s2 en la dirección +x.0 km/h en una distancia igual al diámetro de una moneda de 10 centavos de dólar (1.9. Dos adultos y un niño quieren empujar un carrito con ruedas en la dirección x de la figura 4.8 cm)? 4 . ¿Qué fuerza neta sería necesaria para detener un auto de 850 kg que viaja a 45. Se pueden despreciar los efectos de la fricción. el carrito acelerará a 2.36. Un anuncio asegura que cierto automóvil puede “parar en un diez”. ¿Cuánto pesa el carrito? 10. Los adultos empujan con fuerzas horizontales F1 y F2 como se muestra en la figura. 38). unidas por una cuerda delgada (figura 4.00 kg? b) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la caja de 4. descansan en la superficie horizontal sin fricción de un estanque congelado. a) ¿Qué aceleración tiene la caja de 4.00 kg y le imparte una aceleración de 2. Una mujer (con zapatos de golf que le dan tracción sobre el hielo) aplica una fuerza horizontal F a la caja de 6.00 kg. la fuerza T o la fuerza F? d) Use el inciso c) y la segunda ley de Newton para calcular la magnitud de la fuerza F. 5 .00 kg y úselo junto con la segunda ley de Newton para calcular la tensión T en la cuerda que une las dos cajas.00 kg y la otra de 6. ¿Qué dirección tiene la fuerza neta sobre esta caja? ¿Cuál tiene mayor magnitud. una de 4. Dos cajas.11.00 kg.50 m/s2. c) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la caja de 6. Suponga que la aceleración de la cabeza del martillo es constante mientras está en contacto con el clavo y se mueve hacia abajo.2 m>s hacia abajo es detenido en una distancia de 0. la persona que lo usa le aplica una fuerza descendente de 15 N. ¿Qué fuerza ejerce ahora la cabeza del martillo sobre el clavo.9 N con velocidad inicial de 3.12. b) Calcule la fuerza hacia abajo ejercida por la cabeza del martillo sobre el clavo mientras está en contacto con él y moviéndose hacia abajo.45 cm por un clavo en una tabla de pino. Además del peso. Identifique la fuerza de reacción a cada fuerza de acción del diagrama. mientras está en contacto con él y moviéndose hacia abajo? 6 . Las fuerzas descendentes sobre el martillo son las mismas que en el inciso b). a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la cabeza del martillo. c) Suponga que la tabla es de madera dura y la distancia que el martillo recorre al detenerse es de sólo 0. Un martillo de 4.12 cm. 39 están unidos por una cuerda gruesa uniforme de 4. como se indica. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para el bloque de 6. Se aplica una fuerza de 200 N hacia arriba.00 kg y uno para el bloque de 5. Para cada fuerza.00 kg. indique qué cuerpo la ejerce.13. Los dos bloques de la figura 4.00 kg. uno para la cuerda de 4.00 kg. b) ¿Qué aceleración tiene el sistema? c) ¿Qué tensión hay en la parte superior de la cuerda? d) ¿Y en su parte media? 7 . De esta forma. c) ¿Qué tan fuerte empuja la superficie de la rampa al auto? 8 . Un estudiante trata de levantar una cadena que consta de tres eslabones idénticos. por medio de la cuerda. el estudiante ejerce. La cadena está colgada verticalmente de una cuerda.0° por arriba de la superficie de la rampa. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para cada eslabón de la cadena y también para toda la cadena considerada como un solo cuerpo. Sobre una rampa muy lisa (sin fricción). b) Obtenga la tensión en el cable.0° por arriba de la horizontal. un automóvil de 1130 kg se mantiene en su lugar con un cable ligero. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para el auto. 15. como se muestra en la figura 5. El cable forma un ángulo de 31. y la rampa misma se eleva a 25. el estudiante sostiene el extremo superior del cordel y tira hacia arriba. Cada uno tiene una masa de 300 g.14. una fuerza de 12 N hacia arriba sobre la cadena.45. b) Use los resultados del inciso a) y las leyes de Newton para calcular: i) la aceleración de la cadena y ii) la fuerza ejercida por el eslabón superior sobre el eslabón central. 00 kg. a) ¿Qué ángulo forma la rampa con la horizontal? b) ¿Cuál sería la rapidez del hielo en la base de la rampa.0 N paralela a la superficie de la rampa? 17.16. si al movimiento se opusiera una fuerza de fricción constante de 10. Una estudiante de física que juega con una mesa de hockey de aire (sin fricción) observa que. liberado del reposo en la parte superior de una rampa sin fricción de 1.80 m/s a lo largo de la mesa. Un bloque de hielo de 8. que la mesa no está nivelada y calcula correctamente su inclinación a partir de la información mencionada. al llegar el disco al otro lado se ha desviado 2.80 m/s. Ella concluye.50 cm a la derecha. ¿Cuál es el ángulo de inclinación? 9 . de 1. si imparte al disco una velocidad de 3. atinadamente. pero aún con una componente de velocidad longitudinal de 3.75 m.50 m de longitud. se desliza hacia abajo y alcanza una rapidez de 2.50 m>s en la base de la rampa. 18. Ambas cajas se mueven juntas a rapidez constante de 15. Usted está bajando dos cajas. en tanto que el coeficiente de fricción estática entre ambas cajas es de 0. tirando de una cuerda paralela a la superficie de la rampa.0 cm/s.444. El coeficiente de fricción cinética entre la caja y la superficie es de 0. ¿qué distancia se deslizaría la caja antes de parar? 19. una encima de la otra.20.800. Un trabajador de bodega empuja una caja de 11. por la rampa que se muestra en la figura 5.50 m/s. El coeficiente de fricción cinética entre la rampa y la caja inferior es 0. a) ¿Qué fuerza deberá ejercer para lograr esto? b) ¿Cuáles son la magnitud y la dirección de la fuerza de fricción sobre la caja superior? 10 .2 kg de masa sobre una superficie horizontal con rapidez constante de 3. a) ¿Qué fuerza horizontal debe aplicar el trabajador para mantener el movimiento? b) Si se elimina esta fuerza.53. b) Un gato.25. Considere el sistema de la figura 5.54. ¿Con qué rapidez debemos conducir en pavimento húmedo para poder parar en la misma distancia que en el inciso a)? (Nota: bloquear los frenos no es la forma más segura de parar.7 m/s (unas 65 mi/h) bloqueando los frenos? b) En pavimento húmedo. Si ahora el bloque B se pone en movimiento hacia abajo. desciende con rapidez constante. a) Si el coeficiente de fricción cinética entre neumáticos y pavimento seco es de 0. ¿qué aceleración (magnitud y dirección) tendrá? 11 . Una vez que el bloque B se pone en movimiento hacia abajo.) 21. El bloque A pesa 45.0 N. Distancia de frenado.80.20. a) Calcule el coeficiente de fricción cinética entre el bloque A y la superficie de la mesa. ¿cuál es la distancia mínima para detenerse un automóvil que viaja a 28. el coeficiente de fricción cinética podría bajar a 0.0 N.0 N y el bloque B pesa 25. se queda dormido sobre el bloque A. que también pesa 45. Una mujer empuja la caja con fuerza F y un ángulo θ bajo la horizontal. Ruedas. ¿qué aceleración horizontal imprimirá esa fuerza de 160 N? 23.52 y el coeficiente de fricción cinética es de 0. Suponga que determina que se requiere una fuerza horizontal de 160 N. Los coeficientes de fricción entre la caja y el piso son µs y µk. 12 .018.3 kg y coeficiente de fricción de rodamiento de 0. Calcule dicho valor crítico de µs.22. la mujer no podrá poner en movimiento la caja por más fuerte que empuje.47. Una caja grande de masa m descansa en un piso horizontal. para deslizar una caja con rapidez constante por la superficie de un piso nivelado. El coeficiente de fricción estática es de 0. Si coloca la caja en una plataforma rodante con masa de 5. a) ¿Qué magnitud debe tener F para que la caja se mueva con velocidad constante? b) Si µs es mayor que cierto valor crítico. 0 N cada uno. c) ¿En qué intervalo de valores de m2 los bloques permanecen en reposo. y el coeficiente de fricción cinética entre cada bloque y la superficie es de 0. Los bloques A.24. b) Calcule la tensión en la cuerda que une los bloques A y B. Los coeficientes de fricción estática y cinética son µs y µk. a) Determine la masa m2 tal que el bloque m1 sube por el plano con rapidez constante una vez puesto en movimiento. Un bloque de masa m1 se coloca en un plano inclinado con ángulo α.56 y se conectan con cuerdas de masa despreciable. ¿qué aceleración tendría C? 25.35. y otro para B. respectivamente. B y C se colocan como en la figura 5. a) Determine la masa m2 tal que el bloque m1 baje por el plano con rapidez constante una vez puesto en movimiento. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre que muestre las fuerzas que actúan sobre A. conectado a un segundo bloque colgante de masa m2 mediante un cordón que pasa por una polea pequeña sin fricción (figura 5. Tanto A como B pesan 25.62). c) ¿Cuánto pesa el bloque C? d) Si se cortara la cuerda que une A y B. El bloque C desciende con velocidad constante. si se sueltan del reposo? 13 . Calcule la magnitud de la fuerza horizontal necesaria para arrastrar B a la izquierda con rapidez constante. a) ¿Qué masa tiene el bloque C si B se mueve a la derecha con aceleración de 2.20 N.00 kg.30. si A y B están conectados por un cordón ligero y flexible que pasa por una polea fija sin fricción. El coeficiente de fricción cinética entre el bloque B y la superficie horizontal es de 0.25.0 kg.69 tiene masa de 4.68 pesa 1. y el bloque B.40 N. 27. y el bloque B pesa 4.00 m/s2? b) ¿Qué tensión hay en cada cuerda en tal situación? 14 . El bloque A de la figura 5. El bloque A de la figura 5. El coeficiente de fricción cinética entre todas las superficies es de 0. de 12.26. 75 kg cuelga en un pozo del extremo de una cuerda. pero el coeficiente de fricción estática entre el bloque A y el B es de 0. El bloque B con masa de 5. No hay fricción entre el bloque A y la mesa. Un viejo cubo de roble con masa de 6. está sobre una mesa horizontal (figura 5.750. cuya masa es de 8.72). Un cordón ligero atado al bloque A pasa por una polea sin masa ni fricción.00 kg que. a) ¿Cuánto trabajo efectúa usted sobre el cubo al subirlo? b) ¿Cuánta fuerza gravitacional actúa sobre el cubo? c) ¿Qué trabajo total se realiza sobre el cubo? 15 . ¿Qué masa máxima que puede tener el bloque C. con el bloque C colgando en el otro extremo.00 kg descansa sobre el bloque A. a la vez.28. que pasa sobre una polca sin fricción en la parte superior del pozo. de modo que A y B aún se deslicen juntos cuando el sistema se suelte del reposo? 29. y usted tira de la cuerda horizontalmente del extremo de la cuerda para levantar el cubo lentamente 4.00 m. 16 . i) la gravedad.30.0 cm hacia abajo. el bloque de 20.25.5 m en un piso plano.0 N. Al viajar a rapidez constante.30). Durante este proceso. i) la gravedad y ii) la tensión en el cordón? b) sobre el bloque de 20. Dos bloques están conectados por un cordón muy ligero que pasa por una polea sin masa y sin fricción (figura 6.0 kg una distancia de 4. ii) la tensión en el cordón. Un obrero empuja horizontalmente una caja de 30.0 cm a la derecha y el bloque de 12. a) ¿Qué magnitud de fuerza debe aplicar el obrero? b) ¿Cuánto trabajo efectúa dicha fuerza sobre la caja? c) ¿Cuánto trabajo efectúa la fricción sobre la caja? d) ¿Cuánto trabajo realiza la fuerza normal sobre la caja? ¿Y la gravedad? e) ¿Qué trabajo total se efectúa sobre la caja? 31. El coeficiente de fricción cinética entre el piso y la caja es de 0.0 N.0 N se mueve 75. con velocidad constante.0 N se mueve 75. ¿cuánto trabajo efectúa a) sobre el bloque de 12. iii) la fricción y iv) la fuerza normal? c) Obtenga el trabajo total efectuado sobre cada bloque. Compare este resultado con el calculado en el inciso a). En cierto punto.00 m/s y luego es empujado 3. su rapidez es de 6. 2. por una fuerza cuya magnitud es de 10. Use el teorema trabajo-energía para determinar la fuerza que actúa sobre el trineo.0 m. Tiene rapidez inicial de 4. en la dirección de la velocidad inicial. 33. Un vagón de juguete con masa de 7. b) Calcule la aceleración producida por la fuerza y úsela en las relaciones de cinemática del capítulo 2 para calcular la rapidez final del vagón.32. su rapidez es de 4.00 m/s.00 kg se mueve en línea recta sobre una superficie horizontal sin fricción.0 N. a) Use el teorema trabajo-energía para calcular la rapidez final del vagón.50 m más adelante. suponiendo que tal fuerza es constante y actúa en la dirección del movimiento del trineo. 17 . Un trineo con masa de 8.00 kg se mueve en línea recta sobre una superficie horizontal sin fricción.00 m/s. choca con un resorte ligero cuya constante de fuerza es de 75 N/cm.020 m? b) ¿Cuánto trabajo debe efectuarse para estirar el resorte 0.20 m desde su longitud sin estirar? 35.0 kg que se mueve a 3.34.015 m más allá de su longitud no estirada? ¿Y para comprimirlo 0. a) ¿Qué fuerza se requiere para un estiramiento de 0. 18 .015m de este resorte? ¿Y para comprimirlo 0.0 m/s. Una caja de 6. Una fuerza de 160 N estira un resorte 0. sobre una superficie horizontal sin fricción. Use el teorema trabajo-energía para determinar la compresión máxima del resorte.050 m más allá de su longitud no estirada. trineos con pasajeros se impulsan por una superficie horizontal resbaladiza liberando un resorte grande comprimido. comprimiendo el resorte 0. un trineo con pasajero (cuya masa total es de 70. con constante de fuerza k =40.200 m? 19 .375 m.36. ¿Qué rapidez tiene el trineo cuando el resorte a) regresa a su longitud no comprimida? y b) ¿está aún comprimido 0.0 kg) se empuja contra el otro extremo.0 N/cm y masa despreciable. En un parque acuático. Luego se libera el trineo con velocidad inicial cero. Un extremo está en contacto con una pared fija. El resorte. descansa sobre la superficie horizontal sin fricción. ¾f°nf °f f% nn° nn° n°xnf ° °¯hn¾ ½f¯°¾n¾ "nh¾f¾f°nf¯°¯f½ff°¾°f¯ f©f f ¯$¾ %°f¾ ¯$% f° ¾ °¾" % ° ½f¯° ¯ nn°nn°n°xnf½f f©ff ". °xf½ ¯¾n°n° ½f¯° ¯ ½ff ½ ½ff ° f ¯¾¯f ¾f°nf ° °n¾ f%" %-f f¾°¾°¾f¯f¯h¾¾f½ff % . 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