Trabajo 1201.Tema: Trabajo, energía y potencia.

1. Un hombre tira de un saco por una de sus esquinas con una fuerza de 30 kgf, en una dirección que forma un ángulo de 60º con el piso y lo arrastra a lo largo de 3.20 m. ¿Cuál es el trabajo desarrollado?

2. Una fuerza de 80 N mueve un bloque de 5 kg hacia arriba por un plano inclinado a 30º. El coeficiente de fricción cinética es de 0.25 y la longitud del plano es de 20 m. a) Calcule el trabajo realizado por cada una de las fuerzas que actúan sobre el bloque, b) calcule el trabajo resultante, c) demuestre que el trabajo neto realizado por estas fuerzas tiene el mismo valor que el trabajo de la fuerza resultante.

3. Para empujar una caja de 25 kg por un plano inclinado a 27º un obrero ejerce una fuerza de 120 N, paralela al plano. Cuando la caja se ha deslizado 3.6 m, ¿cuánto trabajo se efectuó sobre la caja por a) el obrero, b) la fuerza de gravedad, y c) la fuerza normal del plano inclinado?

4. Qué fuerza promedio se necesita para incrementar la velocidad de un objeto de masa 2 kg desde 5 m/s hasta 12 m/s en una distancia de 8 m? (resuelva usando el teorema del trabajo-energía cinética).

5. Un bloque de 2 kg reposa sobre una mesa a 80 cm del piso. Calcule la energía potencial del bloque en relación con a) el piso, b) el asiento de una silla que está a 40 cm del piso.

6. Calcule las energías cinéticas de los siguientes objetos que se mueven a las siguientes velocidades: a) un jugador de futbol americano de 110 kg que corre a 8.1 m/s; b) una bala de 4.2 kg a 950 m/s; c) el portaviones Nimitz de 91400 toneladas a 32.0 nudos. (1 ton = 2000 lbm; 1 nudo = 1 milla náutica por hora; 1 milla náutica = 1852 m).

7. Se usa una cuerda para bajar verticalmente un bloque de masa “M” a una distancia “d” con una aceleración constante hacia abajo de (g/4). A) Halle el trabajo efectuado por la cuerda sobre el bloque. B) Halle el trabajo efectuado por la fuerza de gravedad.

8. Un caballo jala de una carreta con una fuerza de 42.0 lb a un ángulo de 27º con la horizontal y se mueve con velocidad de 6.20 mi/h. a) ¿Cuánto trabajo efectúa el caballo en 12.0 minutos? Halle la potencia desarrollada por el caballo (en hp, por supuesto).

9. Cuando el motor de 75 kW (100 hp) está desarrollando su potencia máxima, un pequeño avión monomotor con masa de 700 kg gana altitud a razón de 2.5 m/s. ¿Qué fracción de la potencia del motor se está invirtiendo en hacer que el avión ascienda? (El resto se usa para vencer la resistencia del aire o se pierde por ineficiencias en la hélice y el motor).

10. Dos remolcadores tiran de un buque tanque averiado. Cada uno ejerce una fuerza constante de 1.80E6, uno 14º al oeste del norte y el otro 14º al este del norte, tirando del buque tanque 0.75 km al norte. ¿Qué trabajo total efectúan sobre el buque tanque?

11. Una pelota de 100 gramos se deja caer desde una altura de 15 m y rebota hasta una altura de 13 m, ¿cuánta energía perdió la pelota en el choque contra el suelo?

12. ¿Qué velocidad inicial vertical se le debe impartir a una masa de 5 kg para elevarla hasta una altura de 10 m? ¿cuál es la energía total en cualquiera de los puntos de su trayectoria?

13. Un auto de 2500 Kg arranca desde el reposo y alcanza una rapidez de 90 Km/h en un tiempo de 6 segundos, ¿cuál fue el trabajo neto realizado por el motor del auto? ¿cuánta potencia, en hp, desarrollada por el motor del auto, se utilizó en acelerarlo?

14. Un proyectil de 20 gramos choca contra un bloque de madera y penetra una distancia de 12 cm antes de detenerse. Calcule la fuerza media de frenado si la velocidad de entrada fue de 300 m/s.

15. Un martillo de 4 kg se suelta y cae desde una altura de 20 m. ¿Cuáles son la energía potencial y la energía cinética del martillo cuando ha caído hasta un punto ubicado a 4 m del nivel del suelo? ¿Cuál es la velocidad del martillo en ese punto? ¿Cuál será la velocidad del martillo inmediatamente antes de golpear el suelo?

16. Se lanza una piedra de 20 N verticalmente hacia arriba desde el suelo. Se observa que, cuando está a 15.0 m sobre el suelo, viaja con velocidad de 25.0 m/s hacia arriba. Use el teorema del trabajo energía para determinar: a) su rapidez en el momento de ser lanzada; b) su altura máxima.

17. Un piano de 260 Kg se sube por una tabla sin rozamiento de 10 m de largo y se hace pasar por una puerta situada a 5 m sobre el piso, ¿cuánta fuerza se necesitó?

18. Un cuerpo de 20 Kg, inicialmente en reposo, se acelera a 10 m/s2 , ¿cuál será su energía cinética cuando haya recorrido 20 m?

19. Una pelota de 0.4 Kg cae una distancia vertical de 40 m y rebota hasta una altura de 16 m, ¿cuánta energía se perdió en el choque contra el suelo?

20. Un elevador vacío tiene una masa de 600 kg y está diseñado para subir con rapidez constante una distancia vertical de 20 m (5 pisos) en 16.0 segundos. Es impulsado por un motor capaz de suministrar 40 hp. ¿Cuántos pasajeros como máximo pueden subir en el elevador? Suponga una masa de 65.0 kg por pasajero.

21. ¿Cuántos joules de energía consume una bombilla de 100 watts cada hora? ¿Con qué rapidez tendría que correr una persona de 70 kg para tener esa misma cantidad de energía?

22. La correa transportadora de una estación automática levanta 500 toneladas de mineral hasta una altura de 90 pies en una hora. ¿Qué potencia promedio se requiere para esto, en caballos de potencia?