Física I. Trabajo y Energía. Guía Ejercicios. Ing. Alejandra Escobar UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE RECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA

Transcripción

1 Física I Trabajo y Energía. Guía Ejercicios UNIVERSIDAD FERMÍN TORO VICE RECTORADO ACADÉMICO FACULTAD DE INGENIERÍA Ing. Alejandra Escobar

2 GUÍA DE EJERCICIOS 1. Una carretilla con ladrillos tiene una masa total de 18 Kg y se jala con una velocidad constante por medio de una cuerda. La cuerda esta inclinada 20 sobre la superficie horizontal y la carretilla se mueve 20 m sobre una superficie horizontal. El coeficiente de roce o fricción cinético es 0,5. Calcular: a. Cuál es la tensión de la cuerda? b. Cuánto trabajo efectúa la cuerda sobre la carretilla? c. Cuál es la energía perdida debido a la fricción? 2. Con una fuerza horizontal de 150 Nw se empuja una caja de 40 Kg una distancia de 6 m sobre una superficie horizontal rugosa. Si la caja se mueve a velocidad constante encuentre: a. El trabajo realizado por la fuerza de 150 Nw. b. La energía cinética perdida debido a la fricción. c. El coeficiente de fricción cinética. 3. Calcular el trabajo necesario para desplazar un cuerpo de 500 Kg por un plano de 10 m de longitud e inclinado 30 con respecto a la horizontal, suponiendo que: a. No existe rozamiento y lo hace a velocidad constante. b. Existe rozamiento, siendo el coeficiente de fricción cinética 0,4. c. Además de lo anterior se pretende acelerar el cuerpo de 0 a 10 m s a lo largo del plano. 4. Un bloque de hielo de 445 Nw resbala sobre un plano inclinado de 152 m de largo y 0,915 m de alto. Una persona empuja el bloque hacia arriba paralelamente al plano inclinado de manera que se desliza hacia debajo con velocidad constante. El coeficiente de rozamiento cinético entre el hielo y el plano es de 0,10. Calcula: a. La fuerza ejercida por la persona. b. El trabajo hecho por la persona sobre el bloque. c. El trabajo hecho por la gravedad sobre el bloque. d. El trabajo hecho por la superficie del plano inclinado. e. La fuerza resultante.

3 5. Un arquero jala la cuerda de su arco 0,40 m, ejerciendo una fuerza que aumenta de manera uniforme de 0 a 230 Nw. Calcular: a. Cuál es la constante de resorte equivalente al arco? b. Cuánto trabajo se efectúa al jalar el arco? 6. Se necesitan 4 J de trabajo para alargar 10 cm de un resorte que cumple con la Ley de Hooke a partir de su longitud no deformada. Determine el trabajo extra necesario para extenderlo 10 cm adicionales. 7. Una caja de 40 kg inicialmente en reposo se empuja 5 m por piso rugoso horizontal con una fuerza de 130 Nw si el coeficiente de fricción cinético entre caja y el piso es 0,30. Encuentre: a. El trabajo realizado por la fuerza aplicada. b. Energía cinética perdida debido a la fricción. c. El cambio de Energía cinética de la caja. d. La velocidad final de la caja. 8. Una caja de 10 kg de masa se jala hacia arriba de un pendiente con una velocidad inicial de 1,5 m s. La fuerza con la que se jala es de 100 Nw y es paralela a la pendiente la cual forma un ángulo de 20 con la horizontal. El coeficiente de fricción cinético es 0.40 y la caja se jala 5 m (Ver figura). Determine: a. Cuánto trabajo efectúa la gravedad? b. Cuánta energía se pierde por la fricción? c. Cuánto trabajo realiza las fuerza de 100 Nw? d. Cuál es el cambio de energía cinética de la caja? e. Cuál es la velocidad de la caja después de haberla jalado 5mts? F = 100 Nw 9. Una grúa ha elevado verticalmente un bloque de 400 Kg a una altura de 20 m, con una velocidad constante de 0,5 m s. Calcular: a. La fuerza que se necesita. 20

4 b. El trabajo realizado. c. La energía del bloque cuando se encuentra a dicha altura. d. Potencia que desarrolla la grúa. 10. Una masa de 10 Kg se encuentra inicialmente en un punto h 0 = 4 m, se eleva a una altura de 20 m y por ultimo se desciende a 8 m. Calcular: a. El trabajo realizado por la gravedad. b. La variación de energía potencial. 11. Una cuenta se desliza sin fricción dando un giro completo (ver Figura). Si la cuenta se suelta a una altura de h = 3,50 R. Cuál es su velocidad en el punto A? A h R 12. Un paracaidista de 50 kg de masa salta desde un avión a una altura de 1000 m y llega al suelo con una velocidad de 5 m s. Cuánta energía perdió por fricción del aire durante el salto? 13. Un resorte ideal sin masa se puede comprimir un metro, mediante una fuerza de 100 Nw. Este mismo resorte se coloca en la parte inferior de un plano inclinado que forma un ángulo de 30 con respecto a la horizontal (ver Figura). Una masa de 10 kg se suelta a partir del reposo en la parte superior del plano inclinado y queda en reposo momentáneamente después de comprimir el resorte 2 m. Determine: a. Qué distancia resbaló la masa antes de quedar en reposo? b. Cuál es la velocidad de la masa cuando está a punto de hacer contacto con el resorte? 30

5 14. Un cuerpo A (ver Figura) tiene una masa de 0,5 kg, parte del reposo resbalando 30 m sobre un plano liso, inclinado 45º sobre la horizontal, hasta que choca con un resorte de masa M, cuyo extremo B está fijo al final del plano, la constante del resorte es K = 400 Nw m. Calcule la máxima deformación del resorte? A 15. Una caja de 5 kg de masa se pone en movimiento ascendente en un plano inclinado con una velocidad inicial de 8 m s (ver Figura). El bloque se detiene después de recorrer de 3 m a lo largo del plano, el cual está inclinado en ángulo de 30 con la horizontal. Determine: a. El cambio de energía cinética del bloque. b. El cambio de energía potencial. c. La fuerza de fricción ejercida sobre el plano (suponiéndola constante). d. El coeficiente de fricción. 45 B V o = 8 m s 3 m En la figura se muestra una caja de 5 kg que se desliza por una rampa de carga que mide 2 m de largo y está inclinada 40. La caja empieza del reposo en la parte superior del plano experimenta una fuerza de fricción constante de 6 Nw y continua moviéndose una corta distancia del suelo. Calcule la velocidad de la caja cuando alcanza el punto inferior de la rampa. 2 m 40

6 17. Con el problema anterior suponga que el sistema es conservativo. Calcule la velocidad y aceleración?