FS-100 FISICA GENERAL I Coordinador: Addi Elvir

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1 Departamento de Física FS-100 FISICA GENERAL I 2011 FS-100 FISICA GENERAL I Coordinador: Addi Elvir GUIA DE ESTUDIO TEMA: TRABAJO Y ENERGIA SELECCION MULTIPLE A continuación se presenta una serie de preguntas con cinco posibles respuestas cada una. Encierre en un círculo la letra que corresponda a la respuesta correcta. La respuesta es única. 1. El trabajo realizado por una fuerza F para desplazar un objeto desde el punto hasta el punto : a. Es un escalar b. Es igual a cero cuando la fuerza es perpendicular al movimiento c. Tiene su valor máximo cuando la fuerza es paralela al movimiento d. Es igual al área entre la curva de f(x) y eje x desde hasta cuando la fuerza solamente tiene componentes de x, ademas el movimiento es en la direccion de x. e. Todas las anteriores son correctas 2. Indique cuál de las siguientes frases es correcta: a. La energía cinética de un cuerpo que se mueve con velocidad permanencee constante b. El trabajo hecho por una fuerza constante es siempre igual a cero c. El trabajo hecho por la fuerza restauradora de un resorte es siempre cero d. La potencia y el trabajo se expresa en las mismas unidades en el SI 3. La magnitud del trabajo que se realiza al levantar una masa de 6kg, una alturaa de 5m es: a. 30 J b. 294 J c J d. 0 J e J Página 1 of 15

2 4. Si F(x) es la fuerza resultante que actúa sobre un cuerpo que se mueve en la dirección x, entonces: a. El trabajo es igual a la variación de la energía cinética b. El trabajo es positivo si la fuerza actúa en el sentido del desplazamiento c. La energía cinética aumenta cuando la fuerza y el desplazamiento van el mismo sentido d. El trabajo es negativo si la fuerza actúa en el sentido opuesto al desplazamiento e. Todas las anteriores son correctas 5. El trabajo necesario para estirar 30 cm un resorte cuya constante k es de 40 N/m es igual a: a. 1.8 J b. 12 J c. 3.6 J d J e. 18,000 J 6. Un resorte esta inicialmente estirado una distancia x. si el resorte se estira una distancia adicional x entonces su energía potencial elástica: a. No cambia b. Se duplica c. Se reduce a la mitad d. Se multiplica por un factor de 4 7. Si un cuerpo ha experimentado un aumento en su velocidad, podemos afirmar que: a. El cambio en la energía cinética del cuerpo es igual a cero b. El trabajo de las fuerzas externas que actúan sobre el cuerpo es igual a cero c. La fuerza variable actúa sobre el cuerpo d. La energía cinética del cuerpo ha aumentado e. El cambio en la energía cinética del cuerpo es negativa 8. Si se dispara hacia arriba un proyectil de 10 Kg de masa con una velocidad inicial de 500 m/s, la energía potencial del proyectil en el punto más alto de su trayectoria sera: a b c d. 25 e. 250 J Página 2 of 15

3 9. Una masa m1 que cuelga de un resorte produce en este una deformacion. Una masa m2 produce deformacion x2 sobre el mismo resorte. Si x2 es igual al doble de x1, entonces podemos afirmar que: a. =2 b. = 2 c. = d. = 2 e. =2 10. Si es la energia elastic almacena en un resorte que ha sido deformado una distancia y es la energia elastic almacenada en el mismo resorte cuando este ha sido deformado una distancia, si ademas es igual a la cuarta parte de, entonces: a. = 1 4 b. =4 c. =16 d. =1 e. = Un resorte que tiene una constante de fuerza de 40 N/m se comprime una longitud de 2.0 cm con respecto a su posición de equilibrio. El resorte está colocado sobre una superficie horizontal sin fricción. El trabajo realizado por el resorte para mover el bloque desde la posición = 2 hasta la posicion de equilibrio es igual a: a J b. 8 J c. 0.8 J d. 1.6 J e J 12. Encuentre el valor de la constante k de un resorte que se alarga 10 cm cuando una masa de 100 g cuelga de dicho resorte. a. 98 N/m b. 10 N/m c. 9.8 N/m d. 100 N/m e. 1 N/m 13. Un bloque de 5 kg es acelerado uniformemente a partir del reposo, a lo largo de una superficie horizontal libre de fricción. La fuerza neta que actúa sobre el bloque es de 10 N. Encuentre la energía cinética del bloque cuando pasa por un punto colocado a 4m de su punto de partida. a. 40 J Página 3 of 15

4 b. 20 J c. 200 J d. 196 J e. Cero 14. Un bloque de 6 kg es acelerado uniformemente a partir del reposo, a lo largo de una superficie horizontal áspera y con coeficiente de fricción cinético de La fuerza neta que actúa sobre el bloque es de 12 N. Calcule la rapidez del bloque después de que este recorre una distancia de 3 metros. a m/s b m/s c m/s d m/s e m/s 15. La aceleración del bloque anterior es de: a b c d e Un bloque de 1.6 Kg de masa se sujeta a un resorte colocado en un plano horizontal libre de fricción. La constante de fuerza del resorte es de 100 N/m. el resorte se comprime una longitud de 2 cm y el bloque se libera a partir del reposo. La velocidad del bloque cuando pasa por el punto de equilibrio es de: a m/s b m/s c m/s d m/s e m/s 17. Encuentre la velocidad del bloque anterior cuando pasa por la posición de equilibrio si la fuerza de fricción entre el bloque y la superficie es de 4.0 N. a m/s b m/s c m/s d m/s e m/s Página 4 of 15

5 Utilice la siguiente información para contestar las tres preguntas siguientes: Un carro de 1000 Kg viaja con 140,000 J de energía cinética cuando el conductor aplica los frenos hacienda que el carro resbale hasta quedar en reposo. El coeficiente de fricción cinética entre las ruedas del carro y la tierra es de La velocidad del carro es aproximadamente igual a: a. 60 Km/h b. 30 Km/h c. 85 Km/h d. 42 Km/h e. Ninguna de las anteriores 19. El trabajo realizado por las diversas fuerzas de fricción es aproximadamente igual a: a. 70,000 J b. 35,000 J c. 28,000 J d. 140,000 J 20. La distancia que se requiere para que carro llegue al reposo a partir del momento de iniciado el frenado es aproximadamente igual a: a. 17 m b. 36 m c. 280 m d m Utilice la siguiente información para contestar las dos preguntas siguientes. La grafica muestra la fuerza aplicada a un objeto en función a su desplazamiento. El objeto tiene una masa de 10 Kg y parte del reposo. F(x) 20N X[m] Página 5 of 15

6 21. El trabajo necesario para desplazar el objeto desde el origen hasta 4 m es igual a: a. 50 J b. 20 J c. Cero d. 10 J e. 60 J 22. La velocidad del objeto al pasar por el punto x= 2m es igual a : a. 40 m/s b. 4 m/s c. 20 m/s d. Cero e. 2 m/s 23. Una particular se desplaza desde el origen hasta el punto =(3 4 +5)m bajo el efecto de una fuerza =(5 2 +3) N. Si el tiempo medio que tardo la particular en ir desde el origen hasta el punto r fue 3.8s, entonces la potencia media desarrollada es de: a. 38 W b. 15 W c. 3.8 W d. 10 W e. 22 W 24. En un instante t de tiempo actúa una fuerza =(7 2 +3) N sobre un objeto cuya velocidad en ese instante es =( +3 +4) m/s Cuanta potencia está desarrollando la fuerza en ese momento? a. Cero b. 6.5W c. 13W d. 46W e. 25W 25. Un objeto es atraído hacia el origen con una fuerza de magnitud = donde =5.00 Cuánto trabajo efectúa F cuando el objeto se mueve desde x= 1.0m hasta x =2m? a. 5 J b. 40 J c. -74/4 J Página 6 of 15

7 d. 75/4 J e. Cero Utilice la siguiente información para contestar las preguntas 26 y 27. El profesor de física instala una cámara de video para comprobarles a sus colegas que ninguno de sus alumnos o alumnas hacen fraude en sus exámenes. El pequeño motor que manipula la cámara de video ejerce una fuerza sobre un eje que es modelada por la ecuación ()= 1+ La barra se mueve desde hasta. 26. En base a esta información podemos afirmar que: a. El trabajo realizado por el motor al desplazar la cámara una distancia d es igual a Fd b. La fuerza F que mueve la cámara es una función lineal del desplazamiento x c. El trabajo realizado por el motor es igual a cuando = d. El trabajo realizado por el motor para mover la cámara desde hasta es igual a + evaluado desde hasta. e. Todas las anteriores son correctas. 27. Si =2.0, =0.0070, =0.010, =0.050, entonces el trabajo que realiza el pequeno motor es aproximadamente igual a: a J b c J d Se aplica una fuerza externa resultante de 4.8 N a un cuerpo de 0.5 Kg de masa, inicialmente en reposo. Cuál es la velocidad final del cuerpo después de que se ha desplazado 12 metros en la dirección de la fuerza aplicada? a m/s b m/s c m/s d m/s e. Cero 29. Una fuerza de magnitud variada se aplica a un carro para moverlo de un punto a otro. Calcule el trabajo total realizado si la distancia que se desplaza el carro es de 150 m y la fuerza ( en Newton) varia tal como se muestra en la figura. a. 120,000 J b. 360,000 J Página 7 of 15

8 c. 420,000 J d. 480,000 J e. 600,000 F(x) 4,000N X[m] Utilice la siguiente información para contestar las tres preguntas siguientes. Un automóvil de 880 kg de masa se detiene al aplicar los frenos en las ruedas. El coeficiente de fricción cinética entre los neumáticos y la carretera es de El automóvil deja marcas de deslizamiento de 25 metros de longitud. 30. La fuerza de fricción entre el automóvil y el pavimento es igual a: a N b N c. 50,960 N d. 35,280 N e. 5,605.6 N 31. El trabajo que efectúa la fuerza de fricción sobre el automóvil para llevarlo al reposo es igual a: a N b. 140,140 N c. 50,960 N d. 35,280 N e. 6,272 N 32. La velocidad que el automóvil llevaba al momento de aplicar los frenos es igual a: a m/s b m/s c m/s d m/s e m/s 33. La figura muestra una masa m que esta en equilibrio entre dos resortes. Si la masa es desplazada 20 cm hacia la derecha y luego es dejada mover libremente, podemos afirmar, que al pasar por el punto localizado 15cm hacia la izquierda, su rapidez es aproximadamente igual a: Página 8 of 15

9 a m/s b m/s c m/s d m/s e. Cero = = 3 Kg Utilice la siguiente información para contestar las tres preguntas siguientes. Desde la cima del cerro el picacho se construye una pista de patinaje que tiene inicialmente una rampa inclinada de fricción insignificante cuya altura se reduce gradualmente en 65 metros. Un joven de 80 Kg de masa parte del reposo desde la parte más alta de la pista, luego se mueve horizontalmente en una superficie con fricción ( =0.20) de 225 metros de longitud. Finalmente choca contra un bulto de arena penetrando 2.5 metros antes de alcanzar el reposo. 34. La rapidez que tiene el joven al pie de la rampa inclinada es igual a : a m/s b m/s c m/s d m/s e m/s 35. La rapidez que tiene el joven al final de la pista horizontal de 225 m es aproximadamente igual a: a m/s b m/s c m/s d m/s e m/s 36. La fuerza medida que ejerce la arena sobre el es igual a : a. 5,605.7 N b. 6,272 N c. 784 N d N e. Cero Página 9 of 15

10 37. Un péndulo simple de masa m= 0.5 Kg y longitud l = 2m es desplazado hacia un lado hasta que su masa alcanza una altura de 4por encima de su punto o nivel de referencia mas bajo. Si a continuacion se libera la masa y se deja que parta del reposo, entonces podemos afirmar que: a. La energía potencial en su punto de máxima altura es igual a 9.8 J b. La energía cinética en el punto más bajo de la trayectoria es igual a la energía potencial en el punto más alto y ambas son iguales a 2.45 J c. La rapidez de la masa en el punto de altura 8es de m/s y en el punto más bajo es de 3.13 m/s d. La suma de la energía cinética y la energía potencial en cualquier punto de la trayectoria es constante e igual a 9.8 Joules e. Las respuestas b y c son correctas 38.? Cuanto trabajo se realiza al desplazar un objeto desde el origen de coordenadas hasta el punto =( ) metros aplicando una fuerza constante de =( ) Newtons? a. 5 J b. 2 J c. 9 J d. 12 J e. 35 J 39. Una mesa de dibujo es desplazada a lo largo del salón de clases aplicándole una fuerza de 40 N a una cuerda que forma un ángulo de 20 con el eje horizontal Cuánto trabajo se realiza al mover la mesa 4 m? a J b J c J d J e. 3,200 J 40. Una fuerza de magnitud variada se aplica a un objeto para moverlo de un punto a otro. Calcule el trabajo total realizado si la distancia que se desplaza el objeto es de 30 metros y la fuerza varia tal como se muestra en la figura. a. 120 J b. 360 J c. 420 J d. 60 J e. 600 J F(x) 40N Página 10 of X[m]

11 41. Tres personas de 50 Kg cada una, se colocan espaciadas 2m a lo largo de una escalera inclinada 45 con respecto a el eje vertical. La primera persona esta a nivel del suelo. El tranajo total que se require para subir estas personas desde la tierra hasta su posicion relativa en la escalera es aproximadamente igual a: a. 2,709 J b. 692 J c. 1,386 J d. 2,940 J e. 4,158 J 42. N personas, cada una con una masa m, se colocan espaciadas d metros en una escalera inclinada α grados con respecto al eje horizontal. La primera persona está a nivel del suelo. El trabajo total que se requiere para subir estas personas desde la tierra hasta su posición relativa en la escalera es igual a: a. () b. sin c. () sin cos d. ( 1)sin e. : = () Las siete preguntas siguientes están relacionadas entre sí. Todas las unidades están en el sistema internacional. 43. Se tiene una cuerda de longitud l y masa uniforme m colocada a nivel del suelo. La densidad lineal de masa λ, de esta cuerda se define como: a. b. c. d., e. Las respuestas b y d son correctas 44. Se estira y se levanta la cuerda de la pregunta anterior de tal manera que la cuerda queda totalmente vertical con un extreme de la misma tocando el suelo y el otro sostenida por su mano. En este caso podemos afirmar que el trabajo total realizado para la levantar la cuerda es igual a: a. b. Página 11 of 15

12 c. Cero d. e. Ninguna de las anteriores 45. Considérese el caso de una cadena metálica uniforme (densidad lineal λ constante) de longitud =3 y masa total M. una longitud de 2 de la cadena esta estirada horizontalmente sobre una mesa mientras una longitude cuelga verticalmente. La altura de la mesa es igual a. La cadena esta hecha de un material tal que la fuerza sobre el segmento que cuelga es suficiente para jalar toda la cadena sobre el borde de la mesa. Si ignoramos la fricción cinética podemos afirmar que: a. Todos los eslabones de la cadena se mueven con velocidad constante b. La velocidad del ultimo eslabón sobre la mesa es 2 veces mayor que da del primer eslabón que cae desde la mesa hasta el suelo c. Todos los eslabones caen con aceleración constante d. Los últimos eslabones describen una trayectoria parabólica 46. Considérese nuevamente la cadena del ejercicio anterior. El trabajo total efectuado sobre la cadena por la fuerza de gravedad cuando toda la cadena cae desde la superficie de la mesa hasta el suelo es igual a: a. 2 b. c. d. e. f. Ninguna de las anteriores es correcta 47. Asumamos ahora que la cadena tiene una longitud total de 3 metros. Y un peso lineal de 20 N/m. la masa total de la cadena es igual a: a. 60 Kg b. 20 Kg c Kg d Kg 48. La densidad lineal, λ, de la cadena es igual a: a. 20 Kg/m b Kg/m c Kg/m d Kg/m Página 12 of 15

13 49. El trabajo total efectuado sobre la cadena por la fuerza de gravedad cuando la cadena cae sobre desde el punto en que 2.0 metros permanecen sobre la mesa hasta el punto en que toda la cadena ha dejado la mesa es igual a: a. 60 J b. 620 J c. 90 J d. 50 J Utilice la información que se le proporciona para contestar las dos preguntas siguientes. En el montaje que se muestra en la figura. =40 =60 =1 m 50. La masa es desplazada 20 cm hacia la izquierda del punto de equilibrio. La energía potencial elástica almacenada en el sistema es igual a: a. 2 J b. 2 J c. 4 d. 8 J e. 20 J 51. La masa es liberada y los resortes oscilan. La velocidad de la masa cuando pasa por el punto de equilibrio es igual a: a. 2 m/s b. 1 m/s c. 2 d m/s e. Ninguna de las anteriores Página 13 of 15

14 Utilice la siguiente información para contestar las 6 preguntas siguientes. Un objeto se encuentra colocado inicialmente en el punto P de la figura, a una altura h con Respecto al nivel horizontal (recta Q R en la figura). El objeto se resbala sin fricción sobre la Pista circular y luego se mueve horizontalmente bajo el efecto de una fuerza de fricción desde el Punto Q hasta el punto R. A continuación se mueve con velocidad constante desde R hasta S (Posición de equilibrio del resorte) y luego comprime el resorte hasta finalmente llegar al reposo En el punto T. P h X K= 60N/m Q R S T 52. La energía potencial del objeto en el punto P es igual a: a J b J c J d J 53. La energía cinética del objeto en el punto Q es igual a: a J b J c J d J 54. El trabajo realizado por la fuerza de fricción cuando el objeto se mueve desde Q hasta R es igual a: a J b J Página 14 of 15

15 c J d J 55. El trabajo realizado por la fuerza de fricción cuando el objeto se mueve desde R hasta S es igual a: a J b J c J d J 56. La distancia entre los puntos S y T es igual a: a. 100 cm b. 50 cm c cm d. 2.5 cm e cm 57. A que distancia del punto Q el objeto adquiere su reposo definitivo? a. 100 cm b. 50 cm c cm d. 2.5 cm e cm 58. Un amplificador de un equipo de sonido tiene una potencia de 50 W. El equipo tiene parlantes capaces de convertir con 70 % de eficiencia la potencia en sonido y un 20% de la energía Sonora entra en los oídos Cuánto Trabajo es realizado por las membranas del oído después de escuchar un disco compacto de 40 minutos de duración? a. 13,440 J b. 2,800,000 J c. 280 J d. 11,000 J e. 16,800 J BUENA SUERTE Página 15 of 15