SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL Energía I: trabajo y potencia mecánica

Transcripción

1 SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL Energía I: rabajo y poencia mecánica SGUICES020CB32-A16V1

2 Solucionario guía Energía I: rabajo y poencia mecánica Íem Alernaiva Habilidad 1 D Comprensión 2 C Aplicación 3 D Comprensión 4 D Comprensión 5 D Aplicación 6 A Comprensión 7 A Comprensión 8 C Comprensión 9 D Aplicación 10 D Aplicación 11 D ASE 12 D ASE 13 C Reconocimieno 14 E ASE 15 E Comprensión 16 E Aplicación 17 E Reconocimieno 18 E Aplicación 19 B Aplicación 20 A ASE 21 E Aplicación 22 D Aplicación 23 C Aplicación 24 E Aplicación 25 C Aplicación

3 Íem Alernaiva Defensa 1 D Las fuerzas que ienen la misma dirección y senido del desplazamieno, realizan un rabajo posiivo. Por lo ano, F 1 realiza rabajo posiivo. Las fuerzas que acúan perpendicularmene al desplazamieno realizan un rabajo nulo. Por lo ano, F 2 realiza un rabajo nulo. Las fuerzas en la misma dirección pero en senido conrario al desplazamieno realizan un rabajo negaivo. Por lo ano, F 4 realiza un rabajo negaivo. Por lo ano: I III) Falso 2 C 3 D La fuerza aplicada es paralela al desplazamieno y posee el mismo senido, por lo que ambos vecores forman un ángulo de 0º. Luego, el rabajo realizado por la fuerza es F 2,5N d 5m W F d cos0º 2,5[ N] 5[ m] cos0º 12,5J 0º Por la primera ley de Newon, para levanar un cuerpo con velocidad consane se debe aplicar sobre él una fuerza de igual módulo que su peso. Por lo ano, si m1 m2 F1 F2. Si ambos cuerpos son levanados a la misma alura experimenan el mismo desplazamieno. Como las fuerzas aplicadas poseen la misma dirección y senido del desplazamieno (vericales hacia arriba), el rabajo mecánico realizado por las fuerzas se puede calcular como W F d. Luego, si F F W W 1 2 F1 F2 Por lo ano: I III) Falso

4 4 D Considerando los daos del encabezado, endremos que rabajo W Poencia iempo Además, sabemos que si la fuerza aplicada posee la misma dirección y senido del desplazamieno (forman un ángulo de 0º), enonces la poencia mecánica puede ser expresada como: Poencia fuerza rapidez F V Por lo ano: I III) Falso 5 D 6 A 7 A El rabajo realizado por la fuerza corresponde al área bajo la curva de la gráfica. Por lo ano, al subdividir el área en res áreas más pequeñas, obenemos 22 W área bajo la curva [ J] 2 El desplazamieno experimenado es perpendicular a la fuerza peso que acúa sobre la mochila, por lo que el rabajo realizado por esa fuerza es nulo. Si la fuerza aplicada es perpendicular al desplazamieno, el rabajo que realiza la fuerza es nulo. En el ejercicio, si la fuerza acúa sobre el cuerpo vericalmene, al experimenar ese un desplazamieno horizonal el rabajo realizado será nulo. Sin embargo, si el desplazamieno es verical (en la misma dirección de la fuerza) el rabajo realizado será disino de cero. Por lo ano: II) Falso III) Falso 8 C 9 D Cuando un cuerpo desliza sobre una superficie rugosa, la fuerza de roce siempre acúa en la misma dirección del desplazamieno, pero en senido conrario. Por lo ano, el rabajo realizado por esa fuerza siempre es negaivo. Como la pesa es levanada con rapidez aproximadamene consane, la fuerza que ejerce el deporisa es de igual

5 módulo que el peso de aquella. Así, enemos que m 140kg W 2800 p m g 1.400N W F d d 2m F 1400 W 2.800J 10 D Sabemos que W P Siendo la fuerza que ejerce el ascensor de igual dirección y senido que el desplazamieno que experimena, podemos expresar el rabajo realizado como W F d Por lo que F d F d P P Para levanar un cuerpo con velocidad consane, por la primera ley de Newon, la fuerza aplicada debe poseer igual módulo que el peso del cuerpo. Luego, al reemplazar obenemos moal 130[ kg] 70kg 200[ kg] pesooal 2000N Fd d 20m P 5000 P 5000W 8,0 s 11 D Como la fuerza y el desplazamieno forman un ángulo de 0º, enonces el rabajo realizado por la fuerza puede expresarse como W F d Luego, con los daos de la segunda pare del encabezado enemos * F 4F * d W 4F 2F d 2W * d d 2 2 Es decir, el rabajo realizado por la fuerza se duplica.

6 Por ora pare, sabemos que W P Ya sabemos que el rabajo realizado en la segunda pare es mayor que al inicio pero, además, como la fuerza se cuadruplicó y el desplazamieno disminuyó a la miad, el iempo demorado en realizar el rabajo es menor que al comienzo. Así, con una mayor canidad de rabajo realizado en un menor iempo, la poencia desarrollada en la segunda pare aumena respeco de aquella desarrollada en la primera. Por lo ano: I III) Falso 12 D 13 C Para que una fuerza realice rabajo máximo posiivo debe acuar en la misma dirección y senido que el desplazamieno. Así, el ángulo enre ambos vecores es 0º y el rabajo mecánico oma la forma W F d.. Siempre que la fuerza aplicada enga la misma dirección que el desplazamieno producido, la poencia puede calcularse como P F v. II) Falso. Wa es la unidad de medida de la poencia mecánica en el Sisema Inernacional. II. Por definición. 14 E Considerando los daos del encabezado enemos F F[ N] T[] s W F[ N] D[ m] F D d D[ m] P [ was] T[] s T m v V s Por ora pare F F[ N] W F d F[ N] D[ m] F D[ joules] d D[ m] Como la fuerza aplicada iene la misma dirección y senido del desplazamieno (horizonal y paralela a la superficie), la

7 poencia puede expresarse como P F V[ was] Por lo ano: I II 15 E. Si la fuerza se ejerce en senido conrario al desplazamieno (ángulo mayor a 90º) el rabajo es negaivo. I. Si la fuerza es perpendicular al desplazamieno, el rabajo realizado por la fuerza es cero. II. Si la fuerza se aplica formando un ángulo enre 0º y 90º con el desplazamieno, el rabajo es posiivo. 16 E La poencia se deermina con la ecuación W P. Cuando la fuerza y el desplazamieno ienen igual dirección y senido el rabajo es máximo posiivo y se calcula como W = F d Así, la poencia queda definida como W F d P d Como v, la poencia puede omar la forma Fd P F v Finalmene, considerando los daos del ejercicio enemos P= F v = 3 6 = 18 [W] 17 E Si la fuerza normal es perpendicular al desplazamieno, no realiza rabajo. Por lo ano: I II

8 18 E 500 2min 120 P W W P W P s W J 19 B Como sabemos W P Por lo ano: W1 wj w P1 W 1 s P1 W2 2wJ 2w 4w P2 P2 W 2 s 2 2 w 1 4w 4 20 A Sabemos que, si la fuerza aplicada posee la misma dirección y senido del desplazamieno, enonces la poencia desarrollada puede expresarse como W F d P Por lo ano: F1 F F m d1 m P1 1 Si ahora se aplica sobre el cuerpo el doble de la fuerza anerior, a lo largo del doble de la disancia, en el mismo iempo, la poencia desarrollada por la fuerza es F2 2F 2F 2m F m d2 2m P2 4 4 P1 2 Es decir, la poencia aumenó al cuádruple. 21 E El rabajo oal es equivalene a la suma de los rabajos parciales realizados. Por lo ano

9 N kg m m F 240 Woal F d1 mg d2 m 60 Woal ,8 d 1 10 Woal 2.880J d2 0,8 W oal J Woal P 24W 2 min 120 s D 23 C Por la primera ley de Newon, para lograr subir un cuerpo con rapidez consane la fuerza aplicada debe ser de igual módulo que su peso. Además, como la fuerza aplicada es de igual dirección y senido que el desplazamieno, enemos Volumen 200l m 200kg m g F 2.000N W F d J 6 d m Del ejercicio 22 sabemos que el rabajo realizado para subir el agua es W J El iempo demorado es s 2 min 120 Así, la poencia desarrollada es W J P 100W 120 s 24 E La fuerza normal es perpendicular al desplazamieno, por lo ano el rabajo realizado por ella es nulo. Como la fuerza iene igual dirección y senido que el desplazamieno, el rabajo que realiza es: F 10N W F d [ J] d 4[ m] Y la poencia desarrollada es W 40J s 1 min 60

10 W 40 2 P 60 3 was Por lo ano: I II 25 C Cuando un cuerpo desliza sobre una superficie rugosa, la fuerza de roce siempre acúa en la misma dirección del desplazamieno, pero en senido conrario. Por lo ano, el rabajo realizado por esa fuerza siempre es negaivo. Considerando los daos enregados, el rabajo realizado por el roce es Froce 10N d 4m W F d cos 104cos180º 40J 180º