PROBLEMAS VISUALES DE FÍSICA. PVF8-1** Cinemática. Delfines

Transcripción

1 PROBLEMAS VISUALES DE FÍSICA PVF8-** Cinemática. Delfines Fig. Fig. En las fotografías, tomadas desde mucha distancia, se observa a un grupo de delfines de la especie mular, retozar en la dársena de un muelle. En la fig, se aprecia el delfín A, de aproximadamente 00 kg que al cabo de 4 segundos se encuentra en la posición indicada por la fig.. El diámetro de la boya B es de m. a) En la fotografía, mide el diámetro de la boya L = cm. Determina el factor de escala f 00cm L

2 b) En la fotografía, se ha dibujado un vector que parte del origen de coordenadas y termina en la aleta del delfín. Teniendo en cuenta el factor de escala determina el módulo de ese vector. r = c) Determina el ángulo que forma ese vector con el eje de abscisas. d) Calcula las componentes del vector r respecto de los ejes coordenados dibujados en al fotografía x ; y e) En la fotografía, mide el diámetro de la boya L = cm. Determina el factor de escala f 00cm L f) En la fotografía, se ha dibujado un vector que parte del origen de coordenadas y termina en la aleta del delfín. Teniendo en cuenta el factor de escala determina el módulo de ese vector. r = g) Determina el ángulo que forma ese vector con el eje de abscisas. h) Calcula las componentes del vector r respecto de los ejes coordenados dibujados en al fotografía x ; y i) A partir de los datos obtenidos anteriormente determina el vector desplazamiento del delfín entre las fotografías y. d j ) Calcula el vector velocidad media del delfín v k) Calcula el módulo de la velocidad media del delfín v= l) Calcula la energía cinética promedio del delfín entre las fotografías y.

3 SOLUCIÓN: a) En la fotografía, mide el diámetro de la boya L = 3, cm. Determina el factor de escala 00cm 00 f L 3, b) En la fotografía, se ha dibujado un vector que parte del origen de coordenadas y termina en la aleta del delfín. Teniendo en cuenta el factor de escala determina el módulo de ese vector. 00 r = 8,9cm 78cm,78 m 3, c) Determina el ángulo que forma ese vector con el eje de abscisas. 40º d) Calcula las componentes del vector r respecto de los ejes coordenados dibujados en al fotografía x,78.cos 40º i,3i ; y,78 sen 40º j,79 j e) En la fotografía, mide el diámetro de la boya L = 3,0 cm. Determina el factor de escala 00cm 00cm f L 3,0cm f) En la fotografía, se ha dibujado un vector que parte del origen de coordenadas y termina en la aleta del delfín. Teniendo en cuenta el factor de escala determina el módulo de ese vector. 00 r = 0,3cm 343cm 3,43m 3,0 g) Determina el ángulo que forma ese vector con el eje de abscisas. 0º h) Calcula las componentes del vector r respecto de los ejes coordenados dibujados en al fotografía x 3,43 cos0º i 3, i ; y 3, sen 0º j,0 j i) A partir de los datos obtenidos anteriormente determina el vector desplazamiento del delfín entre las fotografías y. x x y y 3,,3 i,0,79 j,09 i 0,69 j d j) Calcula el vector velocidad media del delfín d,09 i 0,69 j v 0,7 i 0,3 j Δt 4 m s k) Calcula el módulo de la velocidad del delfín v 0, 7 03, 0, 30 m s

4 l) Calcula la energía cinética promedio del delfín entre las fotografías y. E m v C 00 0,30 9,0J

5 PVF8-*.Plano inclinado antiguo Fig. Fotografía. La fotografía es la de un plano inclinado didáctico de los que se conservan en los gabinetes de física. Sobre el plano inclinado está situado un cuerpo A de masa m A =40 gramos. El cuerpo B lo forman un portapesas y una pesa y la masa de ambos es: m B = 0 gramos. La cuerda forma un ángulo de 0 º con el plano y el ángulo del plano con la horizontal es 5º. El sistema se encuentra en equilibrio. Se admite que entre la cuerda y la polea no hay rozamiento y que la masa de la poles es despreciable. Dato g = 9,8 m/s Calcular: a) Las fuerzas que actúan sobre la masa B que se encuentra en equilibrio b) La fuerza F B con que la cuerda actúa sobre el cuerpo A. c) La componente de la fuerza F B proyectada en la dirección del plano, F H d) La componente de la fuerza F B proyectada en dirección perpendicular al plano. F V e) El peso de la masa A f) La componente del peso de la masa A perpendicular al plano F AP g) La componente del peso de la masa A paralela al plano F AV h) Considerando dos ejes cartesianos, el X paralelo al plano y el Y perpendicular al plano indicar las fuerzas medidas sobre esos ejes que actúan sobre la masa A. Hacer un esquema de esas fuerzas. i) El coeficiente de rozamiento estático del cuerpo A con el plano inclinado.

6 SOL a) Sobre la masa B actúan dos fuerzas: una en dirección vertical y hacia abajo que es el peso de la masa B y otra en sentido vertical y hacia arriba del mismo valor que el peso de B y que se denomina tensión de la cuerda. T m g 0 B T mg ,8 0,96 N b) La polea se limita a cambiar la dirección de la fuerza T. Sobre la masa A, la cuerda ejerce una fuerza de T= F B =0,96 N en la dirección de la cuerda y en sentido ascendente como se indica en la figura inferior. c) Observando la figura del apartado b) se deduce que F H F B cos0º 0,96 cos 0º 0,84 N d) Observando la figura del apartado b) se deduce que F V F B sen 0º 0,96 sen 0º 0,067 N 3 e) El peso de la masa A es : P m g ,8 0,39 N A A f) Observando la figura inferior se deduce que:

7 F AP P A cos5º 0,39 cos5º 0,379 N g) Observando la figura el apartado f) se deduce que: F AV P A sen5º 0,39 sen5º 0,0N h) En la figura inferior se indican las fuerzas y la dirección y sentido en que actúan En la figura están las componentes sobre los ejes de F B (F H y F V ) y las componentes del peso P A (F AP y F AV ). Además está, la fuerza N que es la fuerza con que el plano inclinado empuja al cuerpo A y la fuerza de rozamiento F R = N, que se produce entre el cuerpo A y el plano inclinado.

8 i) Al estar la cuerpo A en equilibrio las sumas de las fuerzas sobre los ejes X e Y han de ser nulas. F H F N F V R F F AP AV 0 0 Sustituyendo en las ecuaciones anteriores los valores numéricos resulta: 0,84 μn 0,0 0 N 0,067 0,379 0 N 0,379-0,067 0,3 N Llevando el valor de N a la primera ecuación 0,84 0,0 0,84 μ 0,3 0,0 0 μ 0,7 0,3

9 PVF8-3* *. Osciloscopio en CA Fotografía En un circuito de corriente alterna CA, el generador se caracteriza porque entre sus bornes la diferencia de potencial varía con el tiempo y en el caso de las CA sinusoidales el voltaje se representa mediante una función armónica (seno o coseno). El voltaje entre los bornes de un generador de CA se puede visualizar con un aparato llamado osciloscopio.(fotografía ). Con un polímetro se mide una de las características, que luego veremos, de la corriente alterna y que se denomina voltaje eficaz. En la fotografía se ve un osciloscopio y un polímetro, los cuales están unidos a un circuito de CA. Observe que en la pantalla del osciloscopio aparece una traza ondulada, esto es, la señal de una corriente alterna sinusoidal, mientras que en el polímetro aparece un número A la derecha de la pantalla del osciloscopio, en la figura, se observan tres diales, el superior se refiere a tiempos y los dos inferiores a voltajes. Estos diales sirven para controlar la pantalla y realizar medidas cuantitativas, tal como se hace a continuación. En la fotografía aparece aumentada de tamaño la pantalla de la fotografía y al lado el dial (Foto.), cuya rayita blanca está colocada en 5 Voltios. Esto significa que la distancia vertical de un cuadrado de la pantalla vale 5 voltios. El número 6,8 V (foto.3) es lo que indica el polímetro de la fotografía.

10 Fig. Fotografía. Fotografía. Fotografía.3 a) Haz una fotocopia de la fotografía.. Determina el factor de escala vertical, para ello mide la distancia en vertical de seis cuadrados. L= cm. Como cada lado del cuadrado en vertical son 5 voltios. f 30V L b) Mide sobre la pantalla la distancia entre un máximo y un mínimo de la traza ondulada. El máximo se ha señalado con la letra A y el mínimo con la letra B. D = cm c) El voltaje pico a pico de la corriente alterna es la distancia medida en voltios entre un máximo y un mínimo. Calcula el voltaje pico a pico de la corriente visualizada en la pantalla. Vpp= El voltaje máximo es el voltaje pico a pico dividido por. Calcula el voltaje máximo de la CA visualizada en pantalla Vm= e) El voltaje eficaz se obtiene dividiendo el voltaje máximo por la raíz cuadrada de. Calcula el voltaje eficaz de la CA visualizada en pantalla. Vef= Compara el voltaje eficaz medido con el osciloscopio con el indicado por el polímetro.

11 Observa la figura 3. es una señal de una corriente alterna que aparece en la pantalla del osciloscopio. A su derecha está la fotografía 3. del dial que controla el voltaje. Fotografía 3. Fotografía.3. Teniendo en cuenta en qué lugar está la rayita blanca del dial, determina el voltaje pico a pico, el máximo y el eficaz, para la señal que aparece en la pantalla (fotografía 3..

12 SOLUCIÓN a) Haz una fotocopia de la fotografía.. Determina el factor de escala vertical, para ello mide la distancia en vertical de seis cuadrados. L= 5,0 cm. Como cada lado del cuadrado en vertical son 5 voltios. El factor de escala depende del tamaño de la fotocopia f 30V L 30V 5,0cm b) Mide sobre la pantalla la distancia entre un máximo y un mínimo de la traza ondulada. El máximo se ha señalado con la letra A y el mínimo con la letra B. D =3,3 cm c) El voltaje pico a pico de la corriente alterna es la distancia medida en voltios entre un máximo y un mínimo. Calcula el voltaje pico a pico de la corriente visualizada en la pantalla. 30V Vpp= 3,3cm 9,8 V 5,0cm El voltaje máximo es el voltaje pico a pico dividido por. Calcula el voltaje máximo de la CA visualizada en pantalla 9,8V Vm= 9,9 V e) El voltaje eficaz se obtiene dividiendo el voltaje máximo por la raíz cuadrada de. Calcula el voltaje eficaz de la CA visualizada en pantalla. 9,9V Vef= 7,0 V El polímetro indica el voltaje eficaz (Vef) y marca 6,8 V. La diferencia entre una medida y otra se debe a los errores inevitables que se cometen al realizar las medidas. Teniendo en cuenta en qué lugar está la rayita blanca del dial, determina el voltaje pico a pico, el máximo y el eficaz, para la señal que aparece en la pantalla (fotografía 3..) Observando la fotografía 3, se deduce que ahora un el lado vertical de un cuadrado de la pantalla equivale a voltio La distancia en vertical de seis cuadrados es: L=4,6 cm. El factor de escala: f 6V 4,6cm. D =3, cm Vpp 3,cm 6V 4,6cm 4,0 V ; Vm 4,0V,0V ; Vef,0V,4V