FÍSICA. Cuál es la segunda condición de equilibrio mecánico? ACTIVIDADES IV BACHILLERATO MES #4

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1 MES #4 ACTIVIDADES FÍSICA Cuál es la segunda condición de equilibrio mecánico? COMPETENCIA #2 Aplico las leyes de Newton del movimiento mecánico de los cuerpos, en la formulación y solución de problemas de mi entorno. IV BACHILLERATO

2 Mes 4 Condiciones de equilibrio Actividad 1 1. Respondo las siguientes preguntas. a) Qué es momento de torsión? GUÍA DE ACTIVIDADES b) Qué son fuerzas no concurrentes? c) Cuándo se encuentra un cuerpo en equilibrio rotacional? d) Qué es la línea de acción de una fuerza? e) Qué es el eje de rotación? 2. Con base en lo aprendido en la lección, pienso y respondo las siguientes preguntas. a) Qué ocurre si aplico sobre un disco un momento de torsión en sentido antihorario mayor a otro momento de torsión en sentido horario? b) Se producirá un momento de torsión si la línea de acción de una fuerza coincide sobre el eje de rotación de un móvil? c) Producen un momento de torsión dos fuerzas paralelas (no concurrentes) si estas tienen la misma magnitud? d) Puedo concluir que está en equilibrio mecánico un cuerpo que no se mueve traslacionalmente pero que sí gira? 4

3 GUÍA DE ACTIVIDADES Actividad 2 1. Respondo las siguientes preguntas. a) Qué es el brazo de palanca? Brazo de palanca Mes 4 b) Qué nos permite producir un gran momento de torsión con una fuerza pequeña? 2. Identifico e indico la línea de acción de la fuerza, el brazo de palanca y el sentido del momento de torsión producido en las siguientes ilustraciones: a) O Eje de rotación 90 F Fuerza aplicada b) O Eje de rotación F 60 Fuerza aplicada c) O Eje de rotación F Fuerza aplicada 5

4 GUÍA DE ACTIVIDADES Actividad 3 1. Respondo las siguientes preguntas. a) Qué es torque? Momento de torsión Mes 4 b) En qué unidades se mide el momento de torsión? c) Cómo es el signo del momento de torsión si el giro es en sentido horario? d) Cómo es el signo del momento de torsión si el giro es en sentido anti horario? e) Se produce un mayor momento de torsión con una fuerza pequeña en magnitud? f) Se produce un mayor torque con un brazo de palanca mayor? 2. Resuelvo los siguientes problemas con base en lo aprendido: a) Se ejerce una fuerza de 50 N sobre un cable enrollado alrededor de un cilindro de 30 cm de diámetro. Cuál es el momento de torsión producido al centro del cilindro? F = 50 N 30 cm b) Cuál es la magnitud de la fuerza que debe aplicarse para aflojar una tuerca utilizando una llave inglesa de 15 cm, sabiendo que esta se afloja con un torque de +21 Nm? 15cm 90 F Fuerza aplicada? 7

5 Mes 4 GUÍA DE ACTIVIDADES c) Qué momento de torsión se genera sobre el centro del cuerpo de una polea de 20 cm de diámetro, si por ella se hace pasar un cable en cuyo extremo cuelga una masa de 80 kg según se muestra en la ilustración? 20 cm 80 kg d) Cuál es el radio (en centímetros) de la manecilla de una puerta si sobre ella se aplica un torque de 0.2 Nm con una fuerza de 5N? F = 5 N r =? τ = 0.2 Nm e) Qué momento de torsión se genera sobre el pivote de un sube y baja (o balancín) si en uno de sus extremos ubicados a 2 m se sienta un niño de 35 kg? 35 kg 2 m τ =? 2 m 8

6 Mes 4 Actividad 4 1. Respondo las siguientes preguntas. GUÍA DE ACTIVIDADES Momento de torsión para fuerzas aplicadas en ángulo a) Es posible que una fuerza produzca un momento de torsión si es aplicada a un cuerpo rígido con un ángulo diferente a 90? b) Es posible que una fuerza produzca un momento de torsión si su línea de acción pasa directamente por el eje de rotación? c) Qué produce un mayor momento de torsión: una fuerza aplicada perpendicularmente o una fuerza aplicada en ángulo? d) Dónde conviene más aplicar una fuerza en ángulo para generar un mayor momento de torsión sobre un cuerpo rígido: cerca del eje de rotación, a la mitad del cuerpo rígido o en el extremo opuesto al eje de rotación? 2. Encuentro el momento de torsión para los ejes A, B, C y D en la siguiente figura, e indico en qué eje se genera el mayor torque: A 50 N 60 B 50 cm D 90 cm C 20 cm 10

7 P ractico mis competencias Mes 4 Lecciones 1-4 C onocimiento 1. En el paréntesis escribo una V o F según si lo afirmado es verdadero o falso. a) ( ) En el caso de que estén equilibradas, aprendimos que el móvil experimenta una aceleración en dirección de la fuerza resultante. b) ( ) El momento de torsión es la tendencia a rotar (girar) que puede experimentar un cuerpo. c) ( ) Si no queremos que un cuerpo gire, debe quedar entonces sin un momento de torsión resultante. d) ( ) Cuando las líneas de acción de las fuerzas no están dirigidas a un mismo punto en un cuerpo, entonces el cuerpo giraría respecto de un punto llamado eje de rotación. e) ( ) El brazo de palanca es la distancia más corta desde el eje de rotación a la línea de acción de la fuerza que se aplica a un cuerpo. f) ( ) Supongamos que queremos aflojar una tuerca, si agarramos la llave cerca del extremo donde está la tuerca, tendríamos que aplicar una gran fuerza de rotación para poder aflojar la misma. g) ( ) Como convención, se considera negativo al momento de torsión cuando la rotación es contraria a las manecillas del reloj. h) ( ) Al momento de torsión también se le conoce como torque. i) ( ) Sin excepción, todas las fuerzas que afectan algún cuerpo, y lo hacen girar, son perpendiculares al brazo de palanca. j) ( ) Para enroscar una tapa debemos hacerla girar en contra del sentido de las agujas de reloj. C omprensión 1) El uso de fuerzas aplicadas en ángulo pueden generar: a) Que sea imposible generar un torque b) Un torque mayor al de una fuerza aplicada perpendicularmente. c) Un torque menor al de una fuerza aplicada perpendicularmente. d) Ninguna de las anteriores es correcta 2) Para calcular el brazo de palanca de una fuerza que genera momento de torsión debo utilizar la siguiente herramienta: a) El compás b) La trigonometría c) El álgebra d) La aritmética 3) Las unidades de medición del momento de torsión en el sistema internacional son: a) N pie b) lbf pie c) kg m d) N m 2. Subrayo la respuesta correcta. 11

8 P ractico mis competencias Mes 4 Lecciones 1-4 4) Un momento de torsión negativo implica: a) Un torque menor a uno positivo b) Un torque en sentido contrario al giro de las agujas del reloj c) Un torque en sentido al giro de las agujas del reloj d) a y c son correctas 5) Cuando queremos aflojar una tuerca debemos hacer lo siguiente: a) Hacerla girar contra el sentido de las agujas del reloj b) Hacerla girar en el sentido de las agujas del reloj c) Buscar la llave inglesa más larga posible d) a y c son correctas 6) Qué tipo de triángulo que ya hemos estudiado nos permite realizar el análisis necesario para calcular el brazo de palanca de una fuerza que produce un torque: a) Triángulo acutángulo b) Triángulo equilátero c) Triángulo obtusángulo d) Triángulo rectángulo 7) La rotación que se produce sobre un cuerpo depende de los siguientes factores: a) De la longitud del brazo de palanca b) De la magnitud de la fuerza aplicada c) De si la línea de acción de la fuerza pasa por el eje de rotación d) Todas las anteriores son correctas 9) Si aplicamos una fuerza de mayor magnitud: a) Generamos un torque mayor b) Generamos un torque menor c) Podemos utilizar un brazo de palanca pequeño d) a y c son correctas 10) Al seleccionar el objeto más adecuado para levantar fácilmente una caja de 100 kg, escojo lo siguiente: a) Una palanca de acero de tres metros b) Una palanca de madera de un metro c) Una palanca de plástico de dos metros d) ninguna de las anteriores es correcta 11) Qué es mejor para aflojar una tuerca? a) Aplicar una fuerza en ángulo sobre la palanca b) Aplicar una fuerza perpendicular sobre la palanca c) Utilizar una palanca de pequeña longitud d) Aplicar una fuerza en dirección al eje de rotación de la tuerca 12 8) Un brazo de palanca largo nos permite: a) Generar un torque menor b) Generar un torque mayor c) Utilizar menos fuerza para apretar o aflojar una tuerca d) b y c son correctas

9 MES #5 ACTIVIDADES FÍSICA Por qué rotan los cuerpos sobre un eje? COMPETENCIA #2 Identifico las razones físicas espacio-temporales del movimiento o trayectoria de un cuerpo en problemas de mi entorno. IV BACHILLERATO

10 Mes 5 Actividad 1 1. Defino los siguientes conceptos. a) Dinámica rotacional Movimiento rotacional b) Desplazamiento angular GUÍA DE ACTIVIDADES c) Radián 2. Resuelvo los siguientes problemas. a) Un extremo de una cuerda se ata a una cubeta de agua y el otro extremo se enrolla muchas vees alrededor de un carrete circular de 12 cm de radio. Cuántas revoluciones del carrete se requieren para levantar la cubeta a una distancia vertical de 5 m? b) Un caballito en el perímetro de un carrusel en la feria experimenta un desplazamiento angular de 37. Si el radio de la rueda es 20 m, qué longitud de arco describe el caballito? 4

11 GUÍA DE ACTIVIDADES Velocidad angular Actividad 2 1. Defino los siguientes conceptos. a) Velocidad angular b) Frecuencia Mes 5 c) RPM 2. Resuelvo los siguientes problemas. a) La rueda de una bicicleta tiene un radio de 33 cm y completa 40 revoluciones en un minuto. Qué distancia lineal recorrerá la bicicleta en 30 s? b) Una polea giratoria completa 12 revoluciones en 4 s. Calcula la velocidad angular media en revoluciones por segundo, revoluciones por minuto y radianes por segundo. 5

12 GUÍA DE ACTIVIDADES Actividad 4 1. Resuelvo los siguientes problemas. Aceleración angular Mes 5 a) Un volante aumenta su velocidad de rotación de 7 a 13 rev/s en 8 s. Encuentra la aceleración angular en radianes por segundo al cuadrado. b) Una rueda de esmeril que gira inicialmente a 6 rad/s recibe una aceleración constante de 2 rad/s 2 durante 3 s. Utilizando las fórmulas vistas en la lección, calcula el desplazamiento angular y su velocidad angular final después de los 3s. 7

13 P ractico mis competencias Mes 5 Lecciones 1-4 C onocimiento 1. Coloco en el paréntesis la letra correspondiente para asociar los conceptos con su descripción. C omprensión 2. Coloco en el paréntesis la letra V si el enunciado es verdadero o la letra F si es falso. a) ( ) El desplazamiento angular logrado en una revolución o vuelta completa es un valor constante, es decir, no varía. b) ( ) El desplazamiento lineal en una revolución o vuelta completa es un valor constante, no varía. c) ( ) El tamaño de las ruedas de un automóvil no afecta la longitud de la distancia recorrida cuando estas completan una cantidad determinada de revoluciones. d) ( ) Los carretes de cables que utilizan las compañías de telefonía son de gran diámetro debido a lo largo de los cables que almacenan. e) ( ) Un carrito de juguete con llantas grandes recorre menos espacio que uno con llantas pequeñas si las llantas de ambos juguetes dan la misma cantidad de vueltas completas. g) ( ) Mientras mayor sea la frecuencia de los giros completados mayor será la velocidad angular. h) ( ) La velocidad lineal es inversamente proporcional a la velocidad angular. i) ( ) La velocidad lineal desarrollada por un vehículo será mayor mientras más rápido giren sus ruedas. j) ( ) Un niño quiere alcanzar a su hermano que anda en una bicicleta con llantas más pequeñas que la de su bici. Entonces tiene que aumentar la velocidad angular de las suyas porque de lo contrario, no lo alcanzará nunca. k) ( ) La velocidad angular es directamente proporcional al radio. l) ( ) Mientras mayor sea el radio del carrete que almacena una cuerda, menor será el desplazamiento angular requerido para abarcar cierta distancia lineal. 8 f) ( ) Una polea de 10 cm de radio gira a 50 rpm; mientras que otra de 30 cm de radio también gira a 50 rpm. Esto implica que la primera polea tiene una mayor velocidad angular.

14 GUÍA DE ACTIVIDADES Actividad 5 1. Resuelvo los siguientes problemas. Relación entre el movimiento rotacional y el movimiento rectilíneo Mes 5 a) Una polea de 320 mm de diámetro gira inicialmente a 4 rev/s y luego recibe una aceleración angular constante de 2 rad/s 2. Cuál es la velocidad tangencial de una correa montada en dicha polea al cabo de 8s? Cuál es la aceleración tangencial de la correa? Cuál es la aceleración centrípeta experimentada por un punto en la correa? b) Calcula la magnitud de la aceleración resultante de una partícula que se mueve en una circunferencia de 2.5 m de radio en el instante en que su velocidad angular es 10 rad/s y su aceleración angular es 4 rad/s 2. 11

15 MES #6 ACTIVIDADES FÍSICA Qué genera el movimiento de los cuerpos? COMPETENCIA #2 Aplico el teorema del trabajo, energía y potencia en la formulación y solución de problemas de mi entorno. IV BACHILLERATO

16 Mes 6 Trabajo Actividad 1 1. Defino los siguientes conceptos. a) Trabajo b) Joule GUÍA DE ACTIVIDADES c) Libra-pie 2. Respondo las siguientes preguntas. a) Dos equipos compiten tirando de los extremos de una cuerda. Realizan algún trabajo? En caso afirmativo, en qué momento se realiza el trabajo? b) Qué requiere más trabajo, subir un saco de 50 kg una distancia vertical de 2 m, o subir un saco de 25 kg una distancia vertical de 4 m? 3. Resuelvo los siguientes problemas. a) Un bombero de 65 kg asciende un tramo de escaleras de 20 m de alto. Cuánto trabajo se requiere para subir? b) Cuál es el trabajo realizado por una fuerza de 20 N que actúa a lo largo de una distancia paralela de 8 m? c) Qué fuerza realizará un trabajo de 160 J en una distancia de 4 m? 4

17 GUÍA DE ACTIVIDADES Actividad 4 Define los siguientes conceptos. a) Energía Energía Mes 6 b) Energía cinética c) Energía potencial Actividad 5 1. Defino. a) Teorema del trabajo y la energía Trabajo y energía cinética 2. Resuelvo los siguientes problemas. a) Cuál es la energía cinética de una bala de 6 g en el instante en que su rapidez es de 190 m/s? b) Cuál es la energía cinética de un automóvil de 1,200 kg que viaja a 40 km/h? Y si viaja a 80 km/h (utiliza la definición de energía cinética para el cálculo)? 7

18 Mes 6 GUÍA DE ACTIVIDADES c) Una carreta de 400 kg entra sin control en un campo de maíz a una velocidad de 12 m/s y finalmente se detiene. Cuál fue la magnitud del trabajo realizado por esa carreta? Recuerda que la carreta se detuvo. d) Qué fuerza media se necesita para incrementar la velocidad de un objeto de 2 kg de 5 m/s a 12 m/s en una distancia de 8 m? Actividad 6 Resuelvo los siguientes problemas. Energía potencial a) Un bloque de 2 kg reposa sobre una mesa a 80 cm del piso. Calcula la energía potencial del bloque en relación con : (a) el piso, (b) el asiento de una silla que está a 40 cm del piso y (c) el techo, a 3 m del piso. b) Un ladrillo de 1.2 kg está suspendido a 2 m de distancia arriba de un pozo de inspección y luego se le deja caer. El fondo del pozo está a 3 m por debajo del nivel de la calle. Con respecto a la calle, cuál es la energía potencial del ladrillo en cada uno de esos lugares? 8

19 GUÍA DE ACTIVIDADES Conservación de la energía Actividad 7 1. Defino. a) Ley de la conservación de la energía Mes 6 b) Conservación de la energía mecánica 2. Respondo. a) Una clavadista está de pie en un trampolín de 10 m de altura sobre el agua. Qué tipo de energía resulta de esta posición? Qué pasa con esa energía cuando ella se zambulle en el agua? Se realiza algún trabajo? En caso afirmativo, quién efectúa el trabajo y sobre qué lo realiza? 3. Resuelvo los siguientes problemas. a) Un martillo de 4 kg se levanta a una altura de 10 m y se deja caer. Cuáles son las energías potencial y cinética del martillo cuando ha caído a un punto ubicado a 4 m del nivel del suelo? Cuál será la velocidad del martillo justo antes de golpear el suelo? Cuál es la velocidad en el punto ubicado a 4 m? 9

20 Mes 6 GUÍA DE ACTIVIDADES b) Un péndulo simple de 1 m de longitud tiene en su extremo una pesa de 8 kg. Cuánto trabajo se requiere para mover el péndulo desde su punto más bajo hasta una posición horizontal? A partir de consideraciones de energía, encuentra la velocidad de la pesa cuando pasa por el punto más bajo en su oscilación. 10

21 GUÍA DE ACTIVIDADES Actividad 9 1. Defino. a) Potencia Potencia Mes 6 2. Resuelvo los siguientes problemas. a) La correa transportadora de una estación automática levanta 500 toneladas de mineral a una altura de 30 m en 1 h. Qué potencia media se requiere para esto, en caballos de fuerza? Recuerda que 1 tonelada = 1,000 kilogramos. b) Una masa de 40 kg se eleva a una distancia de 20 m en un lapso de 3 s. Qué potencia media se utiliza? c) Un motor de 90 kw se utiliza para elevar una carga de 1,200 kg. Cuál es la velocidad media durante el ascenso? 13

22 P ractico mis competencias Mes 6 Lecciones 1-9 C onocimiento 1. Coloco en el paréntesis la letra correspondiente para asociar los conceptos con su descripción. C omprensión 2. Coloco en el paréntesis la letra V si el enunciado es verdadero o la letra F si es falso. a) ( ) La fuerza de gravedad realiza trabajo sobre una caja inmóvil apoyada sobre una superficie. b) ( ) La energía cinética de una pelota lanzada verticalmente se transforma en energía potencial hasta alcanzar el punto de altura máxima, a partir del cual toda la energía potencial acumulada se transforma en energía cinética a medida que la pelota desciende. c) ( ) Un objeto colocado a una altura de 10 metros tiene mayor energía potencial que uno que se encuentra a 5 metros por encima de este. e) ( ) Una fuerza de 100 N es aplicada sobre un cuerpo para moverlo a 10 metros de su posición original, mientras que otra fuerza de 50 N es aplicada sobre otro cuerpo para moverlo a 20 metros de su posición original. Ambos realizaron el mismo trabajo. f) ( ) El calor y el ruido son una manifestación de la energía perdida por un cuerpo que se mueve sobre una superficie con fricción. g) ( ) Un ascensor con capacidad de 15 personas tiene igual potencia que otro ascensor con capacidad de 10 personas si ambos se desplazan con la misma rapidez a través de la misma altura. h) ( ) Un automóvil que recorre una distancia de 100 kilómetros en una hora es más potente que cuando recorre 50 kilómetro en el mismo tiempo. i) ( ) La energía cinética del viento puede ser aprovechada y transformada en otro tipo de energía. j) ( ) El trabajo realizado por una fuerza resultante es igual a la suma de los trabajos realizados por cada una de las fuerzas que componen la resultante. 14 d) ( ) Cuando un objeto en movimiento sobre una superficie rugosa empieza a detenerse, es evidencia de que la energía cinética desapareció por completo.