I N S T I T U T O T É C N I C O I N D U S T R I A L F R A N C I S C O J O S É D E C A L D A S F Í S I C A M E C Á N I C A

Transcripción

1 I N S T I T U T O T É C N I C O I N D U S T R I A L F R A N C I S C O J O S É D E C A L D A S G U Í A REFUERZO F Í S I C A M E C Á N I C A F É L I X R O D R Í G U E Z

2 BIBLIOGRAFÍA Mc Graw Hill Serway, Física Tomo II Publicaciones Cultural, Física General Prentice Hall, Wilson - Buffa, Física Editorial Voluntad Física Investiguemos Wikipedia. Enciclopedia libre Apuntes de Física Luis Alfredo Caro Fisicanet Ver FÍSICA OLIMPIADAS 11 (Editorial Voluntad) Ejercicios de página de Internet fuerzas mecánicas. Ejercicios y laboratorios virtuales PIME Editores, Física 1, Mecánica y Calorimetría www. Ibercajalav.net/ Santillana, Física 1 Nueva edición. Limusa Noriega Editores, Física Recreativa

3 1. Sobre un cuerpo se aplica una fuerza de 20 N con un ángulo de inclinación con respecto a la horizontal de 30. Cuál debe ser el valor de la fuerza de rozamiento para que el cuerpo no se mueva? 7. Una persona que pesa 710 N decide dar un paseo en bicicleta. Los pedales se mueven en un círculo con 32 cm de radio. Si todo el peso actúa sobre cada movimiento descendente del pedal, cuál es el momento de torsión máximo? 2. Un trineo de 20 kg es empujado en una pendiente de 34º hasta una altura vertical de 140 m. Una fuerza de fricción constante de 50 N actúa durante toda esa distancia. Qué trabajo externo se requirió? Cuál fue el cambio en la energía potencial? 8. Un proyectil tiene una velocidad horizontal inicial de 40 m/s en el borde de un tejado. Halle las componentes horizontal y vertical de su velocidad después de 5 s. 3. Un tren monorriel que viaja a 80 km/h tiene que detenerse en una distancia de 40 m. Qué aceleración promedio se requiere y cuál es el tiempo de frenado? 9. Un cohete sale de su plataforma en dirección vertical ascendente y recorre una distancia de 70 m antes de iniciar su regreso hacia el suelo 8 s después de que fue lanzado. Cuál fue la velocidad promedio de su recorrido? 4. Halle la resultante de las siguientes fuerzas perpendiculares: (a) 400 N, 0, (b) 820 N, 270 y (c) 500 N, Cuál es la energía cinética de un automóvil de 3200 lb cuando circula a 75 mi/h? 5. Una cancha de fútbol tiene 110 m de largo y 65 m de ancho. Cuáles son la longitud y la anchura de la cancha en pies (ft)? 11. Un resorte, cuyo módulo de elasticidad es de 50 N/m, recibe un esfuerzo de 18 N. Cuál es su deformación? 6. Cuál es la energía cinética de una bala de 7 g en el instante en que su velocidad es de 230 m/s? 1

4 12. Un trabajador levanta un peso de 60 lb hasta una altura de 8 ft. A cuántos metros se puede levantar un bloque de 12 kg con la misma cantidad de trabajo? velocidad de 12 m/s y un ángulo de 45, entonces, cuál es el cambio en la cantidad de movimiento? 13. En la cubierta de un portaaviones, un dispositivo de frenado permite detener un avión en 1.8 s. La aceleración promedio fue de 47 m/s 2. Cuál fue la distancia de frenado? Cuál fue la rapidez inicial? 18. Determinar el módulo de elasticidad de un resorte si al recibir un esfuerzo de 450 N se deforma 35 cm. 14. Una embarcación navega una distancia de 200 m hacia el oeste, después avanza hacia el norte 400 m y finalmente 100 m a 30 SE. Cuál es su desplazamiento neto? 15. Un automóvil de 2400 lb incrementa su velocidad de 30 mi/h a 60 mi/h. Qué trabajo resultante se requirió para lograrlo? Cuál es el trabajo equivalente en joules? 19. Determinar la fuerza neta que debe aplicarse a un cuerpo cuyo peso es de 650 N para que adquiera una aceleración de 3 m/s Una sola correa está enrollada en dos poleas. La polea de tracción tiene 10 cm de diámetro y la polea exterior de salida tiene un diámetro de 20 cm. Si la tensión en la parte superior de la correa es esencialmente de 60 N en el borde de cada polea, cuáles son los momentos de torsión de entrada y de salida? 16. La longitud de una libreta es mm y su anchura es mm. Exprese al área superficial de la libreta en metros cuadrados. 21. El mango de una llave inglesa mide 6 in. Cuál es la longitud de dicho mango en centímetros? 17. Una bola de billar de 250 g se mueve con una rapidez de 15 m/s y choca con la banda formando un ángulo de 30. Si rebota con una 22. Qué peso tendrá un cuerpo si al levantarlo a una altura de 2.5 m se realiza un trabajo de joules? 2

5 23. Una flecha sale del arco con una velocidad inicial de 110 ft/s a un ángulo de 38 con respecto a la horizontal. Cuáles son las componentes horizontal y vertical de su desplazamiento al cabo de tres segundos? 28. Un galón tiene un volumen equivalente a 231 in 3. Cuántos galones se necesitan para rellenar un depósito que mide 18 in de largo, 16 in de ancho y 12 in de alto? 24. Una mujer camina 4 min en dirección al norte a una velocidad promedio de 7,5 km/h; después camina hacia el este a 5 km/h durante 12 min. Cuál es su rapidez promedio durante el recorrido? 29. Un avión que vuela a 90 m/s deja caer una caja de provisiones. Qué distancia horizontal recorrerá la caja antes de tocar el suelo, 370 m más abajo? 25. Un martillo es arrojado verticalmente hacia arriba en dirección a la cumbre de un techo de 21 m de altura. Qué velocidad inicial mínima se requirió para que llegara allá? 30. Una pelota de golf sale del punto de partida, al ser golpeada, con una velocidad de 55 m/s a 55. Si cae sobre un green localizado 13 m más arriba que el punto de partida, cuál fue el tiempo que permaneció en el aire y cuál fue la distancia horizontal recorrida con respecto al palo? 26. Un automóvil lleva una energía cinética traslacional de 3 x 10 5 J y se detiene después de recorrer 50 m. Calcular la fuerza media que ha actuado para detenerlo. 31. El área de la sección transversal de una varilla de cobre es de 4.5 cm 2. Cuál es el peso o fuerza máxima que puede soportar? 27. Una masa cuyo peso es de 196 N, es sostenida en sus extremos por dos personas, formando un ángulo de 120 con ambas cuerdas. Calcular la fuerza aplicada por cada persona. 32. Un elevador y su carga pesan 7845 N. Calcular la tensión del cable del elevador si éste desciende a una velocidad de 5 m/s y se detiene a una distancia de 8 m, manteniendo una aceleración constante. 3

6 33. Cuál es el cambio en la energía cinética cuando una pelota de 50 g golpea el pavimento a una velocidad de 16 m/s y rebota a la velocidad de 10 m/s? 39. Un trineo es arrastrado con una fuerza de 540 N y su dirección forma un ángulo de 40 con respecto a la horizontal. Cuáles son las componentes horizontal y vertical de la fuerza descrita? 34. Una correa de cuero está enrollada en una polea de 25 cm de diámetro. Se aplica a la correa una fuerza de 70 N. Cuál es el momento de torsión en el centro del eje? 40. Un techo tiene una pendiente con un ángulo de 35. Cuál deberá ser el coeficiente máximo de fricción estática entre la suela de un zapato y ese techo para evitar que una persona resbale? 35. Un jugador batea una pelota con una velocidad inicial de 27 m/s y con un ángulo de 48º respecto al eje horizontal. Calcular: La altura máxima alcanzada por la pelota. El alcance horizontal de la pelota. 41. En una prueba de frenado, un vehículo que viaja a 75 km/h se detiene en un tiempo de 4,5 s. Cuáles fueron la aceleración y la distancia de frenado? 36. Cuánto tiempo tardará en recorrer 700 km si la rapidez promedio es de 80 km/h? 42. Calcular la fuerza neta que debe aplicarse a un cuerpo cuyo peso es de 25 N para que adquiera una aceleración de 3 m/s El extremo de un brazo robótico se mueve hacia la derecha a 12 m/s. Seis segundos después, se mueve hacia la izquierda a 4 m/s. Cuál es el cambio de velocidad y cuál es la aceleración? 43. Un motor Nissan tiene 1800 cm 3 de cilindrada (volumen) y un diámetro interior de 81 mm. Exprese estas medidas en pulgadas cúbicas y en pulgadas. 38. Un disco que gira a 4 rev/s aumenta su frecuencia a 650 rev/s en 5 s. Determinar cuál fue el valor de su aceleración angular en rad/s Una persona levanta una silla cuyo peso es de 62 N hasta una altura de 0.55 m. Qué trabajo realiza? 4

7 45. Una bala sale del cañón de un arma con una velocidad horizontal inicial de 330 m/s. Halle los desplazamientos horizontal y vertical después de 7 s. puede resistir sin exceder su límite elástico? Dar los resultados en newtons. 46. Una bomba de uso doméstico eleva 80 litros de agua por minuto hasta una altura de 11 m, determinar el trabajo útil hecho por la bomba en 45 minutos. 51. Un trineo de 100 lb se desliza a partir del reposo en la parte más alta de un plano inclinado a 37. La altura original es de 80 ft. En ausencia de fricción, cuál es la velocidad del trineo cuando llega al punto más bajo del plano inclinado? 47. Calcular los valores de la velocidad angular y lineal de una partícula que gira con un período de 0.5 s, si su radio de giro es de 0.3 m. 52. Una bola de acero rueda y cae por el borde de una mesa desde 8 ft por encima del piso. Si golpea el suelo a 9 ft de la base de la mesa, cuál fue su velocidad horizontal inicial? 48. El mejor tiempo alcanzado en una carrera de 200 metros planos es 17,2 segundos. Cuál es la cantidad de movimiento promedio de un corredor de 65 kg, que termina la carrera en dicho tiempo? 53. Una fuerza descendente de 200 N actúa en forma simultánea con una fuerza de 500 N dirigida hacia la izquierda. Aplique el método del polígono para encontrar la fuerza resultante. 49. Un proyectil sale disparado del suelo con una velocidad de 45 m/s a un ángulo de 42. Cuál es la altura máxima que alcanza? 50. Un alambre de hierro de 6 mm de diámetro soporta un peso de 200 N. Calcular: qué esfuerzo de tensión soporta?, cuál es el peso que 54. Una varilla liviana tiene 90 cm de longitud y gira libremente alrededor del punto A. Halle la magnitud y el signo del momento de torsión provocado por la fuerza de 300 N, si el ángulo θ es de (a) 90, (b) 60, (c) 30. 5

8 55. Un trineo de 30 kg es empujado en una pendiente de 32 hasta una altura vertical de 130 m. Una fuerza de fricción constante de 50 N actúa durante toda esa distancia. Qué trabajo externo se requirió? Cuál fue el cambio en la energía potencial? 61. Un resorte de 10 cm de longitud recibe una fuerza que lo estira hasta medir 15 cm. Cuál es el valor de la tensión unitaria o deformación lineal? 56. Un estibador requiere una fuerza horizontal de 80 lb para arrastrar una caja de 170 lb con rapidez constante sobre una plataforma de carga. Cuál es el coeficiente de fricción cinética? 62. Una muchacha que pesa 80 lb está sentada en un columpio cuyo peso es insignificante. Si se le imparte una velocidad inicial de 20 ft/s, a qué altura se elevará? 57. Un automóvil de 1800 kg transita a 90 km/h por una carretera nivelada. Qué trabajo se requiere para frenar ese vehículo? Si µk = 0.9, cuál es la distancia de frenado? 63. En una regla graduada se colocan pesas de 30 N, 40 N y 50 N en las marcas de 20 cm, 40 cm y 60 cm, respectivamente. La regla se balancea sobre un solo apoyo en su punto medio. En qué punto habrá que agregar una pesa de 5 N para obtener el equilibrio? 58. Qué fuerza promedio se necesita para incrementar la velocidad de un objeto de 5 kg desde 7 m/s hasta 15 m/s en una distancia de 10 m? 64. Un camión que viaja a 70 mi/h frena hasta detenerse por completo en un tramo de 220 ft. Cuáles fueron la aceleración promedio y el tiempo de frenado? 59. Un automóvil recorre una distancia de 76 km a una rapidez promedio de 7 m/s. Cuántas horas requirió para completar el viaje? 65. Una pelota en estado de reposo se suelta y se deja caer durante 9 s. Cuáles son su posición y su velocidad en ese instante? 60. Un montacargas eleva un cuerpo cuyo peso es de 3250 N con una fuerza de 3035 N. Determine la aceleración con que sube el cuerpo. 66. Un automóvil se desplaza inicialmente a 40 km/h y acelera a razón de 3 m/s 2 durante 3 s. Cuál es la rapidez final? 6

9 67. Una cuerda que forma un ángulo de 30 con la horizontal arrastra una caja sobre el piso. Cuál tendrá que ser la tensión de la cuerda si se requiere una fuerza horizontal de 40 lb para arrastrar la caja? 68. Se empuja un trineo de 300 N sobre una superficie horizontal a velocidad constante, por una fuerza de 60 N cuya dirección forma un ángulo de 32 por debajo de la horizontal. Cuál es el coeficiente de fricción cinética en este caso? 69. Dos cuerdas A y B están atadas a un gaucho de amarre, de manera que se ha formado un ángulo de 60 entre las dos cuerdas. La tensión sobre la cuerda A es de 80 lb y la tensión sobre la cuerda B es de 120 lb. Utilice el método del paralelogramo para hallar la fuerza resultante sobre el gancho. 70. Un automóvil transita por una curva en forma de U y recorre una distancia de 600 m en 35 s. Sin embargo, su posición final está a sólo 60 m de la posición inicial. Cuál es la rapidez promedio y cuál es la magnitud de la velocidad promedio? 7