UNIVERSIDAD ESTATAL PENÍNSULA DE SANTA ELENAFACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA 2017-2 SEMESTRE PRESENCIAL FÍSICA TAREA: Recepción Sábado 24 de Marzo de 2018. (45 Ejercicios) AUTÓNOMO: Capítulo 7 Sears-Zemansky. 1. Una fuerza constante F = 20N paralela al eje x actúa sobre un cuerpo, tal como indica la figura, si el cuerpo experimenta un desplazamiento de 12 metros en el mismo sentido de la fuerza F ¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza F? Despreciar efectos de fricción. 2. Determina el trabajo realizado al empujar, en el sentido de su desplazamiento, durante 5s, con una fuerza de 36,47 N, un objeto de 5 kg de masa, inicialmente en reposo. Considera despreciables los rozamientos. 3. Un cuerpo de 50 kg se lanza verticalmente hacia arriba con una velocidad de 60 m/s. Calcular a que altura la energía cinética del cuerpo se ha reducido al 40% de la que tenía inicialmente en el lanzamiento. 4. Un motor con una potencia P = 50 KW acciona un vehículo durante 2 horas. ¿Cuál es el trabajo, en KWH realizado por el motor? 5. Un móvil de 3 Kg, se mueve a 4 m/seg. Frena y se detiene en 4 seg. Determinar su energía cinética inicial, en joules. 6. En la siguiente gráfica, el resorte de 30 cm jala desde el reposo a un collarín de 10 Kg de masa. ¿Qué velocidad comunica el resorte al collarín cuando este pasa por B? (K=80N/m) 7. Un anuncio publicitario dice que un automóvil de 1200 kg puede acelerar desde el reposo hasta alcanzar una velocidad de 140 km/h en 8 segundos. Determinar a) La energía cinética del automóvil, en Joule a los 8 segundos b) La potencia media, en HP desarrollada por el motor durante el proceso Ing. René Suárez. 8. Un cuerpo de 40 kg descansa sobre una superficie horizontal. Sobre el cuerpo actúa una fuerza de 600N a un ángulo de 20º por encima de la horizontal, tal como indica la figura. Si el coeficiente de rozamiento cinético entre el cuerpo y la superficie vale 0,3. Calcular: a) Trabajo realizado por la fuerza F en un recorrido de 15 metros. b) Trabajo realizado por la fuerza normal en un recorrido de 15 metros. c) Trabajo realizado por la fuerza de rozamiento en un recorrido de 15 metros. d) Trabajo realizado por la fuerza peso en un recorrido de 15 metros. 9. Se deja caer una pelota de 247 g desde una ventana situada a una altura de 15 m. Calcula la energía mecánica en el punto inicial. 10. ¿Cuál es el consumo energético de una persona de 17 kg al subir hasta una vivienda que está a 9 m de altura. 11. Calcula la potencia de una máquina que realiza un trabajo de 15678 J en 25 s. 12. Una máquina de 843 J teóricos es capaz de hacer un trabajo de 68 J. Calcula el rendimiento en % en la máquina. 13. Calcula la energía cinética de un cuerpo de 194 kg de masa que se mueve a una velocidad de 29 m/s. 14. Calcula el trabajo realizado por una fuerza de 807 N para desplazar un cuerpo de 20 m. La fuerza y el desplazamiento forman un ángulo de 39º. 15. Un cuerpo de 46 kg cae desde una altura de 11 m. Calcula la velocidad con la que impacta en el suelo. 16. Calcula la energía potencial elástica de un resorte sabiendo que su constante elástica es de 731 N/m y que se ha estirado 35 cm desde su longitud natural. 17. Una grúa con un motor de 10 CV eleva 1000 kg de hierro hasta una altura de 50 m del suelo en 2 minutos. a) Expresa la potencia del motor en W. b) ¿Qué trabajo realiza el motor? c) Calcula el rendimiento del motor. 18. Un levantador de pesas consigue elevar 100 kg desde el suelo hasta una altura de 2 m y los aguanta 10 segundos arriba. Calcula el trabajo que realiza: a) Mientras levanta las pesas. b) Mientras las mantiene levantadas. 19. Un coche de 1000 kg viaja a 90 km/h. Advierte un obstáculo en el camino y debe frenar al máximo. Por las marcas del suelo se sabe que la distancia de frenada fue de 120 m. ¿Cuánto valía la fuerza de rozamiento entre el coche y la carretera? Ing. René Suárez. 20. Una bala de masa 20 g que se mueve a 400 m/s penetra horizontalmente en un bloque de madera hasta una profundidad de 15 cm. ¿Cuál es la fuerza media que se ha realizado sobre la bala para detenerla? 21. Un bloque de 8 Kg es empujado de A hasta B por una fuerza F, horizontal y constante. ¿Qué trabajo realiza esta fuerza? 22. Un cuerpo de 2 kg recorre un espacio de 10 m en ascenso por un plano inclinado 30º sobre la horizontal, obligado por una fuerza de 15 N paralela al plano. Si el coeficiente de rozamiento entre el cuerpo y el plano vale 0.2, calcular el trabajo realizado por las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. 23. Un bloque de masa m = 3 kg se encuentra sobre una pendiente rugosa conectado a un resorte con k = 120 N/m. El bloque se suelta desde el reposo cuando el resorte no está estirado y la polea se puede considerar sin masa ni fricción. Si el bloque se mueve una distancia d = 20 cm antes de detenerse, encuentre el coeficiente de fricción cinética entre el bloque y la pendiente. 24. Un bloque desliza partiendo del reposo desde el punto más elevado A de una rampa de 5 m de longitud que forma un ángulo de 30º con la horizontal (véase figura). El coeficiente dinámico de rozamiento es 0.25. Aplicando el teorema del trabajo y la energía determínese la velocidad del bloque cuando llega al punto inferior del plano (punto B). 25. Un saltador de pértiga de 60 kg alcanza una velocidad máxima de 12 m/s. Suponiendo que la pértiga permita transformar toda la energía cinética en potencial. a) ¿Hasta qué altura se elevará? b) ¿Con qué energía caerá? Ing. René Suárez. 26. Si la esfera soltada en “A” por efectos de rozamiento se detiene en “C”, hallar “μ” (Distancia AB = BC) 27. Un paracaidista se deja caer de un avión a 150m de altura y llega al suelo a 8m/s. Si la masa del paracaidista y su equipo es de 100 K ¿Cuál es el trabajo ejercido por la fuerza del aire? 28. ¿Con qué velocidad mínima? Se debe impulsar la esfera desde A para que pueda elevarse justo hasta C, si el tramo AB es rugoso. 29. Un bloque de 40 kg que se encuentra inicialmente en reposo, se empuja con una fuerza de 130 N, desplazándolo en línea recta una distancia de 5m a lo largo de una superficie horizontal de coeficiente de fricción 0.3 (ver figura). Calcular: a) el trabajo de la fuerza aplicada, b) el trabajo de la fuerza de fricción, c) la variación de energía cinética, d) la rapidez final del mueble, e) la potencia final de la fuerza aplicada. 30. Determinar el trabajo de la fuerza de rozamiento en el tramo AB, si el cuerpo de 5 Kg baja a velocidad constante y se encuentra sujeto a una fuerza de 6N y una altura de 8m como se muestra en la figura. Ing. René Suárez. 31. Un bloque se deja caer desde A, resbala por una superficie circular lisa y luego sube por un plano inclinado áspero hasta el punto B. Determinar h. 32. Un bloque de masa 2 kg parte de una altura de 5 m con velocidad inicial de 5 m/s y comprime un resorte 1 m. ¿Cuál es la constante del rozamiento? 33. María y José juegan deslizándose por un tobogán de superficie lisa. Usan para ello un deslizador de masa despreciable. Ambos parten del reposo desde un punto A, que se encuentra a 12 m del nivel del suelo. En la base del tobogán está colocado un gran resorte de constante k = 14400 N/m, que los detiene en su movimiento. José se tira primero. María se tira después. Luego ambos se tiran juntos por el tobogán. a) Si la masa de José es 60 kg, determine la compresión del resorte que ejerce. b) Si María comprime el resorte en 90 cm, determine la masa de María. c) Calcule la compresión del resorte producida cuando se tiran juntos. 34. Una masa de 15 kg se está moviendo a una velocidad de 15 m/s, a lo largo de una superficie horizontal sin rozamiento que a continuación se inclina en 45°. Un resorte de constante k = 1N/m está presente a lo largo del plano inclinado. a) ¿Hasta qué altura subirá el bloque? b) Si se considera roce de 0.15 en la superficie inclinada. Calcular la altura. Ing. René Suárez. 35. Ricardo y Ana están jugando a tratar de golpear una pequeña caja que está en el suelo con una bolita que disparan con un rifle de resorte montado sobre una mesa. La caja blanco está a 2.20 m de distancia horizontal desde el borde de la mesa, véase figura. Ricardo comprime el resorte 1.10 cm, pero a la bolita le faltan 27.0 cm para dar en el blanco. ¿Qué tanto tendrá que comprimir Ana el resorte para darle al blanco?. 36. Desde lo alto de un plano a 5 m de altura del suelo (punto A), se deja caer un bloque de 18 kg de masa (su velocidad inicial es cero). Al llegar abajo corre un cierto trecho por una pista horizontal, hasta llegar al punto B. En el trayecto A-B pierde 160 J de energía. Finalmente comienza a subir por un segundo plano hasta pasar por el punto C, ubicado a 2 m de altura del suelo. En el trayecto BC pierde 110 J de energía. Determine: a) La energía del bloque en el punto A b) La velocidad del bloque en el punto B c) La velocidad del bloque en el punto C 37. Una pelota de 55 g de masa se deja caer desde una altura de 3 m. Si rebota hasta una altura de 2 m, calcule: a) Con qué rapidez llega la pelota al suelo; b) cuál es la rapidez con que la pelota rebota; c) la pérdida de energía de la pelota en el choque contra el suelo. 38. Un bloque de masa m = 4kg se lanza desde el punto A de la figura, el que se encuentra a una altura de 10 m del suelo, con una rapidez inicial de 5m/s. Luego baja por el plano inclinado BC que forma un ángulo de 30º con la horizontal, y pasa por el punto C con una rapidez Vc = 12 m/s. Luego sube por otro plano DE, hasta una altura de 5m. Solamente hay roce entre los puntos B y C. Determine: a) energía perdida (debido a la fuerza de roce) en el tramo BC, b) la rapidez del bloque en el punto E. Ing. René Suárez. 39. Miguel juega deslizándose por un tobogán. Usa para ello un deslizador de masa despreciable. Parte del reposo desde un punto A, que se encuentra a 10 m del nivel del suelo. En la base del tobogán está colocado un gran resorte de constante k = 15000 N/m, que lo detiene en su movimiento. En la caída pierde 5600 J debido al roce. Si la masa de Miguel es 50 kg, determine: a) La energía de Miguel en el punto A b) La energía de Miguel en el punto B c) La rapidez de Miguel en el punto B d) La compresión del resorte cuando detiene a Miguel } 40. Un bloque de masa 5kg comprime un resorte de constante k1= 500 N/m, una distancia de 0,5 m (punto A). Luego el bloque es soltado siguiendo el recorrido mostrado en la figura adjunta, finalmente es detenido por un segundo resorte de constante k2 = 600 N/m. Solamente hay roce en el tramo DE que mide 6 m de longitud, el coeficiente de roce cinético en esa parte es 0,2. Determine: a) Rapidez del bloque en el punto B. b) Rapidez del bloque en el punto C. c) Trabajo realizado por la fuerza de roce en el tramo DE. d) Distancia que se comprime el segundo resorte, cuando el bloque se detiene. 41. El bloque de la figura de masa 8kg, se deja caer desde el punto A. El tramo AB tiene una longitud de 12 m y no tiene roce, mientras que el plano horizontal es áspero y su coeficiente de roce cinético es µc=0,25. Se pide: a) La energía mecánica del bloque en el punto A. b) El trabajo realizado por la fuerza de roce, desde el punto B hasta que se detiene. c) La distancia que recorre en el plano horizontal hasta que se detiene. 42. Desde la parte superior de un plano inclinado, a 3m del suelo (punto A), se deja caer un bloque de 12 kg. No hay roce entre el bloque y el plano. Al llegar abajo se desliza por una pista horizontal de 4 m de longitud (tramo BC), donde SI existe roce entre el bloque y la pista. Luego sube a otra superficie horizontal SIN roce, ubicada a 1 m de altura, donde se detiene comprimiendo 28cm un resorte de k = 2 000 N/m. Determine: a) Energía del bloque en la parte superior del plano (punto A). Ing. René Suárez. b) Energía del bloque en el punto D (parte superior de la segunda pista, antes de comprimir el resorte). c) Energía perdida por el bloque en la región con roce (tramo BC). d) Magnitud de la fuerza de roce entre el bloque y la pista horizontal (tramo BC). 43. Un esquiador de 60 kg parte del reposo en la cima de una ladera de 50 m de altura. a) Suponiendo que no hay roce entre los esquís y la nieve, ¿qué rapidez tiene el esquiador al pie de la ladera? b) Después se mueve horizontalmente y cruza un área de nieve revuelta, donde µ=1,2. Si el área tiene 200m de largo, ¿qué rapidez tiene después de cruzarla? c) Finalmente choca con una pared de nieve, penetrando 3m antes de detenerse. ¿Qué fuerza media ejerce la nieve sobre él? 44. Un cuerpo de masa 6 kg se coloca en el punto A y se mueve por el camino señalado en la figura, que presenta roce sólo en el tramo CD. En el punto E se detiene momentáneamente al comprimir 25 cm un resorte de constante k = 1000 N/m. a) Determine la energía perdida debido al roce en el tramo CD b) Al volver el resorte a su posición de equilibrio (largo natural), el cuerpo retorna por la misma superficie. ¿Hasta qué altura sube de vuelta por el plano AB? 45. Un bloque de masa m = 5 kg se deja caer partiendo del reposo desde el punto más elevado A de un carril en pendiente a h = 4 m de altura (véase figura). El carril tiene tres tramos, AB, BC y CD, de los cuales únicamente en el tramo BC, de longitud dBC = 5 m, existe rozamiento apreciable. Al final del trayecto (tramo CD) hay un tope unido a un resorte cuya constante elástica es k = 4000 N/m. Cuando el bloque alcanza el tope, el resorte se comprime 25 cm. Suponiendo un choque perfectamente elástico, calcúlese el coeficiente de rozamiento dinámico del tramo BC. Ing. René Suárez.