FISICA MECANICA

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TALLER DE EJERCICIOS LAPIZ Y PAPEL

Otras tareas y actividades: Preguntas y problemas

A continuacin usted encontrara preguntas y problemas que debe resolver para afianzar los

conocimientos adquiridos en la unidad V. Trabajo, Potencia y Energa.

Preguntas - Trabajo, Potencia y Energa.

1. Si se reemplaza una carretilla elevadora por una nueva que tiene dos veces ms potencia,

Cunto ms grande es la carga que podr levantar en el mismo tiempo? Si la nueva

carretilla levanta la misma carga, Cunto ms aprisa puede operar?

2. Cunto trabajo realizas al llevar una roca de 100 N en sentido horizontal de un extremo a

otro de una habitacin de 10m? Cunta energa potencial (EP) gana la roca?

a. Cunto trabajo realizas sobre una roca de 100 N si la levantas a una altura de 10 m?

b. Cunta potencia desarrollas si levantas la roca a esa altura en 1 segundo.

c. Cul es la energa potencial gravitacional de la roca en esa posicin elevada?

3. Cunto mayor ser la distancia de deslizamiento de una motocicleta que viaja a 60 km/h

cuando sus frenos se bloquean, que si viajara a 20 km/h?

4. Supn que un auto con motor milagros puede convertir en trabajo el 100% de la energa

que libera la combustin de la gasolina (40 millones de Joules por litro). Si la resistencia del

aire al avance y dems fuerzas de friccin que se ejercen sobre el auto cuando viaja a gran

velocidad suman 500 N, Cul es el lmite superior de la distancia que puede recorrer el auto

por cada litro de gasolina a esta velocidad?

5. Una nia en un trineo (peso total 500 N) sube, tirada por una cuerda, por una pendiente

de 10 m de longitud que la eleva a una altura de 1 m.

Cul es la ventaja mecnica terica de la pendiente?

Si la pendiente no tiene friccin, y la nia sube con rapidez constante, Cul ser la tensin

de la cuerda?

Considerando el caso prctico donde si hay friccin, supn que la tensin de la cuerda

fuera en realidad de 100 N. Cul sera entonces la ventaja mecnica real de la pendiente?

Cul ser la eficiencia?

6. a) Una fuerza neta mayor ejercida sobre un objeto, siempre produce un cambio mayor en

la cantidad de movimiento del objeto, en comparacin con una fuerza neta ms pequea?

Explique. b) Una fuerza neta mayor siempre produce un cambio mayor en energa cintica

que una fuerza neta ms pequea? Explique.

7. Todo tiene energa? De argumentos para su respuesta.

8. Un tobogn est instalado junto a una alberca en un patio. Dos nios suben a una

plataforma en lo alto del tobogn. El nio ms pequeo salta recto hacia abajo a la alberca y

el nio ms grande se desliza desde lo alto del tobogn sin friccin. I) Al momento de llegar

al agua, en comparacin con el nio mayor, la energa cintica del nio pequeo es a)

mayor, b) menor o c) igual? II) Al momento de llegar al agua, en comparacin con el nio

mayor, la rapidez del nio pequeo es a) mayor, b) menor o c) igual? III) Durante los

movimientos desde la plataforma al agua, en comparacin con el nio mayor, la

aceleracin promedio del nio pequeo es a) mayor, b) menor o c) igual?

9. Un bloque se conecta a un resorte que est suspendido del techo. Si supone que el

bloque se pone en movimiento vertical y se ignora la resistencia del aire, describa las

transformaciones de energa que se presentan dentro del sistema que consiste del bloque,

la Tierra y el resorte.

10. Una fuerza de friccin esttica puede hacer trabajo? Si no, por qu? Si es si,

proporcione un ejemplo.

11. Una persona deja caer una bola desde lo alto de un edificio mientras que otra, en la base,

observa su movimiento. Estas dos personas estarn de acuerdo con el valor de la energa

potencial gravitacional del sistema bolaTierra? En el cambio en energa potencial? En la

energa cintica?

12. Un vendedor de automviles afirma que un motor mejorado de 300 hp es una opcin

necesaria en un auto compacto en lugar del motor convencional de 130 hp. Suponga que

usted tiene la intencin de conducir el automvil dentro de los lmites de rapidez ( 65 mi/h)

en terreno plano. Cmo contrarrestara esta propaganda comercial?

13. Discuta si algn trabajo se invierte por cada uno de los siguientes agentes y, si es as, si

el trabajo es positivo o negativo: a) un pollo que rasca la tierra, b) una persona que estudia,

c) una gra que levanta una cubeta de concreto, d) la fuerza gravitacional sobre la cubeta

del inciso c), e) los msculos de la pierna de una persona en el acto de sentarse.

14. Una fuerza normal puede realizar trabajo? Si no, por qu no? Si si, de un ejemplo.

15. Qu se puede decir acerca de la rapidez de una partcula si el trabajo neto realizado

sobre ella es cero? a) Es cero. b) Disminuye. c) No cambia. d) No se puede extraer una

conclusin.

16. La energa cintica de un objeto depende del marco de referencia en el que se observa

su movimiento. De un ejemplo para ilustrar este punto.

17. Si solo una fuerza externa acta sobre una partcula, necesariamente cambia la a)

energa cintica de la partcula? b) Su velocidad?

18. La energa cintica puede ser negativa? Explique.

19. Discuta el trabajo invertido por un pitcher que lanza una pelota de beisbol. Cul es la

distancia aproximada a travs de la cual acta la fuerza mientras se lanza la pelota?

20. Los msculos del cuerpo ejercen fuerzas cuando se levanta, empuja, corre, salta,

etctera. Estas fuerzas son conservativas?

21. est el trabajo relacionado con la fatiga que se siente al realizarlo_ Explique su

respuesta.

22. un trabajador sostiene inmvil una seccin de techo de una casa, para que no se caiga

mientras un carpintero la asegura. Cunto trabajo lleva a cabo el trabajador?

23. Una persona se sienta dentro de un automvil En movimiento. Tiene energa cintica

esa persona? Explique su respuesta.

24. Qu significa un cambio negativo de la energa potencial?

25. Si la rapidez de un objeto a) se duplica y b) se triplica, Cul es el cambio de su energa

cintica?

26. Usted y otro alumno llegan tarde a la clase y corren hacia el aula por distintas rutas. a)

Quin ejecuta mayor trabajo en contra de la gravedad? b) Si llega antes que su

condiscpulo a la escuela, Quin tuvo la mayor salida de potencia?

27. Por qu se ponen depsitos de agua sobre colinas altas o lugares elevados?

28. Explique el trabajo y las consideraciones de energa que es preciso tener presente al

levantar un objeto y al dejarlo caer. Qu sucede con la energa cuando el objeto cae al

suelo?

29. una persona en un trampoln puede alcanzar una altura cada vez mayor con cada salto.

Explique desde el punto de vista de la energa por que es posible eso. Existe una altura

mxima que puede alcanzar? Explique su respuesta.

30. Cuando estamos viendo un partido de futbol y observamos que un jugador realiza un tiro

hacia el arco contrario, a qu se refiere el comentarista cuando dice que el baln llevaba

mucha potencia? Explique su respuesta.

Problemas - Trabajo, Potencia y Energa.

1. Un bloque de 2.50 kg de masa se empuja 2.20 m a lo largo de una mesa horizontal

sin friccin por una fuerza constante de 16.0 N dirigida 25.0 debajo de la horizontal.

Determine el trabajo invertido sobre el bloque por a) la fuerza aplicada, b) la fuerza

normal que ejerce la mesa y c) la fuerza gravitacional. d) Determine el trabajo neto

invertido en el bloque.

2. Batman, cuya masa es de 80.0 kg, est colgado en el extremo libre de una soga de

12.0 m, el otro extremo esta fijo de la rama de un rbol arriba de l. Al flexionar

repetidamente la cintura, hace que la soga se ponga en movimiento, y eventualmente

la hace balancear lo suficiente para que pueda llegar a una repisa cuando la soga

forma un ngulo de 60.0 con la vertical. Cunto trabajo invirti la fuerza

gravitacional en Batman en esta maniobra?

3. La fuerza que acta en una partcula es Fx = (8x - 16) N, donde x est en metros. a)

Grafique esta fuerza con x desde x = 0 hasta x = 3.00 m. b) A partir de su grfica,

encuentre el trabajo neto realizado por esta fuerza sobre la partcula conforme se

traslada de x = 0 a x = 3.00 m.

4. La fuerza que acta sobre una partcula varia como se muestra en la figura.

Encuentre el trabajo invertido por la fuerza en la partcula conforme se mueve a) de x

= 0 a x = 8.00 m, b) de x = 8.00 m a x = 10.0 m, y c) de x = 0 a x = 10.0 m.

5. Una partcula se somete a una fuerza Fx que vara con la posicin, como se muestra

en la figura. Encuentre el trabajo invertido por la fuerza en la partcula mientras se

mueve a) de x = 0 a x = 5.00 m, b) de x = 5.00 a x = 10.0 m, y c) de x = 10.0 m a

x = 15.0 m. d) Cul es el trabajo total invertido por la fuerza sobre la distancia

x = 0 a x = 15.0 m?

6. Un arquero jala hacia atrs la cuerda de su arco 0.400 m al ejercer una fuerza que

aumenta uniformemente de cero a 230 N. a) Cul es la constante de resorte

equivalente del arco? b) Cuanto trabajo realiza el arquero al estirar su arco?

7. Cuando un objeto de 4.00 kg cuelga verticalmente en cierto resorte ligero descrito

por la ley de Hooke, el resorte se estira 2.50 cm. Si se quita el objeto de 4.00 kg, a)

cunto se estirara el resorte si se le cuelga un objeto de 1.50 kg? b) Cunto

trabajo debe realizar un agente externo para estirar el mismo resorte 4.00 cm desde

su posicin sin estirar?

8. Se dispara una bala de 100 g de un rifle que tiene un canon de 0.600 m de largo. Elija

el origen como la ubicacin donde la bala comienza a moverse. En tal caso la fuerza

(en newtons) que ejercen sobre la bala los gases en expansin es 15 000 + 10 000x -

25 000x2, donde x est en metros. a) Determine el trabajo invertido por el gas en la

bala conforme la bala recorre la longitud del canon. b) Qu pasara si? Si el canon

mide 1.00 m de largo, cunto trabajo se consume y como se compara este valor

con el trabajo calculado en el inciso a)?

9. Un resorte ligero, con constante de resorte 1 200 N/m, cuelga de un soporte elevado.

De su extremo inferior cuelga un segundo resorte ligero, que tiene constante de

resorte 1 800 N/m. Un objeto de 1.50 kg de masa cuelga en reposo del extremo

inferior del segundo resorte. a) Encuentre la distancia de extensin total del par de

resortes. b) Encuentre la constante de resorte efectiva del par de resortes como

sistema. Describa estos resortes como en serie.

10. Una partcula de 0.600 kg tiene una rapidez de 2.00 m/s en el punto A y energa

cintica de 7.50 J en el punto B. Cules son a) su energa cintica en A, b) su

rapidez en B y c) el trabajo neto invertido en la partcula conforme se mueve de A a

B?

11. Una bola de 0.300 kg tiene una rapidez de 15.0 m/s. a) Cul es su energa cintica?

b) Qu pasara si? Si su rapidez se duplica, cul sera su energa cintica?

12. Un nio de 400 N est en un columpio unido a cuerdas de 2.00 m de largo. Encuentre

la energa potencial gravitacional del sistema nio Tierra en relacin con la

posicin ms baja del nio cuando a) las cuerdas estn horizontales, b) las cuerdas

forman un ngulo de 30.0 con la vertical y c) el nio est en el fondo del arco

circular.

13. Una partcula de 4.00 kg se mueve desde el origen a la posicin C, que tiene

coordenadas x = 5.00 m y y = 5.00 m (figura). Una fuerza en la partcula es la fuerza

gravitacional que acta en la direccin y negativa. Calcule el trabajo invertido por la

fuerza gravitacional en la partcula conforme va de O a C a lo largo de a) OAC, b)

OBC y c) OC. Sus resultados deben ser idnticos. Por qu?

14. En el cuello de la pantalla de cierto televisor blanco y negro, un canon de electrones

contiene dos placas metlicas cargadas, separadas 2.80 cm. Una fuerza elctrica

acelera cada electrn en el haz desde el reposo hasta 9.60% de la rapidez de la luz

sobre esta distancia. a) Determine la energa cintica del electrn mientras deja el

canon de electrones. Los electrones portan esta energa a un material fosforescente

en la superficie interior de la pantalla del televisor y lo hacen brillar. Para un electrn

que pasa entre las placas en el canon de electrones, determine, b) la magnitud de la

fuerza elctrica constante que acta sobre el electrn, c) la aceleracin y d) el tiempo

de vuelo.

15. El lanzador de bola en una mquina de pinball tiene un resorte con una constante de

fuerza de 1.20 N/cm (figura). La superficie sobre la que se mueve la bola esta

inclinada 10.0 respecto de la horizontal. El resorte inicialmente se comprime 5.00

cm. Encuentre la rapidez de lanzamiento de una bola de 100 g cuando se suelta el

embolo. La friccin y la masa del embolo son despreciables.

16. Un jardinero de beisbol lanza una pelota de 0.150 kg con una rapidez de 40.0 m/s y

un ngulo inicial de 30.0. Cul es la energa cintica de la pelota en el punto ms

alto de su trayectoria?

17. Una bolita perforada se desliza sin friccin alrededor de un bucle (figura). La bolita

se libera desde una altura h = 3.50R. a) Cul es la rapidez de la bolita en el punto A?

b) Que tan grande es la fuerza normal sobre la bolita si su masa es 5.00 g?

18. Una caja de 40.0 kg, inicialmente en reposo, se empuja 5.00 m a lo largo de un suelo

horizontal rugoso, con una fuerza constante horizontal aplicada de 130 N. El

coeficiente de friccin entre la caja y el suelo es 0.300. Encuentre: a) el trabajo

invertido por la fuerza aplicada, b) el aumento en energa interna en el sistema caja

suelo como resultado de la friccin, c) el trabajo invertido por la fuerza normal, d) el

trabajo invertido por la fuerza gravitacional, e) el cambio en energa cintica de la

caja y f) la rapidez final de la caja.

19. Una partcula de masa m = 5.00 kg se libera desde el punto A y se desliza sobre la

pista sin friccin que se muestra en la figura. Determine a) la rapidez de la partcula

en los puntos A y B y b) el trabajo neto invertido por la fuerza gravitacional a medida

que la partcula se mueve de A a C.

20. Dos objetos se conectan mediante una cuerda ligera que pasa sobre una polea ligera

sin friccin, como se muestra en la figura. El objeto de 5.00 kg de masa se libera

desde el reposo. Con el modelo de sistema aislado, a) determine la rapidez del

objeto de 3.00 kg justo cuando el objeto de 5.00 kg golpea el suelo. b) Encuentre la

altura mxima a la que llega el objeto de 3.00 kg.

21. Un bloque de 2.00 kg se une a un resorte con constante de fuerza 500 N/m, como se

muestra en la figura. Se jala el bloque 5.00 cm hacia la derecha del equilibrio y se

libera desde el reposo. Encuentre la rapidez que tiene el bloque cuando pasa a

travs del equilibrio si a) la superficie horizontal no tiene friccin y b) el coeficiente

de friccin entre el bloque y la superficie es 0.350.

22. Una caja de 10.0 kg de masa se jala hacia arriba de un plano inclinado rugoso con

una rapidez inicial de 1.50 m/s. La fuerza del jaln es 100 N paralela al plano, que

forma un ngulo de 20.0 con la horizontal. El coeficiente de friccin cintica es

0.400 y la caja se jala 5.00 m. a) Cunto trabajo invierte la fuerza gravitacional en la

caja? b) Determine el aumento en energa interna del sistema caja plano inclinado

debido a friccin. c) Cunto trabajo invierte la fuerza de 100 N en la caja? d) Cul

es el cambio en energa cintica de la caja? e) Cul es la rapidez de la caja despus

de jalarse 5.00 m?

23. A un trineo de masa m se le da una patada sobre un lago congelado. La patada le

imparte una rapidez inicial de 2.00 m/s. El coeficiente de friccin cintica entre el

trineo y el hielo es 0.100. Aplique consideraciones energticas para encontrar la

distancia que el trineo se mueve antes de detenerse.

24. El coeficiente de friccin entre el bloque de 3.00 kg y la superficie en la figura es

0.400. El sistema parte del reposo. Cul es la rapidez de la bola de 5.00 kg cuando

cae 1.50 m?

25. Un objeto de 1.50 kg se mantiene 1.20 m sobre un resorte vertical relajado sin masa

con una constante de fuerza de 320 N/m. Se deja caer el objeto sobre el resorte. a)

Cunto comprime al resorte? b) Qu pasara si? Cuanto comprime al resorte si el

mismo experimento se realiza sobre la Luna, donde g = 1.63 m/s2? c) Qu pasara

si? Repita el inciso a), pero esta vez suponga que una fuerza de resistencia del aire

constante de 0.700 N acta sobre el objeto durante su movimiento.

26. El motor elctrico de un tren a escala acelera al tren desde el reposo a 0.620 m/s en

21.0 ms. La masa total del tren es 875 g. hallar la potencia promedio entregada al

tren durante la aceleracin.

27. Un elevador de 650 kg parte del reposo. Se mueve hacia arriba durante 3.00 s con

aceleracin constante hasta que llega a su rapidez de crucero de 1.75 m/s. a) Cul

es la potencia promedio del motor del elevador durante este intervalo de tiempo? b)

De qu modo se compara esta potencia con la potencia del motor cuando el

elevador se mueve a su rapidez de crucero?

28. Un bloque de 200 g se presiona contra un resorte con 1.40 kN/m de constante de

fuerza hasta que el bloque comprime el resorte 10.0 cm. El resorte descansa en la

parte baja de una rampa inclinada 60.0 con la horizontal. Mediante consideraciones

de energa, determine cuanto se mueve el bloque hacia arriba del plano inclinado

antes de detenerse a) si la rampa no ejerce fuerza de friccin en el bloque y b) si el

coeficiente de friccin cintica es 0.400.

29. Un bloque de 10.0 kg se libera desde el punto A en la figura. La pista no tiene

friccin excepto por la porcin entre los puntos B y C, que tiene una longitud de 6.00

m. El bloque viaja por la pista, golpea un resorte con 2 250 N/m de constante de

fuerza y comprime el resorte 0.300 m desde su posicin de equilibrio antes de llegar

al reposo momentneamente. Determine el coeficiente de friccin cintica entre el

bloque y la superficie rugosa entre B y C.

30. Un bloque de 20.0 kg se conecta a un bloque de 30.0 kg mediante una cuerda que

pasa sobre una polea ligera sin friccin. El bloque de 30.0 kg se conecta a un resorte

que tiene masa despreciable y una constante de fuerza de 250 N/m, como se muestra

en la figura P8.57. El resorte no est estirado cuando el sistema esta como se

muestra en la figura, y el plano inclinado no tiene friccin. El bloque de 20.0 kg se

jala 20.0 cm hacia abajo del plano (de modo que el bloque de 30.0 kg esta 40.0 cm

sobre el suelo) y se libera desde el reposo. Encuentre la rapidez de cada bloque

cuando el bloque de 30.0 kg esta 20.0 cm arriba del suelo (esto es: cuando el resorte

no est estirado).

Elaborado por: JAIME MALQUI CABRERA MEDINA www.fismec.com