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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARIA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE EDUCACION MEDIA SUPERIOR
CENTRO DE ESTUDIOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS No. 13
“RICARDO FLORES MAGÓN”
PROBLEMARIO PARA LA UNIDAD DE APRENDIZAJE DE
FISICA I
SEMESTRE 2015-2016 “A”
TURNO: Vespertino
AUTOR: ING. BERNARDINO SÁNCHEZ TORRES
“La riqueza de un hombre no se encuentra en la cantidad de
dinero que posee, sino en la calidad de su conocimiento y
educación”
PROBLEMARIO FÍSICA I
Introducción:
La física es una ciencia en la comprensión de los diversos
fenómenos que ocurren en la naturaleza y de la identificación
de las propiedades de los materiales, la física ante todo es
una ciencia experimental, pues sus principios y leyes se
fundamentan en la experiencia adquirida al reproducir los
fenómenos físicos.
El propósito principal de este Problemario es la de preparar al
estudiante para que desarrolle competencias a partir de
habilidades del pensamiento. que promuevan la reflexión y el
sentido ético, de habilidades socio afectivas que le permitan
trabajar colaborativamente, de habilidades estratégicas que
promuevan el aprendizaje autónomo y de tipo ético que lo
lleven al uso del aprovechamiento responsable de los
recursos naturales y el cuidado del ambiente.
Objetivos:
Que el alumno ponga en práctica sus conocimientos de
matemáticas básicas (aritmética, geometría, algebra y
trigonometría) en la solución de problemas de aplicación.
Que el alumno adquiera la habilidad de realizar conversiones
entre unidades lineales, cuadráticas y volumétricas,
fundamentales y derivadas, y clasificar cantidades físicas
asociándolas a la unidad de aprendizaje.
Que el alumno domine y distinga entre las cantidades
escalares y vectoriales, resuelva ejercicios de suma de
vectores aplicando principalmente métodos gráficos y
analíticos, además de resolver problemas de primera
condición de equilibrio.
Que los alumnos identifiquen las variables que describen el
movimiento de los cuerpos, además de distinguir los
diferentes movimientos y calcular variables asociadas para la
solución de problemas.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
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PROBLEMARIO FÍSICA I
Que el alumno identifique las variables que describen los
conceptos de energía, trabajo, fricción, potencia, impulso y
cantidad de movimiento, así como la aplicación de modelos
matemáticos en la solución de problemas de aplicación.
Justificación
La evaluación del conocimientos adquiridos es fundamental
en el proceso de enseñanza, por lo que este Problemario
tiene la función principal de orientar y guiar de una manera
didáctica y práctica los conocimientos que de acuerdo al plan
de estudios vigentes pueda el estudiante adquirir las
competencias generales y particulares estipuladas en el
programa correspondiente de la unidad de aprendizaje de
Física I.
Es importante recalcar que se busca que estos reactivos
desarrollen en el alumno las habilidades tanto criticas como
reflexivas, al igual que le permitan trabajar de una manera
colaborativa o autónoma para la adquisición de los
conocimientos necesarios.
Estructura y contenidos
Unidad 1: Conocimientos básicos
1) Historia de la física
2) División de la física para su estudio
3) Sistemas de unidades
4) Cantidades fundamentales y derivadas
5) Conversión de unidades
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
2
PROBLEMARIO FÍSICA I
Unidad 2: Estática
1) Cantidades escalares y vectoriales
2) Sistemas vectoriales
3) Propiedades de los vectores (Transmisibilidad y vectores
libres)
4) Suma de vectores por métodos gráficos
5) Suma de vectores por componentes rectangulares
6) Primera condición de equilibrio
7) Segunda condición de equilibrio
Unidad 3: Cinemática
1) Conceptos de cinemática
2) Movimiento rectilíneo uniforme
3) Movimiento rectilíneo uniformemente variado
4) Caída libre
5) Tiro vertical
6) Tiro parabólico
Unidad 4: Dinámica
1) Leyes de Newton
2) Ley de gravitación universal
3) Fricción
4) Trabajo mecánico
5) Potencia mecánica
6) Energía mecánica (cinética y potencial)
7) Impulso y cantidad de movimiento
8) Choques (elásticos e inelásticos)
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
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PROBLEMARIO FÍSICA I
Evaluación
La Academia de Física 1 del turno vespertino acordó que los
ejercicios teóricos y de problemas de aplicación de este
Problemario se resuelvan en clase, el valor de cada uno de
ellos será a consideración del profesor titular, los puntos
obtenidos se sumaran a otras actividades para obtener la
calificación del periodo a evaluar.
Materiales para la elaboración del Problemario.
Se utilizaron los siguientes textos:
Física general, serie bachiller, autor Héctor Pérez Montiel,
Grupo Editorial Patria.
Conceptos de física, autor Paul G. Hewitt, Editorial Limusa.
Física general, autor Carlos Gutiérrez Aranzeta, Editorial Mc
Graw Hill
Física conceptos y aplicaciones, autor Paul E Tippens,
Editorial Mc Graw Hill
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
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PROBLEMARIO FÍSICA I
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REPASO MATEMÁTICO
Despeje de formulas
Primer caso: Igualdad de cocientes
De la siguiente formula despeje lo que se te pide.
=
F=
A=
f=
a=
Para despejar cualquier literal de este tipo de formulas comenzaremos
pasando “A” y “a” que están en el denominador multiplicando
diagonalmente.
La expresión queda de la siguiente forma.
Fa = fA
En estas condiciones podemos despejar cualquier literal, por ejemplo,
despejaremos la “F”.
En este caso las literales “Fa” se están multiplicando, entonces “a” pasa
dividiendo al otro miembro quedando lo siguiente.
Fa = fA
F=
Ya tenemos despejada F, quedando como el producto de “fA” entre “a”,
siguiendo este mismo procedimiento despeja A, f y a.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
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Segundo caso: Si ahora nos dan la siguiente formula y nos piden despejar
Vf.
a =
Para despejar cualquier literal de este tipo de formulas primero pasamos
multiplicando al otro miembro lo que tengamos en el denominador en este
caso “2d” y tenemos lo siguiente.
a =
2ad =
-
Como nuestro objetivo es despejar
observamos que esta
negativa y lo pasamos al otro miembro cambiando con signo + quedando lo
siguiente.
2ad =
+ 2ad =
Acomodamos la formula aplicando la propiedad conmutativa sin que se
altere la expresión.
+ 2ad =
=
+ 2ad
Como Vf está al cuadrado (
), para quitar este cuadrado la expresión del
otro miembro se transforma en un radical, quedando finalmente, el despeje
de la siguiente forma.
Vf =
Para seguir practicando despeja Vo, a y d.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
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Tercer caso: Ahora tenemos la formula siguiente y nos piden despejar Ec.
v=
Comenzaremos elevando al cuadrado ambos términos para eliminar el
radical.
=
En el denominador esta “m” dividiendo la pasamos multiplicando al otro
miembro.
=
mv2 = 2 Ec
Ahora pasamos el 2 dividiendo al otro término.
mv2 = 2 Ec
= Ec
Aplicamos propiedad conmutativa para ordenar la formula.
= Ec
Quedo despejada “Ec” y la formula ordenada, para seguir practicando
despeja ahora la literal m.
Ec =
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
m=
PROBLEMARIO FÍSICA I
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Cuarto caso: Cuando nos dan la siguiente formula y nos piden despejar “t”.
Vf = Vo + at
Como los términos Vo y at están sumando movemos primero a Vo pasando
al otro miembro restando.
Vf
= Vo + at
Vf – Vo = at
Ya en estas condiciones observamos “at” están multiplicando por lo que
para despejar a “t” podemos pasar “a” dividiendo al otro miembro.
Vf – Vo = a t
=t
Aplicamos la propiedad conmutativa para ordenar la formula.
=t
Quedo despejada “t“ y la formula ordenada, para seguir practicando
despeja “Vo” y “a”.
t=
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
Vo =
a=
PROBLEMARIO FÍSICA I
REPASO DE MATEMÁTICO.
Ecuación
Despejar
la
variable
1.
Lo
2.
Lf
3.
T
4.
d
5.
q2
6.
To
7.
A2
8.
G
9.
k
10.
α
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
Procedimiento y resultado
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PROBLEMARIO FÍSICA I
10
NOTACIÓN CIENTIFICA
En la naturaleza existen objetos tan pequeños como los quarks; objetos
muy alejados de la tierra, como la galaxia de Andrómeda; sucesos cuya
duración es muy corta, como la duración de vida de las partículas menos
estables, o muy largas, como la vida del Sol; objetos con una masa tan
pequeña como la del átomo de hidrogeno, o muy grande como la de
Saturno.
Pero, ¿cómo hacemos para expresar una distancia muy grande o una muy
pequeña?
Por ejemplo el radio de un protón es del orden de:
0.000 000 000 001 m
La galaxia de Andrómeda se encuentra de la tierra a:
10 000 000 000 000 000 000 000 m
En este caso surge la necesidad de emplear la notación científica, que nos
permite expresar cantidades grandes o pequeñas con mayor facilidad.
En la notación científica todas las cantidades se escriben como el producto
de un número entero con o sin decimales por una potencia de base 10.
La notación científica se utiliza para compactar y facilitar el manejo de
cantidades muy grandes o pequeñas, se agrupan en una notación más
corta, expresando los lugares decimales como potencias de diez.
Para escribir números en notación científica, se mueve el punto decimal
hasta que solo aparezca un digito a la izquierda de dicho punto, cuente el
número de lugares que movió el punto decimal y use ese número como
exponente de la potencia de diez que será positivo cuando la cantidad es
entera, por ejemplo:
10 000 000 000 000 000 000 000 m = 1x1022 m
Si vas a utilizar tu calculadora científica para escribir una cantidad en
notación científica tienes que hacer lo siguiente:
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
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De acuerdo a la marca de tu calculadora localiza la tecla EXP, E ó X
, que
representan notación científica. Para el caso del ejemplo anterior oprime las
siguientes teclas:
1 EXP 2
2
1
1
E
X
2
2
2
2
Cuando se trate de cantidades no enteras como es el caso del radio del
protón, mueva el punto decimal a la derecha adelante del último digito,
cuente el número de lugares que movió el punto decimal y use ese número
como exponente de la potencia de diez que será negativo tenemos que:
0.000 000 000 001 m = 1x10 – 12m
Para representar esta cantidad en notación científica en tu calculadora
tendrás que oprimir las teclas:
1 EXP ( - )
1
2
1
E
(-)
1
2
1
X10X
(-)
1
2
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
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Con la orientación de tu profesor realiza los siguientes ejercicios con tu
calculadora:
30x108 + 1.5x1012 =
1.45x10-5 + 2.75x1025=
(3.33x106)(4.45x105) =
1.55x1012 – 6.65x104 =
4.77x1067/ 9.88x1076 =
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
Expresa las siguientes cantidades en notación científica
o en notación desarrollada según sea el caso:
Medida de:
Masa de la Tierra
Nº escrito en notación decimal
5983000000000000000000000kg
6
Diámetro del Sol
Tamaño de un microbio
Nº escrito en Notación
científica
1.391x10 Km
0.000004 cm
-8
Tamaño de un virus
2x10 cm
Tamaño de los glóbulos Rojos
0.0000075 mm
Tamaño de una bacteria
0.0000002 mm
-10
Diámetro del ADN
2x10
Diámetro de un Protón
0.000000000000001 mm
Masa de un Neutrón
0.0000000000000000000000000017mm
mm
10
Neuronas que forman el Sistema
Nervioso
1x10
Velocidad de la Luz
3x10 m/s
Radio Ecuatorial de la Tierra
8
6370000 m
-21
Peso de un Átomo de Plutonio
Diámetro de Júpiter
3.9x10
144000000m
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
g
13
PROBLEMARIO FÍSICA I
Expresa los resultados en notación científica o escríbela
según corresponda.
1.
=
2.
=
3. 0.00684 =
4.
5.
=
=
6.
7.
=
=
8.
=
9.
=
10.
=
25
Distancia de la tierra a las galaxias normales
conocidas más remotas
4x 10
Distancia de la tierra la estrella más cercana
(Próxima Centauri)
4 x 10
16
Distancia media de la tierra a la luna
4 x 10
8
Longitud de un campo de fútbol
9 x 10
1
Tamaño de células de la mayor parte de los
organismos vivientes
1 x 10
-5
Diámetro del núcleo atómico
1 x 10
-14
Diámetro de un protón
1 x 10
-15
Edad de la tierra
1 x 10
17
Tiempo en que la luz cruza un protón
3 x 10
-24
Masa del sol
2 x 10
30
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
14
PROBLEMARIO FÍSICA I
15
CONVERSIÓN DE UNIDADES
En virtud de la existencia de varios sistemas de unidades, todos ellos de uso
actual, frecuentemente es necesario transformar unidades de un sistema a
otro; para ello, es indispensable tener presentes las siguientes
equivalencias:
1m = 100 cm
1 minuto = 60 seg
1m = 1000 mm
1 hora = 60 minutos
1 cm = 10 mm
1 hora = 3600 seg
1 km = 1000 m
1 día = 86400 seg
1 kg = 1000 gr
1 dina = 1x10 – 5 N
1 tonelada = 1000 kg
1 m2 = 10000 cm2 = 1x104 cm2
1 m3 = 1000000 cm3 = 1x103 cm3
1 litro = 1000 cm3
1 N = 1x105 dinas
Al conocer estas equivalencias podemos hacer transformaciones aplicando
el criterio de multiplicar por uno, que a continuación explicaremos:
Se desea transformar 30 km a metros.
A).- Se escribe la cantidad con unidad de medida que se desea transformar:
30 km
B).- Se pone el signo de multiplicación y una raya de quebrado, ambos
signos nos indicarán que haremos dos operaciones, una de multiplicación y
otra de división. 30 km x ------------C).- Recordamos la equivalencia unitaria entre las dos unidades
involucradas, es decir, la que vamos a transformar y la que deseamos
obtener; con ello encontraremos el llamado factor de conversión.
D).- Acomodamos los datos de la equivalencia con el objetivo de eliminar
unidades, hacer operaciones y anotar el resultado con la nueva unidad
obtenida.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
30 km x
=
16
= 30 000 m
E).- Para seguir ejercitando realiza las siguientes conversiones:
6 km
a
cm =
60 kg
a
gr =
1.5 km
a
m=
3000 m
a
km =
Conversiones dobles:
En este caso vamos a convertir 70
a
A).- Aplicamos el criterio de multiplicar por uno dos veces, acomodando las
equivalencias con las unidades de acuerdo a la conveniencia de la
conversión, siguiendo la regla, de unidad multiplicando se elimina con la
misma unidad dividiendo, en caso contrario unidad dividiendo se elimina
con la misma unidad multiplicando es decir:
70
x
x
=
=
= 19.44
B).- Para seguir ejercitando realiza las siguientes conversiones:
120
a
=
0.2
a
=
4.77x1012
a
=
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
REALIZA LAS SIGUIENTES CONVERSIONES:
16. 27870mm  m
1. 80 días  seg
17. 1700m  mm
2. 575 x

18. 4472
3. 7586

19. 36270
20. 600
21. 16700
4. 8 x

5. 6000

6. 750

22. 45900

23.

24. 117800 x
25. 1900

26. 1400 cm  m
27. 210 x
28. 900
KN  N

30. 2950



kg  N

7. 8324

8. 3000

9. 400

10. 500

11. 600


12. 3.97 x


14. 6 x
15. 750
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
1m
1m
1 cm
1

13. 8.44 x

29. 34 x
Equivalencias

1 litro
1 litro
1 km
1h
1 día
1 min
1h
1 kg
1 tonelada
1 Gm
1 Mm
1 Hm
1 dam
1 cm
1 mm
1 µm
1 nm
1 pm
100cm
1000mm
10 mm
1
1
1000 lt
1
1
1000 m
3600 seg
86400 seg
60 seg
60 min
1000 gr
1000 kg
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1
1
1
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PROBLEMARIO FÍSICA I
CUESTIONARIO No.1
Contesta con letra clara las siguientes preguntas, para mayor claridad
en tus respuestas, te recomiendo consultar el libro de texto física
general serie bachiller de Héctor Pérez Montiel en las paginas de la 4
a la 10.
1.- ¿Cuál es el origen de la palabra física?
2.- ¿Cómo definiría a la física?
3.- Mencione cinco aportaciones que la física ha hecho en su propio
beneficio.
4.- ¿Por qué el hombre logra interpretar un fenómeno a través de una
medición del mismo?
5.- Mencione cinco antecedentes históricos que para usted hayan sido
relevantes en el desarrollo de la física.
6.- ¿Cuáles son los dos grandes grupos en los que se divide la física
para su estudio?
7.- ¿Cuál es el concepto de ciencia y cuáles son sus principales
características?
8.- ¿Qué estudian las ciencias formales?
9.- ¿Qué estudian las ciencias factuales?
10.- ¿Por qué la física se clasifica como una ciencia factual?
11.- ¿Qué es un juicio deductivo?
12.- ¿Qué es un juicio inductivo?
13.- ¿Por medio de un ejemplo, explique por qué no existe un método
científico único que pueda ser usado por todos los investigadores?
14.-¿Cuáles son las ciencias que utilizan el método científico
experimental y cuáles son sus principales pasos?
15.- Explique que es una ley física.
16.- Utilice un ejemplo de su vida cotidiana, por medio del cual
explique cuando una variable es directamente proporcional a otra
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
18
PROBLEMARIO FÍSICA I
CUESTIONARIO No.2
Contesta con letra clara las siguientes preguntas, para mayor claridad
en tus respuestas, te recomiendo consultar el libro de texto física
general serie bachiller de Héctor Pérez Montiel en las páginas de la 16
a la 23.
1.- Definir qué se entiende por magnitud, medir y unidad de medida.
2.- ¿Considera una ventaja o desventaja la existencia de varios
sistemas de unidades?
3.- Explique dos ventajas del Sistema Métrico Decimal.
4.- Escriba las unidades que utiliza el sistema internacional para medir
las siguientes magnitudes: longitud, masa, tiempo, área, volumen,
velocidad, aceleración y fuerza.
5.- Mencione cuales son las reglas establecidas para escribir los
símbolos de las unidades de medida.
6.- Explique cuáles son los sistemas de unidades absolutos que aún
se utilizan y porqué se les llama así.
7.- ¿Cuáles son los sistemas de unidades técnicos o gravitacionales
que se utilizan y en qué se diferencian de los absolutos.
8.- Escriba las siguientes magnitudes utilizando la simbología correcta:
1500 metros, 25 kilómetros, 30 megá metros, 2 micrómetros, 250
miligramos, 480 gramos, 3.5 kilogramos, 20 megá gramos, 3
milisegundos, 20 microsegundos, 4 kilo segundos, 4 kilo Newton, 10
Newton.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
19
PROBLEMARIO FÍSICA I
CUESTIONARIO No.3
Contesta con letra clara las siguientes preguntas, para mayor claridad
en tus respuestas, te recomiendo consultar el libro de texto física
general serie bachiller de Héctor Pérez Montiel en las páginas de la 38
a la 56.
1.- Defina qué es una magnitud escalar y mencione tres ejemplos.
2.- Defina que es una magnitud vectorial y nombre tres ejemplos de
ellas.
3.- Explique por medio de un dibujo que es un vector y cuáles son sus
características.
4.- Dibuje dos vectores que tengan la misma magnitud y dirección,
pero diferente sentido.
5.- Dibuje los siguientes vectores utilizando una escala conveniente
para cada caso:
a).- F = 500 N dirección vertical
b).- v = 23.5 dirección horizontal
c).- d = 45 m, θ = 300 respecto al eje horizontal.
6.- Represente en forma gráfica dos vectores coplanares y dos
vectores no coplanares.
7.- Explique que es un sistema de vectores colineales y cite un
ejemplo observable en su entorno.
8.- Explique que es un sistema de vectores concurrentes y dibuje un
ejemplo observable en su vida cotidiana.
9.- ¿Cómo se define la resultante de un sistema de vectores y como la
equilibrante?
10.- Dé un ejemplo de su vida cotidiana en el cual se compruebe el
principio de transmisibilidad del punto de aplicación de un vector.
11.- Mencione en qué consiste la propiedad de los vectores libres.
12.- Explique por qué no es posible sumar aritméticamente los
vectores y diga de que manera si se puede hacer.
13.- ¿Utilice un ejemplo de su entorno que le sea útil para explicar la
diferencia que existe entre distancia y desplazamiento?
14.- Explique mediante un ejemplo gráfico, en qué consiste el
procedimiento llamado descomposición rectangular de un vector.
15.- Describa brevemente en forma analítica cómo se encuentran las
componentes rectangulares o perpendiculares de un vector.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
20
PROBLEMARIO FÍSICA I
16.- ¿Por qué es más preciso emplear un método analítico que uno
gráfico?
17.- Si se pide encontrar analíticamente la resultante y el ángulo qué
esta forma respecto al eje horizontal de dos vectores concurrentes que
componen un ángulo de 900 , ¿Qué conocimientos de trigonometría
aplicaría?
18.- Explique en qué consiste el método grafico del paralelogramo
para encontrar la resultante de la suma de dos vectores concurrentes.
19.- Al sumar vectores concurrentes, ¿Cuándo se utiliza la ley de los
cosenos y la ley de los senos?
20.- Al aplicar la ley de los cosenos, ¿Qué ángulo nos interesa para
calcular la resultante de la suma de dos vectores concurrentes?
21.- Describa por medio de un dibujo, en qué consiste el método
gráfico del polígono para encontrar la resultante de la suma de mas de
dos vectores concurrentes.
SUMA DE VECTORES
Utilizando una escala adecuada resuelve gráficamente los siguientes
ejercicios de suma de vectores:
1.- Un ciclista efectúa dos desplazamientos, el primero de 7 km al
norte y el segundo de 5 km al este, calcule lo siguiente:
a).- ¿Cuál es la distancia recorrida por el deportista?
b).- Encuentre gráficamente cuál es el desplazamiento resultante, así
como la dirección en que actúa y el valor del ángulo medido respecto
al este.
2.- Un jugador de futbol americano efectúa los siguientes
desplazamientos: 6 m al este, 4 m en dirección noreste y finalmente 2
m al norte. Calcule lo siguiente:
a).- ¿Cuál es la distancia total que recorre?
b).- Encuentre en forma gráfica cuál es su desplazamiento resultante,
en qué dirección actúa y cuál es el valor del ángulo medido respecto al
este.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
21
PROBLEMARIO FÍSICA I
3.- Un camello en el desierto realiza los siguientes desplazamientos: 3
km al sur, 4 km al este, 2.5 km en dirección noreste con un ángulo de
370 medido respecto al este y 2.4 km al norte. Calcule lo siguiente:
a).- ¿Cuál es la distancia total recorrida por el camello?
b).- Determine gráficamente cuál fue se desplazamiento resultante, su
dirección y el valor del ángulo medido respecto al este.
4.- Una lancha de vela realiza los siguientes desplazamientos: 300 m
al oeste, 200 m al norte, 350 m en dirección noroeste formando un
ángulo de 400 medido respecto al oeste, 600 m al sur y finalmente 250
m en dirección sureste formando un ángulo de 300 medido respecto al
este. Calcule lo siguiente:
a).- ¿Cuál es la distancia total recorrida?
b).- Determina gráficamente el valor del desplazamiento resultante, la
dirección en que se efectúa y el valor del ángulo formado respecto al
oeste.
Resuelve los siguientes ejercicios de vectores gráfica y analíticamente:
1.- Encontrar en forma gráfica y analítica las componentes
rectangulares o perpendiculares del siguiente vector:
F = 4 N θ = 450 ubicado en el segundo cuadrante.
2.- Mediante una cuerda un niño jala un carro con una fuerza de 80 N,
la cual forma un ángulo de 400 con el eje horizontal como se observa
en la siguiente figura, calcule lo siguiente:
a).- La magnitud de la fuerza que jala el carro horizontalmente.
b).- La magnitud de la fuerza que tiende a levantar el carro.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
22
PROBLEMARIO FÍSICA I
3.- Dadas las componentes rectangulares de un vector, encontrar el
vector resultante por los métodos gráfico (del paralelogramo) y
analítico (Teorema de Pitágoras). Encuentre también el ángulo
(función tangente) que forma la resultante respecto al eje horizontal,
de acuerdo a la siguiente figura:
4.- Encontrar por el método analítico las componentes rectangulares
de los siguientes vectores:
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
23
PROBLEMARIO FÍSICA I
Resuelve los siguientes ejercicios de suma de dos vectores angulares
o concurrentes por los métodos grafico (del paralelogramo y del
triangulo) y analítico (Ley de los cosenos ley de senos).
1.- Por los métodos gráfico y analítico hallar la resultante y el ángulo
que forma con la horizontal en la siguiente suma de vectores:
2.- En la siguiente suma de vectores encontrar, por los métodos
gráfico y analítico, la resultante y el ángulo que forma con el eje
horizontal.
3.- Dos personas jalan mediante una cuerda cada una, un baúl de
madera como se observa en la siguiente figura:
Una de las personas aplica una fuerza F1 de 300 N con un ángulo de
180 respecto al este. Determinar gráfica y analíticamente la fuerza F2
que debe aplicar la otra persona y el ángulo que debe formar respecto
al Este para que el baúl se desplace hacia el Este con una fuerza
resultante de 450 N.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
24
PROBLEMARIO FÍSICA I
4.- Una fuerza descendente de 200 N actúa simultáneamente con otra
fuerza de 500 N dirigida hacia la izquierda.
a).- Aplica el método gráfico del paralelogramo y obtén la fuerza
resultante y el ángulo que forma con la horizontal.
b).- Aplica el método gráfico del triangulo y obtén la fuerza resultante y
el ángulo que forma con la horizontal.
c).- Aplicando el teorema de Pitágoras calcula la fuerza resultante y
con la función tangente el ángulo que forma con la horizontal.
5.- Dos cuerdas A y B están atadas a un gancho de amarre de manera
que se ha formado un ángulo de 600 entre ellas. La fuerza de tensión
sobre la cuerda A es de 80 N y la fuerza de tensión sobre la cuerda B
es de 120 N. Usando el método grafico del paralelogramo hallar la
fuerza resultante sobre el gancho y el ángulo que forma con la
horizontal, comprueba tus resultados aplicando la Ley de los cosenos
y la ley de senos.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
25
PROBLEMARIO FÍSICA I
Suma de vectores por el método gráfico del polígono y analítico por
descomposición rectangular.
Para los siguientes sistemas de fuerzas concurrentes utilizando el
método grafico y comprobando tus resultados con el método analítico
realiza lo siguiente:
a).- El diagrama vectorial de fuerzas en el plano cartesiano y a escala
la figura que se forma con el método del polígono.
b).- La magnitud de la fuerza resultante y la fuerza equilibrante con
sus ángulos que forman con la horizontal.
c).- El diagrama vectorial de la fuerza resultante y la fuerza
equilibrante con sus ángulos que forman con la horizontal en el plano
cartesiano.
1)
F1 = 430 N θ = 500
F2 = 740 N θ = 700
F3 = 810 N θ = 1400
2)
F1 = 600 N
F2 = 550 N
F3 = 380 N
F4 = 750 N
4)
F1 = 10 N
F2 = 13 N
F3= 45 N
F4 = 28 N
5)
F1 = 40 N al este
F2 = 10 N al sur
F3 = 35 N al este
θ = 190
θ = 1800
θ = 1900
θ = 3000
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
θ = 300, NE
θ = 400, NO
θ = 600, SO
θ = 280, SE
3)
F1 = 20 N
F2 = 65 N
F3 = 12 N
F4 = 44 N
θ = 700, NE
hacia el norte
θ = 300, SO
hacia el sur
6)
F1 = 12 N
F2 = 33 N
F3 = 9 N
F4 = 22 N
F5 = 40 N
hacia el norte
θ = 450, NE
θ = 700, NO
θ = 600, SO
hacia el este
26
PROBLEMARIO FÍSICA I
Resuelve los siguientes problemas de suma de vectores por el
método analítico de componentes rectangulares.
1.- Se tienen cuatro cuerdas que mantienen levantado un poste central
de la carpa de un circo con los siguientes valores:
C1 = 400 N θ = 750 hacia el NE
C2 = 500 N θ = 450 hacia el NO
C3 = 600 N θ = 500 hacia el SO
C4 = 400 N θ = 200 hacia el SE
Determine por el método analítico el vector resultante y el vector
equilibrante y los ángulos que forman con la horizontal, además dibuje
en el plano cartesiano en que cuadrantes se encuentran la resultante y
la equilibrante, así como sus correspondientes ángulos.
2.- En un concurso de fuerzas, 5 jugadores jalan cada uno, una cuerda
en diferentes direcciones para mover un auto, las fuerzas aplicadas
fueron las siguientes:
J1 = 15 N θ = 600 hacia el NO
J2 = 30N hacia el oeste
J3 = 25 N θ = 500 hacia el SO
J4 = 70 N hacia el sur
J5 = 45 N hacia el este
Determine por el método analítico el vector resultante y el vector
equilibrante y los ángulos que forman con la horizontal, además dibuje
en el plano cartesiano en que cuadrantes se encuentran la resultante y
la equilibrante, así como sus correspondientes ángulos.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
27
28
PROBLEMARIO FÍSICA I
Utiliza el método gráfico y el método analítico que determine la
resultante, la equilibrante y sus ángulos, de los siguientes
sistemas de fuerzas concurrentes.








F1 = 250 N
F2 = 300 N
F3 = 500 N
F4 = 400 N
F5 = 150 N
F6 = 450 N
F7 = 600 N
F8 = 700 N
F3
F3
F4
F4
F2
F5
70°
10°
F5
F1
F6
F6
F3
F4
F5
F2
130°
160°
60°
F1
220°
310°
F6
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
F7
F8
F2
80°
66°
75°
30°
F7
F1
F8
PROBLEMARIO FÍSICA I
29
En cada una de las siguientes figuras determina las fuerzas de tensión y de
compresión que actúan en los cables de acuerdo a la primera condición de
equilibrio
1)
2)
3)
4)
5)
6)
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS, SON APLICACIÓN DE LOS TEMAS DE
M.R.U. Y M.R.U.V., ESCRIBIENDO LOS DATOS, CONVERSIONES, DESPEJES,
SUSTITUCIÓN DE DATOS CON UNIDADES, ELIMINACIÓN DE UNIDADES Y
RESULTADOS CON UNIDADES.
1) Un automóvil tiene un M.R.U., con una velocidad de 68
, determinar:
a) La distancia recorrida en metros, en un tiempo de 20 segundos.
b) La gráfica de velocidad contra tiempo, cuando t = (10, 20, 40, 60 y 80
segundos).
c) La gráfica de distancia contra velocidad.
2) Un automóvil tiene una velocidad de 95
velocidad de 180
, y en 4 min alcanza una
, determinar:
a) La aceleración en
.
b) La distancia recorrida en metros.
c) La velocidad media.
3) Un avión aterriza sobre una pista con una velocidad de 350
cuenta con 2200 m de longitud de pista, determinar:
, y solo
a) La desaceleración al aplicar los frenos.
b) El tiempo con que cuenta para la maniobra de frenaje.
4) Con los siguientes datos elabora una gráfica de distancia – tiempo y calcula
la pendiente de la recta (Tabla A), y una gráfica de velocidad – tiempo y
calcula la pendiente de la recta (Tabla B).
Tabla A
Distancia (m)
30
60
90
120
150
Tabla B
Tiempo (s)
2
4
6
8
10
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
Velocidad (m/s)
0
9.8
19.6
29.4
39.2
Tiempo (s)
0
2
4
6
8
30
PROBLEMARIO FÍSICA I
5) Un móvil tiene una velocidad inicial de 10
200 metros con una aceleración de 2
y recorre una distancia de
, determinar:
a) El tiempo transcurrido.
b) La velocidad final.
c) La rapidez en el segundo 5.
6) La velocidad media de un automóvil es de 30
es de 40
, si su velocidad final
y el tiempo transcurrido es de 20 segundos, determinar:
a) La velocidad inicial en
b) La aceleración en
c) La distancia recorrida en metros.
7) Un automóvil se desplaza inicialmente a 50 km/h y acelera de manera
constante a razón de 4
durante 3 segundos, calcula la rapidez final.
8) En una prueba de frenado, un vehículo que viaja a 60 km/h se detiene en 3
segundos, determina la aceleración y la distancia de frenado.
9) Un tren viaja a 22 m/seg y tiene que detenerse en 120 m de distancia,
determina la aceleración y el tiempo de frenado.
10) Un auto parte del reposo y acelera de manera constante, al llegar a un
primer señalamiento lleva una velocidad de 15 m/seg, continua su recorrido
y tarda 2 segundos en llegar a un segundo señalamiento que está a 60 m a
delante del primero. Calcular:
a) ¿Cuál es la distancia total recorrida por el auto?
b) ¿Cuánto tiempo tarda en hacer el recorrido total?
11) Un tráiler viaja en la carretera a una velocidad media de 60 km/h,
considerando que su velocidad final es de 70 km/h y el tiempo transcurrido
en hacer el cambio de velocidad es de 35 seg, determine:
a) La velocidad inicial en m/seg.
b) La aceleración de
c) La distancia recorrida en metros.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
31
PROBLEMARIO FÍSICA I
12) Un auto deportivo transita sobre la avenida Revolución y lleva una
velocidad de 120 km/h, frena a razón de -8
hasta llegar al reposo
frente a un semáforo que está en rojo, determine:
a) La velocidad media en
b) La distancia que recorrió en ese tramo hasta llegar al semáforo.
c) El tiempo en que tardó en llegar al semáforo.
13) Si la pista de un aeropuerto tiene 2.5 km de longitud, donde un avión
acelera uniformemente para salir de ella con una velocidad de 200 km/h y
elevarse para viajar en el aire, considerando que la velocidad media que
desarrollo el avión es de 150 km/h, determine:
a) ¿Cuál fue la velocidad inicial que le permitió la salida del aeropuerto?
b) ¿Cuál fue la aceleración generada en
?
c) El tiempo en recorrer la pista.
14) Un ferrocarril lleva una velocidad de 180 km/h y para llegar a la estación
próxima recorre 600 metros, determine:
a) ¿Cuál fue la velocidad con la que llego a la estación y explique por
qué?
b) ¿Cuál fue la aceleración desarrollada en
?
c) ¿Cuánto tiempo tardo en recorrer esa distancia para llegar a la
estación?
d) ¿Qué distancia recorrió en 23 seg?
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
32
33
PROBLEMARIO FÍSICA I
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS, SON APLICACIÓN DE LOS
TEMAS DE CAÍDA LIBRE Y TIRO VERTICAL, ESCRIBIENDO LOS DATOS,
CONVERSIONES, DESPEJES, SUSTITUCIÓN DE DATOS CON UNIDADES,
ELIMINACIÓN DE UNIDADES Y RESULTADOS CON UNIDADES.
1) Se deja caer una piedra a un pozo de agua y a los 3 segundos se escucha
el golpe del choque con el agua, determinar:
a) La profundidad a la que se encuentra la superficie del agua en
metros.
b) La velocidad del choque con el agua en
c) La rapidez de la piedra en el segundo 2 en
2) Un proyectil alcanza 1800 m de altura; determinar:
a) La velocidad de salida en tierra en
b) El tiempo del evento en seg.
c) La altura en el segundo 2 en metros.
3) Una gota de agua cae desde la rama de un árbol y tarda en llegar al suelo
3.5 seg. Determinar:
a) La altura de la rama.
b) La velocidad de la gota al llegar al suelo en
c) La rapidez en el segundo 2.
4) Se lanza verticalmente un proyectil con una velocidad de 560
determinar:
,
a) La velocidad inicial en
b) El tiempo en alcanzar la altura máxima en seg.
c) La altura máxima en metros.
5) Un cohete sale disparado hacia el espacio con una velocidad inicial de 700
, calcular:
a) ¿Cuál será la velocidad del cohete 5 seg después de su
lanzamiento?
b) ¿Cuál será el tiempo en segundos que tardara en llegar a su punto
más alto?
c) Considerando que la velocidad es de 700
, ¿Cuál será la
máxima altura alcanzada por el cuerpo?
d) ¿Cuál será la velocidad con la que regresara al punto de
lanzamiento?
e) En qué tiempo regresara al punto de partida.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
PROBLEMARIO FÍSICA I
6) Desde la azotea de un edificio se deja caer libremente una piedra que tarda
12 seg en tocar el suelo, determinar:
a) La velocidad que adquiere la piedra al chocar con le piso.
b) La altura del edificio.
c) La rapidez que alcanza en el segundo 3.
7) Una llave es arrojada verticalmente hacia arriba con una velocidad de 23
m/seg. Determina las velocidades y las posiciones cuando han transcurrido
1, 1.5 y 2 segundos.
8) Se lanza un objeto verticalmente hacia arriba, 8 segundos más tarde el
objeto vuelve a su punto de lanzamiento, determine:
a) ¿Cuál es la velocidad inicial con la que se lanza el objeto hacia
arriba?
b) ¿Qué tan alto llega dicho objeto?
c) ¿Cuál será la velocidad con la que llegue el objeto al punto de
partida?
9) Desde la parte superior de un edificio se deja caer una piedra, después de
3 segundos la piedra choca contra el piso, determine:
a) La altura del edificio
b) ¿Cuál será la velocidad de la piedra un instante antes de chocar contra el
piso?
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
34
PROBLEMARIO FÍSICA I
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS, SON APLICACIÓN DE LOS
TEMAS
DE
TIRO
PARABÓLICO,
ESCRIBIENDO
LOS
DATOS,
CONVERSIONES, DESPEJES, SUSTITUCIÓN DE DATOS CON UNIDADES,
ELIMINACIÓN DE UNIDADES Y RESULTADOS CON UNIDADES.
1) Las componentes rectangulares de la velocidad de un proyectil que sale de
la tierra y tiene un movimiento parabólico son: Vox = 70
, y Voy = 90
, determinar:
a)
b)
c)
d)
La magnitud y dirección de la velocidad de salida.
La rapidez y posición en el segundo 2.
El alcance máximo y el tiempo de vuelo.
La altura máxima y el tiempo en lograrla.
2) Un jugador de futbol americano patea el balón con un ángulo de θ = 200 con
respecto a la horizontal, comunicándole una velocidad inicial de 15
calcule lo siguiente calcular:
a)
b)
c)
d)
El tiempo en el aire en seg.
La altura máxima alcanzada.
El alcance horizontal del balón.
La velocidad final con que cae el balón.
3) El avión vuela horizontalmente con una velocidad de 800
y deja caer
un proyectil desde una altura de 12 km, con respecto al suelo. Calcular:
a) ¿Cuánto tiempo transcurre desde su caída hasta tocar el proyectil el
suelo?
b) ¿Qué distancia horizontal recorre el proyectil después de iniciar su
caída?
4) Un jugador patea una pelota con una velocidad inicial de 22
ángulo de 40° respecto al eje horizontal, calcular:
y con un
a) La altura máxima alcanzada por la pelota.
b) El alcance horizontal de la pelota.
c) El ángulo de llegada al piso.
5) Un cañón dispara una bala con una velocidad de 350
ángulo de 20° con respecto al suelo; determinar:
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
, teniendo un
35
PROBLEMARIO FÍSICA I
a)
b)
c)
d)
La altura máxima en metros.
El tiempo de vuelo en seg.
Las magnitudes de la Vox y la Voy en
El alcance máximo en metros.
6) Una pelota de futbol es golpeada por un jugador y adquiere una velocidad
de 200
, con un ángulo de elevación de 55° con respecto al suelo;
determinar:
a)
b)
c)
d)
Las magnitudes de la Vox y la Voy en
La altura máxima en metros.
El tiempo de vuelo en seg.
El alcance máximo en metros.
7) Un proyectil es lanzado con una velocidad de 895
de elevación de 45° con respecto al piso; determinar:
, con un ángulo
a) Las magnitudes de Vox y Voy en
b) La altura máxima.
c) El tiempo de vuelo y su alcance máximo.
8) Un cohete sale disparado hacia el espacio con una velocidad inicial de 700
, calcular:
a) ¿Cuál será la velocidad del cohete 5 seg después de su
lanzamiento?
b) ¿Cuál será el tiempo en segundos que tardara en llegar a su punto
más alto?
c) Considerando que la velocidad es de 700
, ¿Cuál será la
máxima altura alcanzada por el cuerpo?
d) ¿Cuál será la velocidad con la que regresara al punto de
lanzamiento?
e) En qué tiempo regresara al punto de partida.
9) Un avión tiene una velocidad de 340
y se encuentra a una altura de
8 Km cuando deja caer un proyectil, determinar:
a) El tiempo en que tarda el proyectil en llegar a la tierra en seg.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
36
PROBLEMARIO FÍSICA I
b) La velocidad y dirección del proyectil al tocar la tierra en
c) El alcance del proyectil en metros.
10) Un proyectil tiene una velocidad de 180
con un ángulo de elevación de 60°, determine:
, al salir del nivel del piso
a) Las componentes rectangulares de la velocidad en
b) La altura máxima y el tiempo de vuelo.
c) El alcance máximo.
11) Un beisbolista golpea una pelota que describe un tiro parabólico
alcanzando una altura máxima de 60000 milímetros y un alcance máximo
de 0.5 Km, empleando un tiempo de 0.5 minutos, calcular:
a) La velocidad de salida en
b) El ángulo de elevación
12) Las componentes rectangulares de la velocidad de salida de una bala que
sale de la tierra y tiene un movimiento parabólico son: Vox = 40
y
Voy = 60
, calcular:
a) La magnitud y dirección de la velocidad de salida.
b) La rapidez y posición a los 1.5 segundos de salida de la bala.
c) El alcance máximo, el tiempo de la máxima altura y el tiempo de
vuelo.
d) La altura máxima lograda.
13) Un proyectil tiene una velocidad de 180
con respecto al piso de 60°, determinar:
con un ángulo de elevación
a) Las componentes rectangulares Vox y Voy
b) La altura máxima, el tiempo en lograrla y el tiempo de vuelo.
c) El alcance máximo logrado y la velocidad con la que regresa al piso.
14) Un jugador de golf golpea una pelota alcanzando una altura de 40000 mm y
logrando alcanzar una distancia de 80000 mm en un tiempo de 6 seg,
calcular:
a) La velocidad con la que salió disparada la pelota.
b) Las componentes horizontal y vertical de la velocidad de salida.
c) El ángulo de elevación.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
37
PROBLEMARIO FÍSICA I
d) ¿Cuál es la rapidez y la posición a los 1.5 seg de su salida?
15) Un cañón hace fuego y dispara un proyectil con una velocidad de 150 km/h
y un ángulo de elevación de 45° con respecto a la horizontal, determine:
a) ¿A qué distancia cae el proyectil?
b) ¿Cuánto tiempo dura en el aire el proyectil?
c) ¿En qué instante alcanza su máxima altura?
d) ¿Cuál es la máxima altura alcanzada por el proyectil?
e) ¿Cuál es la velocidad con la que llega al piso?
f) ¿Cuál es el ángulo con el que llega al piso?
16) Las componentes horizontal y vertical de la velocidad de salida de una
flecha disparada por un arquero son
y
= 25 km/h,
calcular:
a) ¿Cuál será la magnitud y dirección de la velocidad de salida?
b) ¿Cuál será la distancia lograda por esta flecha?
c) ¿Cuánto tiempo se mantuvo en el aire la flecha?
d) ¿Cuál será la altura máxima y el tiempo en llegar a esa máxima
altura?
e) ¿Cuál será la velocidad con la que la flecha llega al piso?
f) ¿Cuál será el ángulo con el que llega al piso?
g) ¿Cuál será la rapidez y que posición tendrá a los .7 seg de su
salida?
17) Se lanza un balón de futbol americano con una velocidad de 190 m/seg y
un ángulo de elevación de 35° con respecto al piso, determine:
a) Las componentes horizontal y vertical de la velocidad de salida.
b) La altura máxima lograda por el balón y el tiempo de esa máxima
altura.
c) El tiempo en que permanece en el aire el balón.
d) ¿A qué distancia cae en el piso el balón?
e) ¿Cuál es la velocidad con la que cae en el piso el balón?
18) Un jardinero lanza una pelota de beisbol de .150 kg con una rapidez de 40
m/seg y un ángulo inicial de 30°. ¿Cuál será la energía cinética de la pelota
en el punto más alto de su movimiento?
19) Un proyectil es lanzado con un ángulo de elevación de 60° a una velocidad
de 200 km/h, determine:
a) La altura máxima.
b) El alcance máximo.
c) El tiempo de vuelo.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
38
PROBLEMARIO FÍSICA I
20) Un balón de futbol es golpeado por un niño y adquiere una velocidad inicial
de 2 km/h con un ángulo de elevación de 55° con respecto al suelo,
determine:
a) Las magnitudes de la velocidad horizontal y de la velocidad
vertical considerando a la velocidad inicial.
b) La altura máxima lograda por el balón
c) El tiempo que se mantuvo en el aire el balón
d) El alcance máximo horizontal logrado por el balón
21) Un beisbolista golpea una pelota con un bate y describe un tiro parabólico
alcanzando una altura máxima de 6000 mm y un alcance máximo de 0.5
km, empleando un tiempo de .5 min, determine:
a) La velocidad con la que sale disparada la pelota
b) El ángulo de elevación
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
39
PROBLEMARIO FÍSICA I
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS, SON APLICACIÓN DE LOS
TEMAS DE LEYES DE NEWTON Y LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL,
ESCRIBIENDO LOS DATOS, CONVERSIONES, DESPEJES, SUSTITUCIÓN DE
DATOS CON UNIDADES, ELIMINACIÓN DE UNIDADES Y RESULTADOS CON
UNIDADES.
1) Calcular la aceleración producida por una fuerza de:
a. 15 N aplicada a una masa de 10 kg.
b. 35 DINAS aplicada a una masa de 18 g.
c. 1 N aplicada a un cuerpo de 9.8 N de peso.
2) Hallar la fuerza constante que aplicada a un cuerpo de 25 N de peso le
comunique:
a.
b.
c.
d.
e.
Una aceleración de 5 m/
Una aceleración de 25 m/seg/min
Una velocidad de 10 m/seg a los 3 seg de empezar a moverse.
Recorrer un espacio de 30 m a los 5 seg de empezar a moverse.
Un incremento de velocidad desde 10 m/seg hasta 25 m/seg en 8
seg.
f. Una disminución de velocidad desde 50 m/seg hasta 15 m/seg en 45
m de recorrido.
3) Un cuerpo celeste de
kg se atrae con otro cuerpo celeste con una
fuerza de
, considerando el valor de la constante gravitacional ya
conocida y que entre estos cuerpos hay una distancia de 17 km, determine
de cuantos kilogramos es la masa del otro cuerpo celeste.
4) Considerando que la fuerza de atracción que hay entre dos cuerpos es de
y que la distancia que hay entre ellos es de 17 km, si la masa
de los dos cuerpos es la misma, ¿Cuál será su valor?
5) Calcular la masa de un cuerpo que:
a. Recibe una fuerza de 1500 dinas y le produce una aceleración de
180 m/
.
b. Es equivalente a un peso de
N.
c. Se acelera con
a consecuencia de una fuerza de 900 N.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
40
PROBLEMARIO FÍSICA I
6) Calcular la masa de la Luna si existe una distancia de 1.74 x
entre
esta y un cuerpo de 30 N. Se sabe que la fuerza de atracción gravitacional
es de 4.88 x
N.
7) Al aplicar una fuerza horizontal de 800 N a un cuerpo que esta sobre el piso
y en reposo, adquiere una aceleración de 4
, calcular:
a)
b)
c)
d)
La magnitud de la masa del cuerpo.
El peso del cuerpo.
La velocidad que adquiere en 10 segundos.
La distancia que recorre en 10 segundos.
8) Una sonda espacial de
, esta estacionada en el espacio exterior,
si la masa de la tierra es de
kg, a que distancia de la tierra se
encuentra la sonda espacial, sabiendo que la fuerza de atracción entre ellas
es de
N.
9) Si la fuerza de atracción de dos cuerpos celestes es de
y la
distancia que existe entre ellos es de
, considerando que las dos
masas son iguales, calcula la magnitud de la masa de cada cuerpo.
10) Un cuerpo celeste de
se atrae con otro cuerpo celeste con una
fuerza de
, considerando que entre los dos cuerpos hay una
distancia de 17 km, determine de cuantos kilogramos es la masa del otro
cuerpo celeste.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
41
PROBLEMARIO FÍSICA I
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS, SON APLICACIÓN DEL TEMA
DE FRICCIÓN, ESCRIBIENDO LOS DATOS, CONVERSIONES, DESPEJES,
SUSTITUCIÓN DE DATOS CON UNIDADES, ELIMINACIÓN DE UNIDADES Y
RESULTADOS CON UNIDADES.
1) Un bloque de concreto se desliza sobre el piso con una velocidad constante
por la acción de una fuerza de 6 kN, aplicada a 20° entre la línea de acción
y el desplazamiento del bloque, si el bloque es de 900 Kg, determine:
a) ¿Cuál será el valor de la fuerza de rozamiento?
b) ¿De qué magnitud ser la fuerza normal?
c) ¿De qué valor será el coeficiente de fricción?
2) Un bloque de metal se coloca sobre una tabla horizontal al que se le aplica
una fuerza de 1.55x102 con respecto a la horizontal, si el bloque pesa 300
N, determine:
a) El coeficiente de ficción estático entre el bloque y la tabla.
b) La fuerza de rozamiento estática y la fuerza normal.
3) Un cuerpo de 140 N de peso, con un movimiento rectilíneo uniforme, tiene
una fuerza de fricción cinética igual a 40 N con un coeficiente de fricción de
0.3, determinar:
a) La fuerza normal.
b) La magnitud F que mueve al cuerpo.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
42
PROBLEMARIO FÍSICA I
4) De acuerdo a la siguiente figura determine. (Realiza el diagrama de cuerpo
libre).
5) De acuerdo a la siguiente figura determine: (Realiza el diagrama de cuerpo
libre)
6) De acuerdo a la siguiente figura determine: (Realiza el diagrama de cuerpo
libre)
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
43
PROBLEMARIO FÍSICA I
7) De la siguiente figura determina los elementos que se te piden y realiza el
diagrama de cuerpo libre correspondiente.
8) Determinar la fuerza que es necesaria aplicar para que un tren se mueva
con velocidad constante, si el coeficiente de fricción cinética entre las
ruedas y las vías es de 0.35 de acuerdo a la siguiente figura.
9) De la siguiente figura determine que se encuentra en equilibrio, obtenga la
fuerza normal, el coeficiente de rozamiento cinético y la fuerza de
rozamiento cinético.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
44
PROBLEMARIO FÍSICA I
10) Un bloque de roca volcánica se desliza sobre el piso con una velocidad
constante por la interacción de 50 kN, aplicada a 65° entre la línea de acción y
el desplazamiento del bloque, si el bloque es de 2 toneladas, determine:
a) ¿Cuál será el valor de la fuerza de rozamiento?
b) ¿De que magnitud será la fuerza normal?
c) ¿Cuánto vale el coeficiente de fricción?
10) Obtener el valor de la fuerza que se requiere para remolcar una carga con
velocidad constante, si presenta una masa de .45 toneladas y el coeficiente
de rozamiento cinético es de .20
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
45
PROBLEMARIO FÍSICA I
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS, SON APLICACIÓN DE LOS
TEMAS DE TRABAJO, ENERGÍA Y POTENCIA, ESCRIBIENDO LOS DATOS,
CONVERSIONES, DESPEJES, SUSTITUCIÓN DE DATOS CON UNIDADES,
ELIMINACIÓN DE UNIDADES Y RESULTADOS CON UNIDADES.
1) Desde lo alto de la torre Eiffel se deja caer un cuerpo de 120 kg,
considerando que la torre es 300000 mm, calcular:
a) El máximo trabajo desarrollado para subir el cuerpo para subirlo
al punto más alto de la torre en joules y en ERG.
b) Si tardo en subir 12 min con la ayuda de 1 winch o malacate
mecánico, ¿Cuál será la potencia generada en watts, kw y hp?
c) ¿Qué velocidad desarrollara si el cuerpo se suelta desde lo alto
de la torre y se estrella contra el piso?
d) ¿Cuál será la energía cinética con la que toca el piso y explique
por qué la Ep = 0?
2) Desde lo alto de una torre de comunicación se deja caer un cuerpo de 200
Kg, considerando que la estructura tiene una altura de 150000 mm
determine lo siguiente:
a) El máximo trabajo que se requiere para subir el cuerpo a esa
altura.
b) Si tarda en subir .55 min cual es la potencia desarrollada en
Watts, Kw y HP.
c) La velocidad con la que llega al piso el cuerpo.
3) Hallar la energía potencial que adquiere un cuerpo de 6 N de peso al
elevarlo a una altura de 3000 cm, y ¿Cuál será la energía mecánica total si
el cuerpo cae y se encuentra a una altura de 15 m?
4) Un cuerpo de 20 N de peso cae desde una altura de 10 m. Calcular la
energía cinética del cuerpo al llegar al suelo y demostrar que es igual a la
disminución que experimenta su energía potencial.
5) Se sostiene un cuerpo de 95 Kg, a una altura de 70000 milímetros sobre el
suelo, determinar:
a) ¿Cuál es la energía potencial máxima a esa altura?
b) Si el cuerpo se suelta, ¿Qué velocidad tendrá el cuerpo a los
3500 cm?
c) ¿Cuál es el valor de la energía mecánica total en ese punto?
d) ¿Cuál será la Ec y con qué velocidad golpeara el suelo el
cuerpo?
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
46
PROBLEMARIO FÍSICA I
6) Un cuerpo de 100 N se encuentra a una altura de 2500 cm, sobre el nivel
del suelo. Determinar:
a) La energía potencial del cuerpo.
b) La masa del cuerpo.
c) La fuerza del choque del cuerpo al llegar al suelo.
7) Un martillo de 1.5 kg golpea una cuña con una velocidad de 5
, y la
incrusta en una madera a una profundidad de 0.05 m en un tiempo de 0.08
segundos, determinar:
a) La magnitud de la fuerza.
b) La energía cinética del martillo.
c) La potencia transmitida.
8) Un motor de 3 HP eleva en 20 segundos una carga (F) a una altura de 8 m,
determinar:
a) La potencia en Watts.
b) La magnitud de la carga (F).
c) La energía potencial que adquiere la carga (F).
9) Un patinador de 80000 gramos adquiere una velocidad de 60
en un
punto A y genera una energía cinética de 150 Joule en un punto B,
determine cuál es:
a)
b)
c)
d)
La energía cinética en A, exprese en Joule y en Erg.
La velocidad en el punto B.
El trabajo total realizado por el patinador al desplazarse de A a B.
La potencial total en Watts, Kw y HP, si tardo en desplazarse 30
minutos de A a B.
e) La energía cinética perdida en Joule.
f) La cantidad de movimiento en A y en B.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
47
PROBLEMARIO FÍSICA I
10) Una partícula de 0.60 Kg tiene una rapidez de 2
energía cinética de 7.5 Joule en el punto B. Cual es:
a)
b)
c)
d)
en el punto A y una
Su energía cinética en A.
Su rapidez en el punto B.
El trabajo total realizado sobre la partícula al desplazarse de A a B.
La potencia total si tardo en desplazarse de A a B .95 minutos.
11) Un mecánico empuja un auto de 2.50 x
desde una posición de
reposo hasta imprimirle una rapidez V y realiza 5000 Joule de trabajo
durante el proceso. Durante este tiempo, el vehículo avanza 25 m, sin
tomar en cuenta la fricción entre el auto y el camino, determinar:
a) La velocidad V.
b) La fuerza horizontal ejercida sobre el vehículo.
12) Una bola de boliche de 7 kg se desplaza a 3
con que rapidez debe
moverse una pelota de ping pong de 2.45 gramos para que ambos objetos
tengan la misma energía cinética.
13) Una mujer saca un cubo de 20000 gramos de un pozo y efectúa 6.00
KJoule de trabajo, ¿Cuál es la profundidad del pozo en metros,
considerando que tarda 0.55 minutos en sacar el cubo?, determine también
la potencia que desarrolla en Watts, Kw y HP.
14) Un remolcador ejerce una fuerza constante de 5 x
Nw sobre un barco
que se desplaza con rapidez constante a través de un puerto. ¿Cuánto
trabajo realiza el remolcador sobre el barco si ambas embarcaciones
recorren una distancia de 3 Km, y de que magnitud será la potencia
desarrollada, si tarda 2 hrs en recorrer la distancia?, exprese los resultados
en Watts, Kw y HP.
15) Hallar el peso que puede arrastrar un vehículo de 50 HP de potencia sobre
un terreno horizontal a una velocidad de 60
, sabiendo que el
coeficiente de fricción entre el objeto y el terreno es de 0.2.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
48
PROBLEMARIO FÍSICA I
16) Se sostiene un cuerpo de 95 kg, a una altura de 70000 mm sobre el suelo,
determinar:
a) ¿Cuál es la energía máxima a esa altura?
b) Si el cuerpo se suelta ¿Qué velocidad tendrá el cuerpo a los
3500 cm?
c) ¿Cuál es el valor de la energía mecánica en ese punto?
d) ¿Con qué velocidad golpeara el suelo?
e) ¿Cuál es la energía cinética desarrollada al llegar al piso?
17) Se sostiene un cuerpo de 30 kg a una altura de 20000 milímetros sobre el
suelo, determine:
a) ¿Cuál es la energía potencial máxima a esa altura?
b) Si el cuerpo cae, ¿Qué velocidad tendrá cuando se encuentre a
100 cm del suelo?
c) ¿Cuánta energía cinética y potencial tendrá el cuerpo a los
1000 mm anteriores?
d) ¿Cuál es el valor de la energía mecánica total en ese punto?
e) ¿Cuánta energía cinética tendrá al chocar con el suelo?
f) ¿Con que velocidad golpeara el suelo?
18) Una máquina de 8 HP, levanta en 30 segundos una carga F a una altura de
1500 cm, determinar:
a) La potencia en Watts y Kw.
b) La magnitud de la carga F.
c) La energía potencial que adquiere la carga F.
19) Un marro de 3 kg golpea sobre una estaca de madera con una velocidad de
16
, la clava en la tierra a una profundidad de 0.85 m, en un tiempo
de 0.10 min, determinar:
a) La magnitud de la fuerza en Nw y en DINAS.
b) La energía cinética del martillo.
c) La potencia transmitida.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
49
PROBLEMARIO FÍSICA I
20) Una grúa empuja un camión de 3 toneladas, desde el reposo hasta adquirir
una velocidad considerable en
, generando un trabajo total de 12 x
ERG, durante un tiempo de 0.33 horas, recorriendo 600 metros, sin
tomar en cuenta el rozamiento determine:
a) La velocidad en
y en
b) La fuerza horizontal ejercida por la grúa.
c) La potencia de salida desarrollada en Watts, Kw y HP
d) La energía cinética total de ambos vehículos.
21) Una grúa empuja un tráiler de 6 toneladas, desde el reposo hasta adquirir
una cierta velocidad en
, generando un trabajo total de 8 x
, durante un tiempo de 0.1 horas, recorriendo 400 metros, sin
tomar en cuenta el rozamiento, determine:
a)
b)
c)
d)
La velocidad en
y en
La fuerza horizontal ejercida por la grúa.
La potencia de salida desarrollada en Watts, Kw y HP
La energía cinética total de ambos vehículos.
22) Un corredor de 90000 gramos tiene una rapidez de 50
en un punto
A y una energía cinética de 48 Joule en el punto B, determine, ¿Cuál es?
a)
b)
c)
d)
La energía cinética en A. exprese en Joule y en ERG.
La velocidad en el punto B.
El trabajo por el corredor al desplazarse de A a B.
La potencia total en Watts, Kw y HP, si tardo en desplazarse .85
horas desde A hasta B.
e) La energía cinética perdida en Joule.
f) La cantidad de movimiento en A y en B.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
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PROBLEMARIO FÍSICA I
RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS, SON APLICACIÓN DE LOS
TEMAS DE CANTIDAD DE MOVIMIENTO, IMPULSO Y CHOQUES ELÁSTICOS
E INELÁSTICOS, ESCRIBIENDO LOS DATOS, CONVERSIONES, DESPEJES,
SUSTITUCIÓN DE DATOS CON UNIDADES, ELIMINACIÓN DE UNIDADES Y
RESULTADOS CON UNIDADES.
1) En cierta prueba de impacto, un automóvil de 600 kg choca contra un muro,
considere que las velocidades iniciales y finales del vehículo son
y
respectivamente, si el choque dura 12 seg
determine el impulso debido al choque y la fuerza media ejercida sobre el
automóvil.
2) Una bola de billar de 200 gr se mueve a 24 km/h en una mesa de billar y
otra se mueve en la misma dirección pero con sentido contrario, con 200 gr
y 15 km/h, después de la colisión la segunda bola tiene una velocidad de 10
km/h, determine:
a) La cantidad de movimiento de cada bola antes del impacto.
b) La cantidad del movimiento total antes del impacto.
c) La velocidad de la primera bola y su dirección después del
impacto.
d) El coeficiente de restitución y que tipo de choque experimentan
las bolas de billar.
e) ¿Cuál será la Ec perdida en la colisión?
f) Si tardaron 4 seg y 2 seg cada bola para encontrarse para el
choque, ¿Cuál será la potencia que cada bola desarrollo antes del
impacto en watts, kw y hp?
3) Un cuerpo cuya masa es de 200 gramos, lleva una velocidad de 6
y
al chocar de frente con otro cuerpo de 100 gramos de masa que lleva una
velocidad de 4
, considerando que le choque es completamente
inelástico, determine:
a) ¿Qué velocidad llevaran los dos cuerpos después del choque al
permanecer unidos?
b) ¿Cuál será el coeficiente de restitución?
c) ¿De qué magnitud será la energía cinética perdida?
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
51
PROBLEMARIO FÍSICA I
4) Se dispara horizontalmente una bala de 15 gramos, sobre un bloque de
madrea de 3 kg, que se encuentra suspendido por una cuerda, quedando la
bala incrustada en el bloque. Calcular la velocidad de la bala, sabiendo que
el bloque oscila y alcanza una altura de 10 cm por encima de su posición
inicial.
5) Cerca de un cruce de caminos, un automóvil de 1750 Kg, viaja hacia el
norte a una velocidad de 2.5
y choca con un automóvil de 2100 Kg,
que viajaba a una velocidad de 92
, en la dirección Este, que no
hace caso de la señal de alto del semáforo. Después del impacto, ambos
automóviles quedan unidos, adquiriendo la misma velocidad. Calcular la
velocidad de esta y la dirección que llevara después del choque.
6) Se tienen dos cuerpos inelásticos que llevan la misma dirección y sentido
contrario, tal y como se observa en la figura. Determinar:
a) ¿Cuál será la velocidad de ambos cuerpos después del choque si estos
permanecen unidos?
b) ¿Cuál es el valor del coeficiente de restitución?
7) Una bala de 300 gramos es disparada por un cañón cuya masa es de 1200
Kg. Si el proyectil sale disparado con una velocidad de 180
, estimar
la velocidad de retroceso del cañón.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
52
PROBLEMARIO FÍSICA I
8) Dos cuerpos inelásticos de 7000 y 6000 gramos de masa, se mueven en la
misma dirección y sentido contrario, con velocidades de 81
y de 120
respectivamente. Determinar la velocidad de ambos cuerpos
después del choque, suponiendo que estos se mantienen juntos, y calcular
el coeficiente de restitución.
9) Una pelota de 10 gramos tiene una velocidad de 3
en sentido Sur,
choca contra otra pelota con una velocidad de 5
. Con sentido hacia
el Norte y su masa es de 7 gramos, después del choque la pelota de 10
gramos se dirige hacia el norte con una velocidad de 1
, determinar:
a) La velocidad de la pelota de 7 gramos.
b) El sentido de la pelota de 7 gramos.
10) Un automóvil de 1200 Kg de masa tiene una velocidad de 70
con
sentido hacia el Sur y choca con otro automóvil de 1500 Kg que está
estacionado, después del impacto los dos automóviles permanecen unidos
y con la misma velocidad, determinar:
a) La velocidad de los automóviles después del choque.
b) El sentido de la velocidad.
11) Dos bolas de lodo chocan de frente en una colisión perfectamente
inelástica. Suponga que m1 = 0.500 Kg y m2 = 0.250 Kg, U1 = +4.0
y U2 = -3.0
, determinar la velocidad de la bola compuesta después
del choque y cuanta energía cinética se pierde en el choque.
12) En cierta prueba de impacto, un automóvil de 1.50 x
choca con un
muro, como se muestra en la figura las velocidades iníciales y finales del
vehículo son Vo = -15
y Vf = 2.60
, respectivamente. Si la
colisión dura .15 segundos determine el impulso debido al choque y la
fuerza media ejercida sobre el automóvil.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
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PROBLEMARIO FÍSICA I
13) Un auto compacto cuya masa es de 900 Kg choca con la parte trasera de
un sedan de lujo de 1000 Kg detenido ante un semáforo, los dos vehículos
quedan trabados a consecuencia de la colisión. Si el automóvil compacto
tenía una velocidad de +20
antes de la colisión. ¿Cuál es la
velocidad de los autos después de la colisión?
14) Un cuerpo cuya masa es de 2000 gramos, lleva una velocidad de 150000
y al chocar de frente con otro cuerpo de 1000 gramos de masa que
lleva una velocidad de 180000
, considerando que el choque es
perfectamente inelástico, determine:
a) ¿Qué velocidad llevaran los dos cuerpos después del choque al
permanecer unidos?
b) El coeficiente de restitución.
c) Cuanta energía cinética se pierde en el choque.
15) Una flecha sale disparada de un arco, esta tiene un peso de 35 gramos y se
incrusta sobre un blanco de 1500 gramos que está colgada de una cuerda
atada a la rama de un árbol. Determinar:
a) La velocidad con la que sale la flecha considerando que el blanco oscila
y alcanza una altura de 155 mm.
b) La energía cinética perdida.
c) El coeficiente de restitución.
16) Un cuerpo cuya masa es de 2000 gramos lleva una velocidad de 120
, y al chocar de frente con otro cuerpo de 1000 gramos, que lleva una
velocidad de 60
, considerando que es un choque perfectamente
inelástico, determine:
a) ¿Qué velocidad llevaran los dos cuerpos después del choque al
permanecer unidos?
b) El coeficiente de restitución.
c) La cantidad de movimiento total antes y después del choque.
d) ¿Cuánta energía cinética se pierde en el choque?
17) Se tienen dos cuerpos inelásticos que llevan la misma dirección y sentido
contrario, tal y como se observa en la figura. Determine:
a) ¿Cuál será la velocidad de ambos cuerpos después del choque
si estos permanecen unidos?
b) ¿Cuál es el valor del coeficiente de restitución?
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
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PROBLEMARIO FÍSICA I
c) ¿Cuál es la energía cinética perdida?
18) Un tráiler de 1500 kg de masa tiene una velocidad de 120
con
sentido hacia el Sur y choca con otro automóvil de 1700 kg que está
estacionado, después del impacto los dos vehículos permanecen unidos y
con la misma velocidad, determinar:
a) La velocidad de los vehículos después del choque.
b) El sentido de la velocidad.
19) Dos cuerpos inelásticos de 40 Nw y 6 Nw de peso, se mueven en la misma
dirección y sentido contrario, con una velocidad de 20
y 60
respectivamente. Calcular la velocidad común en ambos cuerpos después
del choque, considerando que se mantienen unidos después de la colisión,
el coeficiente de restitución y la energía cinética perdida.
AUTOR: ING. BERNARDINO SANCHEZ TORRES
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