Respecto a la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo, es correcto aﬁrmar que

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1 Guía práctica Dinámica I: fuerza y leyes de Newton Física Estándar Anual Nº Ejercicios PSU Para esta guía considere que la magnitud de la aceleración de gravedad (g) es GUICES016CB32-A16V1 m. s2 Respecto a la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo, es correcto afirmar que I) II) III) es positiva si el cuerpo se mueve aumentando su velocidad. si es nula, el cuerpo está en reposo o experimenta una velocidad constante. corresponde a la resultante de la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. A) B) C) D) E) Solo I Solo II Solo I y II Solo II y III I, II y III Sobre un cuerpo P se aplica una fuerza de magnitud F, paralela a la superficie, produciendo una aceleración Q. Si se aumenta la fuerza aplicada, entonces es correcto afirmar que A) B) C) D) E) 3. Ciencias Básicas Programa la aceleración que experimenta el cuerpo aumenta. la aceleración que experimenta el cuerpo disminuye. el peso del cuerpo aumenta. la fuerza normal que actúa sobre el cuerpo aumenta. el peso del cuerpo disminuye. Cuál es la magnitud de la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo de masa 4 [kg], si la aceleración que experimenta tiene una magnitud de 20 m2? s A) B) C) D) E) 0,2 [N] 4,0 [N] 5,0 [N] 20,0 [N] 80,0 [N] 1

2 Ciencias Básicas Física 4. Al ser empujado, un auto de 500 [kg] de masa se mueve sobre un plano horizontal, de acuerdo al gráfi co de rapidez v, en función del tiempo t, de la fi gura. v [ m s ] 10 2 t [s] Cuál es el módulo de la fuerza neta que actúa sobre el auto? A) 0,5 [kn] D) 2,5 [kn] B) 1,0 [kn] E) 3,5 [kn] C) 2,0 [kn] 5. Sobre una caja de 2 [kg] de masa, apoyada sobre una superficie horizontal lisa, actúan dos fuerzas horizontales, tal como indica la fi gura. 12 [N] 4 [N] 2 [kg] Considerando lo anterior, cuál es la magnitud de la aceleración de la caja? A) 3 m s 2 D) 8 m s 2 B) 4 m s 2 E) 12 m s 2 C) 6 m s 2 6. Respecto de las fuerzas de acción y reacción, cuál(es) de las siguientes proposiciones es (son) correcta(s)? I) La fuerza de acción actúa primero, inmediatamente después aparece la reacción. II) Acción y reacción siempre actúan sobre cuerpos distintos. III) Acción y reacción siempre actúan en distinta dirección. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo I y III 2

3 GUÍA PRÁCTICA 7. La fi gura adjunta muestra los cuerpos p y q, de masas m p y m q respectivamente, sobre una superfi cie horizontal. p N p q N q g Si N p y N q son las magnitudes de la fuerza normal que actúa sobre los cuerpos p y q, respectivamente, entonces es correcto afi rmar que I) N p = m p g II) N q = N p III) N q = m q g A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) Solo I y III 8. Para mover una caja de 12 [kg] que se encuentra en reposo sobre un plano horizontal, se le aplica una fuerza constante y paralela al plano, que le produce una aceleración neta de 0,4 m s 2. El módulo de la fuerza ejercida sobre la caja y la distancia que recorre en 5 [s], a partir del instante de aplicación de la fuerza, son respectivamente A) 30,0 [N] y 2 [m] B) 30,0 [N] y 10 [m] C) 4,8 [N] y 4 [m] D) 4,8 [N] y 5 [m] E) 4,8 [N] y 12 [m] 9. Sabiendo que el peso de un cuerpo se calcula como el producto entre su masa y la aceleración de gravedad del lugar, y que cuando la masa se encuentra expresada en kilogramos y la aceleración de metros gravedad en segundos 2 el peso se expresa en la unidad newton, si un cuerpo pesa 500 newtons en la superfi cie de la Tierra, cuál es la masa de dicho cuerpo? A) 5 [kg] B) 10 [kg] C) 50 [kg] D) 500 [kg] E) [kg] 3

4 Ciencias Básicas Física 10. En el gráfi co de rapidez v, en función del tiempo t de la figura, se representan dos objetos, A y B, de masas m A y m B respectivamente. v [ m s ] 9 A 6 B 4 t [s] Si sobre ambos cuerpos actúan fuerzas iguales, cuál es la relación m A : m B? A) 1 : 3 B) 2 : 3 C) 3 : 3 D) 3 : 2 E) 3 : Un astronauta viaja al planeta "Triptón", donde la aceleración de gravedad es la quinta parte que en la Tierra. Si en la Tierra tiene masa m y peso p, en dicho planeta su masa y peso serán, respectivamente A) 5m y 5p. B) m y p. C) m y p 5. D) m 5 y p. E) m 5 y p Un objeto de masa m = 12 [kg] se encuentra suspendido de una cuerda delgada, tal como muestra la fi gura. El módulo de la fuerza neta sobre él es A) 120 [N] B) 12 [N] C) 0 [N] D) 12 [N] E) 120 [N] m 4

5 GUÍA PRÁCTICA 13. Un cuerpo se mueve sobre una superficie sin roce, tal como indica el gráfi co adjunto de velocidad v en función del tiempo t. v t Si la masa del cuerpo es constante, entonces es correcto afi rmar que la fuerza neta que actúa sobre él A) aumenta en el tiempo. B) disminuye en el tiempo. C) es constante. D) es nula. E) es negativa. 14. Un cuerpo es sometido a un experimento físico cuyos resultados se expresan en el gráfi co adjunto, donde se representa la magnitud de la aceleración a experimentada por el cuerpo, en función de la magnitud de la fuerza F aplicada. a [ m s 2 ] F [N] Considerando la información contenida en el gráfi co, cuál es el valor de la masa del cuerpo? A) 0,5 [kg] B) 1,0 [kg] C) 2,0 [kg] D) 20,0 [kg] E) 200,0 [kg] 15. Un cuerpo de masa m se desliza sobre una mesa horizontal sin roce, con una aceleración constante a. En estas condiciones, el módulo de la fuerza normal que actúa sobre el cuerpo es que el módulo de su peso. De las siguientes alternativas, aquella que completa la oración correctamente es A) mayor B) mayor o igual C) igual D) menor E) menor o igual 5

6 Ciencias Básicas Física 16. En la siguiente figura se muestran dos bloques sobre una superfi cie, unidos mediante una cuerda, y en donde a, b, c, d y e son vectores que representan algunas de las fuerzas que actúan sobre el sistema. a b c e d En el diagrama, la fuerza normal está representada por el vector A) a B) b C) c D) d E) e 17. Al aplicar sobre un cuerpo una fuerza de magnitud 200 [N], paralela a la superfi cie, produce en él una aceleración de magnitud 4 m. Considerando que no existe roce, cuál es la magnitud de s 2 la aceleración que adquiere el cuerpo si se aplica, además, otra fuerza de 50 [N], en la misma dirección pero en sentido contrario a la anterior? A) 2 m s 2 B) 3 m s 2 C) 5 m s 2 D) 8 m s 2 E) 10 m s Considerando el significado de la 1ª ley de Newton (ley de inercia), es correcto afi rmar que A) sobre una misma superfi cie, un cuerpo de mayor masa que otro experimenta una menor aceleración, al aplicárseles a ambos una misma fuerza. B) sobre una misma superfi cie, un cuerpo de mayor masa experimenta una fuerza normal de mayor módulo. C) si un cuerpo se mueve con velocidad constante, la fuerza neta sobre él es nula. D) toda fuerza genera una reacción. E) si la fuerza neta sobre un cuerpo no es nula, el cuerpo experimenta una aceleración. 6

7 GUÍA PRÁCTICA 19. La fi gura adjunta muestra las fuerzas que ejercen Juan, Carlos y Claudio, sobre una caja de masa 10 [kg] que se encuentra inicialmente en reposo sobre una superfi cie horizontal sin roce. 30 [N] 10 [N] 40 [N] Respecto de esta situación, es INCORRECTO afi rmar que A) la aceleración que experimenta la caja es nula. B) la fuerza normal que actúa sobre la caja es nula. C) la fuerza neta que actúa sobre la caja es nula. D) la velocidad que experimenta la caja es nula. E) la fuerza horizontal resultante que actúa sobre la caja es nula. 20. El sistema de la fi gura muestra dos bloques, p y q, unidos mediante una cuerda inextensible que pasa por una polea, ambas de masa despreciable, y en donde T es el módulo de las tensiones en la cuerda. T p 2 [kg] T 8 [kg] q Despreciando el roce, en el sistema es correcto afi rmar que I) el módulo de la fuerza normal sobre el bloque p es 20 [N]. II) la magnitud de la aceleración del bloque q es 8 m s 2. III) el módulo de la tensión T en el extremo de la cuerda que sostiene el bloque q es 16 [N]. A) Solo I D) Solo II y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 21. Un hombre de 70 [kg] se encuentra de pie sobre una pesa (báscula) dentro de un ascensor. La pesa registra la magnitud de la fuerza en newtons ejercida sobre ella por cualquier objeto que se coloque encima. Respecto a lo anterior, es correcto afi rmar que I) la lectura de la pesa será de 826 [N] si el ascensor sube con una aceleración de 1,8 m s 2. II) la lectura de la pesa será de 574 [N] si el ascensor baja con una aceleración de 1,8 m s 2. III) si el ascensor sube con velocidad constante, la lectura de la pesa será mayor a 700 [N]. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 7

8 Ciencias Básicas Física 22. Considerando el problema anterior, cuál será la lectura de la pesa si el ascensor baja aumentando su rapidez en 10 m, en cada segundo? s A) 0,0 [N] D) 70,0 [N] B) 0,7 [N] E) 700,0 [N] C) 7,0 [N] 23. Tres bloques, de masas m 1 = 10 [kg], m 2 = 20 [kg] y m 3 = 30 [kg], están unidos mediante cuerdas inextensibles y de masa despreciable, sobre una superfi cie sin roce, tal como lo muestra la fi gura. T 1 T 2 T 3 T 4 m 1 m 2 m 3 F Si se aplica una fuerza horizontal F de magnitud 60 [N], y considerando que T 1, T 2, T 3 y T 4 son las tensiones en las cuerdas, es correcto afi rmar que I) el módulo de la aceleración del bloque de masa m 2 es 1 m s 2. II) el módulo de la tensión T 1 es 10 [N]. III) el módulo de la tensión T 3 es 30 [N]. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 24. El sistema de la figura muestra dos bloques, A y B, de masas m A y m B respectivamente, unidos mediante una cuerda inextensible que pasa por una polea, ambas de masa despreciable. A m A = 7 [kg] m B = 3 [kg] B Considerando que no hay fricción entre las superfi cies en contacto, cuál es el módulo de la aceleración del cuerpo B? A) 3 m s 2 D) 10 m s 2 B) 4 m s 2 E) 12 m s 2 C) 7 m s 2 8

9 GUÍA PRÁCTICA 25. Respecto del sistema de la pregunta anterior, suponiendo que existe espacio sufi ciente, y tomando en cuenta la aceleración calculada anteriormente, qué distancia recorre el cuerpo A al cabo de 2 segundos, considerando que partió del reposo? A) 4 [m] D) 12 [m] B) 6 [m] E) 14 [m] C) 8 [m] Tabla de corrección Ítem Alternativa Habilidad 1 Comprensión 2 Comprensión 3 Aplicación 4 Aplicación 5 Aplicación 6 Comprensión 7 ASE 8 Aplicación 9 Aplicación 10 Aplicación 11 Comprensión 12 Comprensión 13 Comprensión 14 Aplicación 15 Reconocimiento 16 Reconocimiento 17 Aplicación 18 Reconocimiento 19 Comprensión 20 Aplicación 21 ASE 22 Aplicación 23 ASE 24 Aplicación 25 Aplicación 9

10 Ciencias Básicas Física Resumen de contenidos Fuerza Interacción entre dos o más cuerpos, que puede causar cambios en sus estados de movimiento o reposo. Es una magnitud vectorial. Sus unidades son S.I.: [newton] = [N] C.G.S.: [dina] La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema. Matemáticamente: F neta = F 1 + F 2 + F Masa Es la cantidad de materia que compone un cuerpo. Es una magnitud escalar, se simboliza por m, se considera constante y se mide con un instrumento llamado balanza. Sus unidades son S.I.: [kg] C.G.S.: [g] Peso Es la fuerza con que los cuerpos masivos (como los planetas) atraen a otros cuerpos hacia su centro. Es una magnitud vectorial, se simboliza por P y su valor es variable. Se calcula como: P = m g El peso es un vector que siempre apunta hacia el centro del planeta y se mide con un instrumento llamado dinamómetro. Sus unidades son S.I.: [newton] = [N] C.G.S.: [dina] m P = mg 10

11 GUÍA PRÁCTICA Leyes de Newton 1. Ley de inercia: Si un cuerpo se mueve en línea recta y con velocidad constante (MRU), o se encuentra en reposo, entonces se puede afirmar que la fuerza neta que actúa sobre él es cero. 2. Ley fundamental de la dinámica: Si un cuerpo acelera (su velocidad cambia constantemente en el tiempo), se puede afirmar que la fuerza neta sobre él es distinta de cero. Matemáticamente, esta ley puede expresarse como F neta = m a Según esta definición, las unidades de fuerza son S.I.: kg m s 2 = [newton] = [N] C.G.S.: g cm s 2 = [dina] 3. Ley de acción y reacción: Si un cuerpo A ejerce una fuerza (acción) sobre un cuerpo B, entonces el cuerpo B ejerce una fuerza en respuesta, de igual módulo y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo A (reacción). Fuerza de reacción Fuerza de acción Características de las fuerzas de acción y reacción: 1. Poseen igual módulo 2. Poseen igual dirección 3. Poseen sentidos opuestos 4. Son simultáneas 5. Actúan sobre cuerpos distintos Tensión La tensión es cualquier fuerza transmitida a través de una cuerda o cable. T T 1 Las tensiones aparecen en pares y son contrapuestas, es decir, poseen sentidos opuestos; en una misma cuerda, las tensiones poseen igual módulo. T mg T 1 = T 2 T 2 11

12 Ciencias Básicas Física Fuerza normal La normal es una fuerza de reacción que actúa sobre todo cuerpo que descansa sobre una superficie; es ejercida por la superficie sobre el cuerpo. Si la superficie es horizontal, el módulo de la fuerza normal toma el mismo valor del módulo del peso del cuerpo, es decir N = mg Sus unidades son S.I.: = [newton] = [N] C.G.S.: [dina] m N = mg Peso = mg Cuando la superfi cie es horizontal Sumatoria vectorial de fuerzas: ejemplos Fuerza resultante Fuerza resultante F 2 F R F 2 F 1 F 1 F 1 F 2 F R Registro de propiedad intelectual de. Prohibida su reproducción total o parcial. 12