8 El motor de un coche genera una fuerza motriz. 9 Sobre un cuerpo de 700 g de masa que se apoya en

Transcripción

1 EFUEZO FICHA 1 ACTIVIDADES DE EFUEZO 1 Arrastramos por el suelo una caja tirando de una cuerda atada a la misma y manteniéndola paralela al suelo. Identifica las fuerzas que actúan, descríbelas y represéntalas mediante un esquema. Identifica las fuerzas que actúan sobre los siguientes cuerpos: a) Un coche que acelera en una carretera hori zontal. b) Un cuerpo que cuelga del techo mediante un cable. 3 Qué fuerza actúa en un coche cuando frena? Describe las características de dicha fuerza. 4 Elige la respuesta correcta. Al sostener un libro en la mano: a) No se ejerce ninguna fuerza, ya que no se mueve. b) Las fuerzas que se ejercen tienen como único efecto deformarlo. c) Las fuerzas que se ejercen tienen resultante nula, por eso no se mueve. d) Ninguna de las respuestas es correcta. 5 Dos niños tiran de dos cuerdas atadas a una caja, con una fuerza de 8 N cada uno. Si para arrastrar la caja es necesario ejercer una fuerza de 10 N, determina si serán capaces de arrastrarla cuando: a) Tiren de las cuerdas en la misma dirección y sentido. b) Tiren de las cuerdas en direcciones perpendiculares. 8 El motor de un coche genera una fuerza motriz de 4500 N; la fuerza de rozamiento entre las ruedas y la carretera es de 1300 N. Si la masa del coche es de 860 kg, determina: a) La velocidad que alcanzará después de 10 s si parte del reposo. Exprésala en km/h. b) Si en ese instante la fuerza del motor cesa, cuánto tiempo tardará en pararse? 9 Sobre un cuerpo de 700 g de masa que se apoya en una mesa horizontal se aplica una fuerza de 5 N en la dirección del plano. Calcula la fuerza de rozamiento si: a) El cuerpo adquiere una aceleración igual a 1,5 m/s. b) El cuerpo se mueve con velocidad constante. 10 Si un tren se mueve por la vía con una velocidad de 60 km/h, indica cuál de las siguientes afirmaciones es correcta: a) Sobre el tren no está actuando ninguna fuerza porque no hay aceleración. b) Sobre el tren solo actúa una fuerza, en la misma dirección que la velocidad. c) Sobre el tren actúan varias fuerzas cuya resultante es nula. d) Sobre el tren actúan varias fuerzas cuya resultante proporciona la velocidad del tren. 6 ealiza un esquema en el que representes, median te vectores, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo que desciende por un plano inclinado. Considera que existe rozamiento entre el cuerpo y el plano. 7 Dos fuerzas: = 6 N y = 8 N, están aplicadas sobre un cuerpo. Calcula la resultante, gráfica y numéricamente, en los siguientes casos: a) Si las dos fuerzas actúan en la misma dirección y sentido. b) Si las dos fuerzas actúan en la misma dirección y sentidos opuestos. c) Si las dos fuerzas actúan en direcciones perpendiculares. 30 DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4. ESO Material fotocopiable Santillana Educación, S. L.

2 EFUEZO FICHA 1 ACTIVIDADES DE EFUEZO (soluciones) 1 F r N T : tensión de la cuerda; es la fuerza que ejerce la cuerda sobre la caja. F r : fuerza de rozamiento; fuerza que se opone al movimiento, debido al contacto con el suelo. : peso de la caja; es la fuerza que ejerce la Tierra sobre la caja. N: fuerza normal; es la fuerza que ejerce el suelo sobre la caja. F r a) F M : fuerza que realiza el motor. N F r : fuerza de rozamiento. : peso del cuerpo. N: fuerza normal. b) : peso del cuerpo. F e : fuerza elástica del muelle. 3 La fuerza de rozamiento es una fuerza que actúa en sentido contrario al movimiento; se origina en la zona de contacto entre los neumáticos del coche y la carretera. Depende de los materiales de los cuerpos que estén en contacto y de la fuerza normal que ejerce el suelo contra el coche. 4 a) Falsa. b) Falsa. 5 a) En esta situación: = 16 N T F M c) Verdadera. d) Falsa. Como > 10 N, sí podrán arrastrar la caja. b) En este caso: = = = 18= 113N, Como > 10 N, sí podrán arrastrar la caja. 6 N x x : componente horizontal del peso. y componente vertical del peso. F r : fuerza de rozamiento. N: fuerza normal. Ten en cuenta, cuando dibujes N, que su longitud debe ser igual que la de y. F r y T 7 a) = 14 N. Igual dirección y sentido. b) = N. Dirección y sentido de. c) = = = 100 = 10 N Aplicando la definición de seno: F1 6 sen a = = = 06, " a = 37 0 a La fuerza resultante forma 37 con. 8 a) Calculamos la aceleración aplicando el principio fundamental de la dinámica: / 4500 N N F = m? a" a = = 37, m/s 860 kg Sustituyendo en la ecuación de la velocidad de un MUA: v = v 0 + a? t = 0 m/s + 3,7 m/s? 10 s = 37, m/s v = 37, m/s b) En este caso, la única fuerza implicada en el movimiento es la fuerza de rozamiento N a = = 151, m/s 860 kg Al sustituir en la ecuación de la velocidad, ten en cuenta que la aceleración tiene signo negativo porque va frenando. 9 a) / F = m? a 0 m/s = 37, m/s - 1,51 m/s? t " t = 4,6 s 5 N - F = 0,7 kg? 1,5 m/s F roz = 3,95 N. b) En este caso a = 0 5 N - F = 0 F roz = 5 N. 10 a) Falsa. b) Falsa. c) Verdadera. d) Falsa. DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4. ESO Material fotocopiable Santillana Educación, S. L. 31

3 OFUNDIZACIÓN FICHA 1 ACTIVIDADES DE AMLIACIÓN 1 Explica, en función de las fuerzas que actúan, por qué cuando nos desplazamos sobre un monopatín y dejamos de impulsarlo, se detiene. Cuál es la diferencia entre llevar una mochila colgada a la espalda o llevarla sujeta por una mano? 3 Escribe las interacciones fundamentales implicadas en los siguientes fenómenos: a) La Tierra gira alrededor del Sol. b) Las brújulas se orientan apuntando al norte. c) Se producen las mareas. d) Se producen las reacciones de fisión nuclear. 4 Identifica y dibuja las fuerzas que actúan sobre el sistema formado por un paracaidista que cae con el paracaídas abierto. Si el paracaidista desciende con velocidad constante, cómo son dichas fuerzas? 5 Se deja caer libremente un cuerpo de 100 g de masa. Suponiendo que el aire no opone ninguna resistencia y que cuando su velocidad es de 0 m/s se le opone una fuerza que detiene su caída en 4 s, cuánto debe valer dicha fuerza? 6 uede ser curva la trayectoria de un cuerpo si no actúa ninguna fuerza sobre él? 7 Según el principio de acción y reacción, «a toda acción le corresponde una reacción igual y de sentido opuesto». Cómo es posible entonces que se muevan los cuerpos? 8 La resultante de componer dos fuerzas perpendiculares es: a) b) 9 Determina la intensidad, dirección y sentido de una fuerza cuyas componentes rectangulares son: F x = 3 N y F y = 4 N. 10 Dos niñas intentan mover una piedra tirando de dos cuerdas. Una tira hacia el norte con una fuerza de 3 N y la otra hacia el este con una fuerza de 4 N. Con qué fuerza debería tirar una única niña para conseguir el mismo efecto? 11 Un dinamómetro se utiliza para: a) Medir masas. b) Medir volúmenes. c) Medir pesos. d) Medir fuerzas o pesos. 1 Una grúa soporta el peso de un fardo de 50 kg. Calcula la tensión que soporta el cable en los siguientes casos: a) Si lo sube con una aceleración de m/s. b) Si lo sube con velocidad constante. c) Si lo mantiene en reposo. d) Si lo baja con una aceleración de m/s. (Tomar g = 10 m/s ). 13 Un camión de 8 t de masa moviéndose por una carretera horizontal pasa de una velocidad de 45 km/h a 90 km/h en 130 s. Calcula la fuerza ejercida por el motor, supuesta constante. 14 Un coche de 1000 kg de masa toma una curva de 75 m de radio a una velocidad de 7 km/h. Determina la fuerza centrípeta que actúa sobre el coche. 15 Sobre un cuerpo de masa m actúa una fuerza F. Si se duplica la fuerza y la masa se reduce a 1/3 de m, cómo varía la aceleración? c) d) 3 DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4. ESO Material fotocopiable Santillana Educación, S. L.

4 OFUNDIZACIÓN FICHA 1 ACTIVIDADES DE AMLIACIÓN (soluciones) 1 Cuando dejamos de impulsarlo, la única fuerza que actúa es la de rozamiento, que está dirigida en sentido contrario al movimiento. Esto hace que el monopatín disminuya su velocidad hasta pararse. La mochila pesa lo mismo en los dos casos, pero en la espalda el peso se reparte entre los dos tirantes. 3 a) Interacción gravitatoria. 4 b) Interacción electromagnética. c) Interacción gravitatoria. d) Interacción nuclear. F r : peso del paracaidista con el paracaídas. F r : rozamiento del aire. Si la velocidad de caída es constante, = F r. Ambas fuerzas tienen la misma dirección, la misma intensidad y sentidos opuestos. 5 Sobre el cuerpo actúan el peso () y una fuerza hacia arriba (F ) que lo frena: Como se frena, F >. Como a = Dv /Dt: v m? a = + F m? a = F - " F = m? a + = = m? a + m? g = m? (a + g) D v F = m? f + g p = Dt 0 m/s = 0,1 kg? e + 98, m/s o " F = 1,48 N 4 s 6 No. Si la trayectoria es curva, necesariamente debe actuar una fuerza centrípeta que produzca una aceleración normal o centrípeta (la dirección del vector velocidad cambia). 7 orque son fuerzas aplicadas sobre cuerpos distintos y, por tanto, producen aceleraciones diferentes. 8 La opción c es la correcta. 9 F = 5 N y a = 53 con el eje X. 10 Con 5 N en dirección noreste. 11 a) Falso. b) Falso. c) Verdadero. d) Verdadero. 1 a) T = m? (a + g) = 50 kg? ( m/s + 10 m/s ) = = 3000 N (vector dirigido ha cia arriba). b) T = m? g = 50 kg? 10 m/s = 500 N (vector dirigido hacia arriba). c) T = m? g = 50 kg? 10 m/s = 500 N (vector dirigido hacia arriba). d) T = m? (g - a) = 50 kg? (10 m/s - m/s ) = = 000 N (hacia abajo). D v 13 F = m? a = m? = Dt 5 m/s- 1, 5 m/s = kg? = 69,3 N. 130 s m? v 1000 kg? ( 0 m/s)! 14 F c = = = 5333, 3 N. r 75 m 15 Aumenta seis veces. DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4. ESO Material fotocopiable Santillana Educación, S. L. 33

5 OBLEMAS ESUELTOS OBLEMA ESUELTO 1 Dos fuerzas = 6 N y = 8 N están aplicadas sobre un cuerpo. Calcula la resultante, gráfica y numéricamente, en los siguientes casos: a) Las dos fuerzas actúan en la misma dirección y sentido. b) Las dos fuerzas actúan en la misma dirección y sentidos opuestos. c) Las dos fuerzas actúan en direcciones perpendiculares. lanteamiento y resolución a) La resultante de dos fuerzas que actúan en la misma dirección y sentido es otra fuerza que tiene como módulo la suma de los módulos, y, como dirección y sentido, el de las fuerzas componentes. En este caso sería: F = 8 N + 6 N = 14 N. b) Si las dos fuerzas tienen la misma dirección y sentidos contrarios, entonces la resultante tendrá como módulo la diferencia de los módulos; dirección, la de las dos fuerzas componentes, y sentido, el de la mayor. En este caso sería: F = 8 N - 6 N = N, con la dirección y sentido de. c) En este caso, el módulo de la resultante se hallaría mediante la expresión: F = F1+ F. En nuestro problema resultaría: F = = 10 N y un ángulo de 37 con la fueza, ya que 6 a = arc tg f p = 37. Gráficamente sería: 8 F W 1 F W F W ACTIVIDADES 1 La resultante de dos fuerzas aplicadas a un mismo punto que forman entre sí un ángulo de 90 tiene un módulo de 5 N. Si una de ellas tiene un módulo de 7 N, cuál es el módulo de la otra fuerza? Sol.: 4 N Sobre un cuerpo se aplican las siguientes fuerzas: = 3 N dirigida según el eje X positivo, = 3 N según el eje Y negativo. Calcula la tercera fuerza necesaria para que el sistema esté en equilibrio. Sol.: F 3 = 18 N vector contenido en el. o cuadrante, que formará un ángulo de 45 con el eje X negativo 3 Calcula el valor de las componentes rectangulares de una fuerza de 50 N que forma un ángulo de 60 con el eje horizontal. Cómo sería la fuerza que habría que aplicar para que el sistema se encontrase en equilibrio? Sol.: F x = 50? cos 60 = 5 N y F y = 50? sen 60 = = 43,30 N; para que el sistema se encontrase en equilibrio habría que aplicar una fuerza igual y de sentido opuesto 4 Calcula el valor de la resultante de cuatro fuerzas perpendiculares entre sí: = 9 N norte = 8 N este F 3 = 6 N sur F 4 = N oeste Sol.: 6,7 N, dirección noreste, formando un ángulo de 63,4 5 Un caballo tira de un carro con una fuerza de 1500 N. La fuerza de rozamiento con el camino es de 100 N y un hombre ayuda al caballo tirando de él con una fuerza de 00 N. Calcula la resultante. Sol.: 1600 N 6 Dos personas tiran de un fardo con una fuerza de 00 N y en direcciones perpendiculares. La fuerza resultante que ejercen es: a) 400 N. b) 00 N. c) 83 N. d) 483 N. Sol.: 83 N 344 DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4. ESO Material fotocopiable Santillana Educación, S. L.

6 OBLEMAS ESUELTOS OBLEMA ESUELTO Sobre un cuerpo de 5 kg de masa se aplica una fuerza de 50 N paralela al plano horizontal de deslizamiento. Si el coeficiente de rozamiento entre el cuerpo y el plano es 0,1, calcula: a) La aceleración que habrá adquirido el cuerpo. b) La velocidad al cabo de 5 s. c) El espacio recorrido en esos 5 s. lanteamiento y resolución a) La fuerza de rozamiento la calculamos como el producto del coeficiente de rozamiento por el peso del cuerpo, por estar dirigida en un plano horizontal. F resultante = F - F r = F - n? m? g = = 50 N - 0,1? 5 kg? 9,8 N/kg = 45,1 N Aplicamos la. a ley y despejamos la aceleración: Fresultante 45,1N a = = = 9 m/s m 5kg Una vez conocida la aceleración y con las ecuaciones del MUA, calculamos los apartados b y c. b) v = v 0 + a? t " v = m/s? 5 s = 45 m/s. c) s = v 0? t + 1? a? t. Sustituyendo obtenemos: s = 1? 9 m/s? 5 s = 11,5 m ACTIVIDADES 1 Determina el valor de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo de masa 0 kg que se mueve con velocidad constante en una superficie horizontal, sabiendo que el coeficiente de rozamiento entre el cuerpo y el suelo es 0,4. Si se le empuja entonces con una fuerza horizontal de 100 N, qué distancia recorrerá en segundos partiendo del reposo? (Tomar g = 10 m/s ). Sol.: = 00 N; N = 00 N; F roz = 80 N; s = m (prescindiendo de la velocidad constante inicial) Sobre el bloque, de 40 kg de masa, se ejercen las fuerzas que aparecen en la figura. Además, la fuerza de rozamiento entre el bloque y el suelo es de 30 N. Dibuja la resultante de las fuerzas y calcula: a) La aceleración que adquiere el bloque. b) La velocidad que lleva después de haber recorrido 10 m. 30 N Sol.: a) 7 m/s ; b) 11,8 m/s 300 N 10 N 3 Un vehículo de 1000 kg de masa pasa de 0 a 90 km/h en 10 s. La fuerza que origina esta aceleración es: a) 9000 N. b) 4500 N. Sol.: c) 500 N c) 500 N. d) 100 N. 4 Un móvil de 3 kg de masa se desplaza siguiendo una trayectoria rectilínea. Se realiza sobre él una fuerza de 0 N. La fuerza de rozamiento entre el móvil y la superficie por la que se desplaza es 5 N. La aceleración que adquiere es: a) 5,0 m/s. b) 8,3 m/s. Sol.: a) 5,0 m/s c) 6,6 m/s. d) 1,6 m/s. 5 Dos masas de 1 y kg penden unidas a una cuerda que pasa por una polea (sin masa). a) epresenta en un dibujo las fuerzas que actúan. b) Calcula la aceleración que adquiere el conjunto. Sol.: b) 3,6 m/s DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4. ESO Material fotocopiable Santillana Educación, S. L. 345

7 OBLEMAS ESUELTOS OBLEMA ESUELTO 3 Un automóvil de 100 kg de masa toma una curva de 10 m de radio a una velocidad de 90 km/h. Calcula el valor de la fuerza centrípeta. lanteamiento y resolución Cualquier cuerpo que siga una trayectoria circular como la que sigue el automóvil en la curva, está sometido a una fuerza, denominada «centrípeta», que puede calcularse mediante la expresión: F = m? v r donde m es la masa del cuerpo, v su velocidad y r el radio de la circunferencia. Aplicando esta expresión a nuestro problema y sustituyendo los datos en unidades del SI, obtenemos: F = 100 kg? 5 m/s = N 10 m ACTIVIDADES 1 Un vehículo de 1000 kg de masa toma una curva con un radio de 15 m a 7 km/h. La fuerza centrípeta es: a) 1,33? 10 6 N. b) N. Sol.: b) N c) N. d) 00 N. Coinciden siempre la fuerza aplicada a un cuerpo y la dirección en que este se mueve? Sol.: No, la fuerza centrípeta es ejemplo de ello 3 Qué fuerza centrípeta será necesario aplicar a un cuerpo de kg sujeto por una cuerda de m de longitud para que gire en un plano horizontal con una velocidad de 18 km/h? Sol.: 5 N 4 La fuerza centrípeta de un automóvil al tomar una curva de 0 m de radio con una velocidad de 7 km/h es N. Cuál es la masa del automóvil? Sol.: 1000 kg 5 Un barco de vela de 100 kg es empujado por el aire con una fuerza de 500 N; al mismo tiempo el agua ejerce sobre él una fuerza de rozamiento de 1000 N. a) Calcula el valor de la aceleración que lleva el barco. b) Calcula la velocidad (expresada en km/h) que tendrá al cabo de 10 s, si parte del reposo. Sol.: a) 1,5 m/s ; b) 45 km/h 6 Cuando un automóvil circula con los neumáticos desgastados, qué efecto se produce? Sol.: Se reduce el rozamiento de los neumáticos con el suelo 7 Qué fuerzas intervienen en el movimiento de una persona al andar? Sol.: La fuerza muscular de la persona y el rozamiento de sus pies contra el suelo 8 uede ser nula la resultante de las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y encontrarse este en movimiento? Sol.: Sí; puede moverse con velocidad constante, según el. o principio de la dinámica 9 Una grúa sostiene en equilibrio un cuerpo de 6 t. Determina: a) La fuerza que tiene que hacer el cable para sostenerlo en reposo. b) La fuerza que tiene que hacer para subirlo con una aceleración de 1,5 m/s. c) La velocidad que adquiere si lo sube con la aceleración del apartado anterior durante 30 s. d) La fuerza que debería hacer para subirlo con la velocidad adquirida. Sol.: a) 6? 10 4 N; b) 6,9? 10 4 N; c) 45 m/s; d) 6? 10 4 N 346 DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4. ESO Material fotocopiable Santillana Educación, S. L.

8 EXEIENCIAS FICHA Estudio experimental del coeficiente de rozamiento OBJETIVO Determinar experimentalmente el coeficiente de rozamiento de dos superficies y comprobar gráficamente la proporcionalidad entre la fuerza de rozamiento y la componente normal del peso. Material Bloque de madera con gancho. Tres o cuatro objetos. olea. Hilo fino y resistente. ortapesas y pesas. OCEDIMIENTO 1. esa el bloque y el portapesas. Anota los resultados.. Ata un extremo del hilo al gancho del bloque y el otro extremo, al gancho del portapesas. 3. Sujeta la polea a la mesa y realiza el montaje del dibujo. 4. Ve colocando pesas en el platillo hasta que el bloque comience a deslizar. Anota el valor de las pesas utilizadas. 5. etira las pesas del platillo; coloca encima del bloque un objeto (conviene que el peso del conjunto se incremente al menos un 5 % con respecto al bloque). Coloca pesas en el portapesas hasta que, de nuevo, el bloque empiece a deslizarse. Anota las pesas utilizadas. 6. epite el paso anterior tres veces más añadiendo un objeto cada vez. 7. Completa la siguiente tabla expresando todos los datos en newtons. Fuerza normal (peso bloque + objetos) Fuerza rozamiento (peso portapesas + pesas) CUESTIONES 1 Calcula el valor del coeficiente de rozamiento (n) para cada pareja de valores, según: n = Fuerza de rozamiento Fuerza normal (El valor debe ser constante dentro del margen de error experimental). epresenta gráficamente fuerza de rozamiento (en el eje vertical, o de ordenadas) frente a fuerza normal (en el eje horizontal, o de abscisas). Saca conclusiones de la gráfica obtenida. 3 Se puede realizar el procedimiento sustituyendo el hilo y el portapesas por un dinamómetro. Qué ventajas e inconvenientes supondría? 4 Si en vez de realizar la experiencia en un plano horizontal se hubiera realizado en un plano inclinado, cambiaría el valor de n? azona la respuesta. 348 DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4. ESO Material fotocopiable Santillana Educación, S. L.