Download Problemas para el Segundo Parcial - curso promoción directa de la

UDB Física
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
Cátedra FÍSICA I
Facultad Regional Rosario
Curso Promoción Directa Física I
Problemas de revisión para el segundo parcial
1) Dos bloques de masas de y mA=8,0 kg y mB=4,0 kg están conectados por un barra rígida y de masa
despreciable y son empujados mediante una fuerza de 60 N que forma 30o con la horizontal. El coeficiente de
fricción cinética entre el bloque de 8,0 kg y el plano es de 0,35
F
y entre el bloque de 4,0 kg y el plano es de 0,25.
a) Calcule la aceleración de cada bloque.
30O
A
b) Calcule la tensión en la barra.
B
c) ¿Qué cambia de los valores calculados en a) y en b)
si se invierten las posiciones de los bloques?
Figura 1
2) Un carrusel completa una revolución en 12,0 s. Si un niño de masa
45,0 kg está sentado sobre el piso horizontal del carrusel a 3,00 m del
centro (Figura 2)
a) Calcula la aceleración del niño;
b) Calcula la fuerza horizontal de fricción que actúa sobre él.
c) Calcula el coeficiente mínimo de fricción estático necesario
para evitar que el niño se deslice.
3) Un bloque de 4,0 kg inicialmente en reposo a una altura de 1,8 m
sobre un plano inclinado sin fricción de 2,5 m de largo, resbala hacia
abajo y se mueve luego sobre una superficie plana. La fuerza de fricción
sobre el bloque en la superficie plana es 2,5 N.
a) Calcula el trabajo de cada una de las fuerzas que actúa en la
bajada por el plano.
b) Calcula el trabajo de cada una de las fuerzas que actúa en el
trayecto horizontal.
c) ¿Cuál es la variación de la energía cinética entre el punto más alto del
plano inclinado y el final de su recorrido horizontal? Justifica el resultado.
d) ¿Qué tan lejos del final del plano inclinado se moverá el bloque antes
de detenerse?
3,00 m
Figura 2
4) Una pequeña bola de masa m está restringida a resbalar sin fricción dentro
de un aro vertical circular de radio r que gira alrededor de un eje vertical con
frecuencia f Hz (como indica la Figura 3).
a) Determine el ángulo , en función de f, donde la bola estará en
equilibrio, es decir, donde no tendrá tendencia a subir ni a bajar a lo largo
del aro.
b) Si f = 2,00 Hz y
r = 22,0 cm. ¿cuánto vale ?
Figura 3
1,5 m
F
A
1,2 m
F
B
0,70
m
5) El bloque de 10 kg de masa se encuentra en
el punto A en reposo cuando se le aplica una
fuerza constante F que lo hace deslizar por una
mesa como muestra la Figura 4. El coeficiente
de roce cinético entre el bloque y la mesa es
0,30; se desprecia el roce entre el bloque y el
aire y el bloque llega al punto C.
a) Calcular la velocidad del bloque al
llegar a la posición B.
b) Calcular la intensidad de la fuerza F.
C
Figura 4
1
6) Una caja con mercadería tiene una masa total de 5,0 kg y se mueve con rapidez constante empujada por
una fuerza F inclinada a 30° por debajo de la horizontal. La caja se mueve 2,0 m sobre una superficie
horizontal. El coeficiente de fricción cinética entre el suelo y la caja es de 0,50.
a) ¿Cuánto trabajo efectúa la fuerza F?
b) ¿Cuál es la energía perdida debido a la fricción?
c) Si la rapidez constante con que se mueve la caja fuera el doble, ¿se modificarían los valores calculados
en a) y b)? ¿Por qué?
d) Si la rapidez no fuera constante, ¿se modificarían los valores calculados en a) y b)? ¿Por qué?

7) De la Figura 5:
Si F = 40 N, el bloque se moverá hacia arriba, por el plano inclinado, con
velocidad constante.
Si F = 0, el bloque se deslizará a partir del reposo 8,0 m hacia abajo del
plano inclinado y alcanzará la parte inferior del mismo al cabo de 2,0 s.
m
a) Calcular la masa del bloque.
F
=
30°
b) Calcular la fuerza de rozamiento supuesta constante.
c) Calcular el coeficiente de rozamiento.
Figura 5
8) Un cuerpo se abandona del reposo desde
una altura h sobre un plano inclinado rugoso
de 53° con respecto a la horizontal como
muestra la Figura 6. El cuerpo desliza luego
h
sobre un plano horizontal liso, para luego
o
o
h/3
53
37
ascender por un plano inclinado rugoso de
37° hasta detenerse a una altura h/3. Si los
Figura 6
coeficientes de rozamiento son idénticos en
ambos planos:
a) Calcula dicho coeficiente de rozamiento.
b) Sabiendo que h= 1,00 m, determina la velocidad con que se mueve el cuerpo sobre el plano
horizontal.
9) Un cuerpo de 3,00 kg está suspendido de un hilo inextensible y sin
masa de 100 cm de longitud, cuyo extremo opuesto está unido a un
punto fijo del techo. El cuerpo describe una circunferencia de 0,500 m
de radio en un plano horizontal como muestra la Figura 7.
a) Describir el movimiento que posee el cuerpo, indicando en un
esquema en un plano, los vectores posición, velocidad y
aceleración correspondiente a un punto cualquiera de su
trayectoria para el movimiento circular.
b) Calcular la tensión del hilo.
c) Calcular el módulo de la velocidad.
d) Si en un cierto instante se corta el hilo, determinar el módulo
de la velocidad en el instante en el que el cuerpo llega al suelo,
sabiendo que el techo está a una altura de 3 m sobre el suelo.
1,00 m
3,00
m
Figura 7
10) El bloque A de la Figura 8 tiene 2,0 kg y el B, 4,0 kg. El
coeficiente de fricción cinética entre B y la superficie
horizontal es 0,20.
a) ¿Qué masa tiene el bloque C si B se mueve a la
derecha con aceleración de 2,0 m/s2?
b) ¿Qué tensión hay en cada cuerda en tal situación?
a
B
A
C
Figura 8
2
11) Un cuerpo (considerado puntual) de 2,0 kg, atado al extremo de una cuerda de 50 cm de longitud, describe
una circunferencia en un plano vertical. En el punto más alto de su trayectoria, su velocidad angular es de 10
rad/s.
a) Describe el movimiento que posee el cuerpo, indicando en un esquema, los vectores posición,
velocidad y aceleración, correspondiente a un punto cualquiera de su trayectoria.
b) Determina en la aceleración centrípeta del cuerpo el punto más alto de la trayectoria
c) Determina la aceleración centrípeta del cuerpo en una posición en la que la cuerda forma un ángulo
de 30o con la horizontal:
d) Determina en las dos posiciones anteriores, el valor de la tensión de la cuerda.
12) Un bloque de hielo de 500 N resbala sobre un plano inclinado de 1,50 m de largo y 1,00 m de alto. A los
efectos de que el bloque deslice hacia abajo con velocidad constante, una persona lo va sosteniendo hacia
arriba paralelamente al plano inclinado. El coeficiente de rozamiento cinético entre el hielo y el plano es de
0,100.
a) Enuncia la segunda ley de Newton para una partícula y para un sistema de partículas, explicando cada
término de la ley.
b) Encuentra la fuerza ejercida por la persona.
c) Si la persona deja de sostenerlo, ¿con qué aceleración cae el bloque sobre el plano inclinado?
13) El cuerpo de la Figura 9 de 100 g pasa por el punto A con una rapidez vA y sigue la trayectoria indicada.
a) Expresa la relación entre el trabajo y la energía para un sistema físico cualquiera, explicando el
significado de cada término y símbolo de dicha relación.
b) Calcula la rapidez vA para que el cuerpo pase por el punto B con una rapidez vB= 2,0 m/s.
c) Una vez que pasa por B se encuentra en C con un plano inclinado con rozamiento ( = 0,50) subiendo
por éste hasta D. ¿A qué altura se halla D?
d) Si partiera desde D en reposo, ¿la rapidez en el punto A sería la misma que la calculada en b)?
D
B
C
4,0 m
o
30
hD?
2,0 m
vA
A
Figura 9
14) Un cuerpo de 0,50 kg de masa se empuja contra un resorte horizontal (K = 78,4 N/m) de masa
despreciable, comprimiéndolo una distancia d, como muestra la Figura 10.
Cuando se suelta, el bloque se desplaza por una superficie horizontal hasta el punto D, punto inferior de una
pista circular vertical de radio R = 1,5 m y continúa moviéndose hacia arriba por la pista. Toda la vía D
y el aro carecen de fricción excepto por la sección de vía entre los puntos A y B. Dado que el coeficiente de fricción cinética entre el bloque y la vía a lo largo de AB es 0,30, y que la longitud de AB es 2,5 m.
Calcular la compresión mínima d del resorte que haga posible que el bloque apenas llegue al punto C.
Sugerencia: La fuerza ejercida por la vía sobre el bloque será cero si el bloque apenas da la vuelta al aro.
C
R
d
A
B
Figura 10
3
15) Un bloque de 10 kg desliza con una rapidez inicial igual a 10 m/s, sobre una superficie horizontal rugosa de
10,0 metros de longitud como muestra la Figura 11, el coeficiente de rozamiento cinético en ese tramo es
0,20. Luego ingresa en una superficie lisa chocando con un resorte de constante elástica igual a 1000 N/m.
Calcula:
a) El trabajo de las fuerzas no conservativas que actúan sobre el bloque en su trayecto desde la posición
inicial hasta la compresión máxima del resorte.
b) La velocidad cuando recorre los 10,0 m.
c) La compresión máxima del resorte.
vo = 10 m/s
RUGOSO
LISO
10,0 m
Figura 11
16) En la Figura 12 se puede observar un bloque de 10,0 kg que se suelta desde el punto A. La pista no ofrece
fricción excepto en la parte BC; de 6,00 m de longitud. El bloque se mueve hacia abajo por la pista, golpea un
resorte de constante de fuerza k = 2250 N/m y lo comprime 0,30 m a partir de su posición de equilibrio antes
de quedar momentáneamente en reposo.
Calcula el coeficiente de fricción cinético entre la superficie BC y el bloque.
3,00 m
A
6,00 m
B
C
Figura 12
4