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ENERGÍA MECÁNICA / FÍSICA I
ENERGÍA MECÁNICA
Semanas 11, 12 y 13
1. CONCEPTO DE ENERGÍA. La energía es uno de los conceptos más importantes de la Física,
y tal vez el término “energía” es uno de los que más se utilizan ahora en nuestro lenguaje
cotidiano. Así, a pesar de que es muy difícil de definir, en pocas palabras, lo que es energía, ya
estamos acostumbrados a emplear esta palabra y ya
se tiene, por tanto, cierta comprensión de su
significado. En la Física el concepto suele
introducirse diciendo que “la energía representa
la capacidad de realizar trabajo”. Así, diremos
que un cuerpo posee energía cuando es capaz de
realizar trabajo. Por ejemplo, una persona es capaz
de realizar trabajo de levantar un bloque debido a la
“energía” que le proporcionan los alimentos que
ingiere. Del mismo modo, el vapor de agua de una
caldera posee “energía”, puesto que es capaz de
efectuar trabajo de mover las turbinas de una planta
de generación eléctrica.
Como la energía se puede relacionar con el trabajo,
también es una cantidad escalar. En consecuencia,
la energía se mide con las mismas unidades de
trabajo, es decir la energía se mide en joules.
La ENERGÍA, es la medida cuantitativa del
movimiento en todas sus formas. Movimiento
mecánico (energía cinética), movimiento de
electrones (energía eléctrica), movimiento molecular (energía calorífica), movimiento de iones
(energía química), etc.
2. FÍSICA AMBIENTAL. Estudia la utilización de los Recursos Naturales en la obtención de
nuevas formas de energía, como la energía: Eólica, Solar, Biodiesel, Biomásica y otras que no
conocemos por el momento. Esto sirve de motivación a los jóvenes estudiantes a investigar y
luego aplicar, para resolver los problemas de la sociedad. El estudio de la Física como ciencia
básica debe estar orientada a obtener soluciones inmediatas de nuestra sociedad, no olvidemos el
trinomio Ciencia, Tecnología y Sociedad (C.T.S.) para encontrar sentido al estudio de las
ciencias básicas (física, química y biología) y aplicarlas al desarrollo de la Ingeniería Ambiental.
La Energía Nuclear se obtiene en grades cantidades que logran mover barcos y submarinos,
pero el problema serio está en que los residuos o desechos nucleares dañan nuestro medio
ambiente, es por eso que debemos buscar energías limpias como la energía Eólica, Solar,
Biodiesel y Biomásica.
3. ENERGÍA CINÉTICA (EK). Es la magnitud física escalar que sirve para expresar la medida
cuantitativa del movimiento mecánico de los cuerpos o partículas en virtud a su velocidad
respecto de un sistema de referencia, entonces la energía cinética es relativa.
mV
. 2
La cantidad de energía cinética está dada por la siguiente ecuación: EK 
2
…. (1)
Unidades:
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m : masa del cuerpo ( kg ) v : módulo de la velocidad o rapidez ( m/s )
cinética ( J )
Ek : energía
EJEMPLO 01: Calcule la cantidad de energía cinética asociada a una piedra de 200 gramos con
una rapidez de 3 m/s.
Resolución
La masa se reemplaza en kilogramos: m = 200 gramos = 0,2 kg
Cálculo de la cantidad de energía cinética:
0, 2. 3
m.v 2
Ek 
 Ek 
 0 ,9 J
2
2
2
Respuesta: la cantidad de energía cinética es 0,9 J.
4. ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA ( Epg ). Es la magnitud física escalar definida
como la capacidad que tiene un cuerpo para realizar trabajo mecánico en virtud a su posición
dentro del campo gravitatorio, respecto de un sistema de referencia, entonces la energía potencial
es relativa.
Se define como el trabajo hecho por un agente externo sobre un
punto material, para trasladar lentamente desde A hasta B en contra
ext
del Campo Gravitatorio. La fuerza externa  F  m.g  tiene el
mismo valor que la fuerza de gravedad y el desplazamiento vertical
 d  h es la altura.
E pg  WAFext
 B  F ext  d  m.g .h
E pg  m.g.h …. (2)
La cantidad de energía potencial gravitatoria es igual al producto la fuerza de gravedad (mg) por
la altura (h).
Unidades:
m: masa del cuerpo ( kg )
g : módulo de la aceleración de la gravedad (en m/s2 )
h: altura o distancia vertical (m)
Epg : energía potencial ( J )
Observación: Si la altura “h” es tomada por debajo de la línea de referencia, la energía potencial
gravitatoria será negativa.
EJEMPLO 02: Calcule la cantidad de energía potencial gravitatoria de una roca de 2 toneladas
que se encuentra a 200 m de la
superficie terrestre. (g = 10 m/s2)
V=0
Resolución
La masa se reemplaza en
kilogramos: m = 2 Tn = 2 000 kg.
Cálculo de la cantidad de energía
potencial: E pg  m.g.h
A
P.E.
X1
V
E pg  2 000 10 200 J
Respuesta: la cantidad de energía
potencial gravitatoria es 4 M J.
5.
X2
B
ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA
ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA ( EPE ). Es la magnitud física escalar, que nos expresa
aquella energía de los cuerpos elásticos (resortes) cuando se les deforma parcialmente al estirarse
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o comprimirse longitudinalmente. Se define como el trabajo hecho por un agente externo sobre
un resorte, para deformarlo lentamente desde A hasta B en contra de la fuerza elástica. La fuerza
ext
externa tiene el mismo valor que la fuerza de elástica en el resorte  F  k .x  y la misma
dirección que el desplazamiento.
E pg  WAFext
 B   Fext .d x
reemplazando el valor de la fuerza:
A
E pe 
K .x
2
x
 k .x 2 
  k .x.d x  

 2 0
A
B
B
E pg
2
…(3)
La cantidad de energía potencial elástica acumulada por el resorte, es directamente proporcional
al cuadrado de la deformación “x” del resorte.
Unidades:
K: constante elástica, depende del
material y de la forma del resorte.
x : deformación del resorte por
alargamiento o aplastamiento (m)
V
Epe: energía elástica (J)
g
6. ENERGÍA MECÁNICA (E.M.).
La energía mecánica de una
K
partícula o un sistema de partículas
en cada instante de tiempo es igual
h
a la suma de la cantidad de energía
cinética más la cantidad de energía
potencial (gravitatoria y/o elástica),
O
respecto de un sistema de
NIVEL DE REFERENCIA
referencia.
En la figura, el cilindro de masa
“m” se mueve sobre una guía vertical (barra) con velocidad “v”, asociado a un resorte de
constante elástica “K” cuya longitud cambia en cada instante, entonces el sistema (masa +
resorte) tiene energía potencial (gravitatoria y elástica) y energía cinética respecto del sistema de
referencia “O”.
EM  EK  EP  EM 
m.v 2
k .x 2
 m.g.h 
2
2
…. (4)
7. PRINCIPIO GENERAL DE CONSERVACIÓN DE LA MASA Y ENERGÍA.
La energía se puede transformar de una forma a otra, pero no puede ser creada ni destruida. De
manera que la energía total es constante.
A
“La energía no se crea ni se destruye sólo se transforma”
C1
Principio de conservación de la masa:
”La masa no se crea ni se destruye sólo se redistribuye”
Acerca de la materia, los filósofos Democrito y Leucipo decían:
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C2
B
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”Nada se crea de la nada y nada se destruye sin dejar nada”.
8. FUERZA CONSERVATIVA. Si el trabajo realizado por una fuerza sobre un cuerpo, entre dos
puntos A y B, no depende de la trayectoria que el cuerpo sigue par ir desde A hasta B, entonces
la fuerza es conservativa. Por ejemplo: la fuerza de gravedad, fuerza elástica y fuerza eléctrica
son conservativas.
WAC1 B  WAC2 B
9. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN
DE LA ENERGÍA MECÁNICA.
Si sólo fuerzas conservativas actúan sobre
un punto material en movimiento, su
energía mecánica total permanece
constante para cualquier punto de su
trayectoria y en cualquier instante de
tiempo.
A
g
Fe
Fg
EM (en A)  EM (en B)
B
mV
. A2 K . X A2
mV
. B2 K . X B2
m.g.hA 

 m.g.hB 

2
2
2
2
10. FUERZA NO CONSERVATIVA: La fuerza cuyo trabajo realizado sobre un cuerpo, depende
de la trayectoria o camino recorrido por el cuerpo se denomina “fuerza disipativa”, o “fuerza no
conservativa”. Un ejemplo típico de fuerza no conservativa es la fuerza de rozamiento. Si se hace
desplazar un cuerpo sobre una superficie, llevándolo desde el punto A hasta el punto B, el trabajo
realizado por la fricción tendrá valores distintos, de acuerdo al camino seguido.
WAC1 B  WAC2 B
11. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA.
“Si la única fuerza que realiza
VA
trabajo sobre una partícula o
sistema de partículas, es su
A
propio peso (fuerza de
gravedad) y/o la fuerza
VB
elástica y libre de todo tipo
de rozamiento, entonces la
hA
B
energía mecánica del sistema
se conserva en el tiempo”.
Liso
hB
EM  inicial   EM  final 
EM (en A)  EM (en B)
LÍNEA DE REFERENCIA
EK  A  EP  A  EK  B   EP  B  …(5)
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12. TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA MECÁNICA. “La cantidad de trabajo
realizado por las fuerzas diferentes a la fuerza de gravedad (peso) y a la fuerza elástica, sobre
un cuerpo o sistema de partículas, es igual a la variación de la energía mecánica”.
W Fuerza externa  W Normal  W friccion  EM
… (8)
13. TEOREMA DE LA ENERGÍA CINÉTICA.
Analicemos un punto material de masa “m” que bajo la acción de un sistema de fuerzas se
mueve en línea recta, con rapidez inicial v A en el punto B y luego de un desplazamiento s tiene
una rapidez vB en el punto B. Para obtener la relación buscada recorrimos a la ley fundamental
de la dinámica, ley de aceleración, m.a 
F
n
El valor de la aceleración tangencial se puede expresar de la forma:
dv dv ds  dv 
 .    .v
dt ds dt  ds 
 dv 
Reemplazando tenemos, m. 
 .v   Fn
 ds 
a
Multiplicamos ambos miembros por la misma cantidad: ds
y se obtiene, m..v.dv 
F
n
VB
n
VA
1
.ds luego hacemos la integración, m.  v.dv    Fn .ds
mV
. B mV
. A

 WAneto
B
2
2
La cantidad de trabajo neto, realizado por todas las fuerzas, es igual a la variación de la energía
cinética entre dos puntos de la trayectoria.
W
NETO
mV
. B2 mV
. A2
 EK 

2
2
…. (9)
Otra forma de expresar:
W Fuerza externa  W Normal  W friccion  W PESO  W RESORTE  EK
“La variación de la energía cinética del punto material en un desplazamiento cualquiera es
igual a la suma algebraica de los trabajos de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo
durante dicho desplazamiento”.
Se recomienda utilizar este teorema en los problemas, en reemplazo del teorema del trabajo y la
energía mecánica.
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PROBLEMAS PROPUESTOS DE ENERGÍA MECÁNICA
1. En la figura AO es horizontal y OB es vertical. Si el bloque de masa “m” se desliza sin
fricción, partiendo del
O
reposo en A, resbala por
A
la rampa ABC y luego
g
realiza un movimiento
parabólico en el tramo
30°
CD, determine la
distancia L.
C
2. Sobre un bloque de 4
B
kg en reposo actúa una
fuerza F = 6,4 i N hasta
Para el problema 01
que el bloque adquiera
cierta rapidez. Luego el
bloque avanza libremente sobre la
superficie sin fricción, llega al resorte de
constante elástica 256 N/m y lo
F
comprime 40 cm quedando el bloque
m
con rapidez nula. ¿Durante que intervalo
de tiempo, en segundos, ha actuado la
Para el problema 02
fuerza F sobre el bloque? (g = 10 m/s2)
3. La esfera de un péndulo se suelta
desde una altura 2h respecto del piso.
En el punto más bajo de su trayectoria
circunferencial se rompe el hilo del
péndulo. La distancia “x” que recorre
la esfera en su trayectoria parabólica
desde que se rompe el hilo hasta que
llega al piso es:
D
L
K
g
A
h
B
h
C
4. En cierta zona del malecón de
Chorrillos tiene 55 m de altura y desde
el se lanza una piedra con una rapidez
X
Para el problema 03
de 50 m/s formando un ángulo de 37°
respecto de la horizontal. Despreciando
la fricción del aire, determine la rapidez (en m/s) con que llega la piedra a la superficie libre del
agua. (g = 10 m/s2)
5. La figura siguiente muestra un
bloque de 1,0 kg que se desliza sobre
una superficie sin rozamiento con
rapidez V = 10 m/s en dirección del
resorte de constante elástica K = 400
N/m colocado el eje “X”. Si se
desprecia la masa del resorte,
entonces el punto de reposo del
bloque será:
V
K
O
0,8 m
X (m)
Para el problema 05
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6. Un bloque de 100 kg inicialmente en reposo tiene al cabo de 5 segundos en movimiento sobre
una plana horizontal sin fricción una cantidad de
A
energía cinética de 20 kilojoules. Entonces el
modulo de la fuerza constante que provoca este
movimiento (en N) es:
B
7. Una bala de 20 gramos atraviesa un bloque de
madera de 10 cm de espesor. Si la bala ingresa
con rapidez de 100 m/s y sale con 60 m/s, ¿qué
fuerza promedio (módulo en N) ejerció la madera
sobre la bala en su recorrido? Desprecie las
perdidas por calentamiento.
8. Una piedra de 2 kg cae desde el
reposo de cierta altura. La caída
dura 1,6 segundos. Despreciando
la resistencia del aire, la energía
cinética y la energía potencial
gravitatoria de la piedra en el
punto medio del camino
recorrido serán iguales a (en J).
(g = 10 m/s2)
9. Un bloque pequeño de masa
“m”, se encuentra sobre la
superficie hemisférica como
se muestra en la figura. El
cuerpo resbala a partir del
reposo desde A, sabiendo que
no hay rozamiento, determine
la medida del ángulo  que
determina la posición donde
el bloque abandona la
superficie hemisférica.
R

Para el problema 09
A
Para el problema 10
5m
1,5 m
0,5 m
B
C
A
Para el problema 11
6m
11,1
m
10. Un bloque de 2 kg partiendo del
reposo en A se desliza por un plano
inclinado, luego por una barra
horizontal homogénea, cuya masa es 1
kg y longitud 2 metros que se encuentra
apoyada en B y C, tal como muestra la
figura. Si la barra puede rotar alrededor
de C, determine el tiempo que el bloque
se desliza sobre la barra horizontal hasta
que la reacción en el apoyo B sea cero.
Desprecie todo tipo de rozamiento. (g =
10 m/s2)
K
B
C
10 cm
P.E.
K
10 m
g
Para el problema 12
11. Un bloque de 10 kg se deja caer en A desde una altura de 11,1 m tal como se muestra.
Debido al resorte de constante elástica K = 2000 N/m el bloque comienza a subir y bajar
repetitivamente hasta que finalmente se detiene. La trayectoria sólo presenta fricción en el
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tramo BC y el resorte queda comprimido por primera vez 0,9 m con respecto al sentido del
movimiento del bloque. La posición y distancia
donde se detiene el bloque es: (g = 10 m/s2)
g
12. El resorte de la figura, de longitud natural 50 cm y
A
B
constante K = 2000 N/m, está comprimido la
longitud de 10 cm. Al recuperar su longitud natural
empuja a la esfera de 100 gramos. La rapidez (en
60° 60°
m/s) de ésta esfera, luego de descender una altura h
= 10 m es:
13. Sobre un cuerpo de 10 kg actúa una fuerza de
módulo F = 294 N vertical hacia arriba. Si la
aceleración de la gravedad es 9,8 m/s2, la razón del
cambio de la energía cinética al cambio de la energía
potencial gravitatoria del cuerpo, en cualquier tramo
del recorrido es:
14. Un bloque de 2 kg se suelta del punto
A de un aplano inclinado, como se
muestra en la figura. Si en el punto B su
rapidez es 8 m/s, determine la cantidad
de trabajo (en J) realizado por la fuerza
de fricción. (g = 10 m/s2)
R
Para el problema 15
A
g
5m
15. Un bloque pequeño de masa desliza
sin fricción sobre un carril
B
circunferencial abierto, colocado en un
plano vertical cono muestra la figura.
Para el problema 14
¿Cuál debe ser su rapidez (en m/s) en el
punto A para que salte en el punto B, por el aire, y justo ingrese nuevamente por el punto A y
continúe su movimiento circunferencial. Los puntos A y B se encuentran a la misma altura.
(g = 10 m/s2)
A
A
Para el problema 17
g
g
R
2m
B
Para el problema 18
C
X
B
16. Se suelta una piedra desde una altura de 200 m. El rozamiento con el aire hace que su
energía cinética, al momento de llegar al suelo, sea el 90 % de lo que sería si no hubiese
rozamiento con el aire. Entonces, la rapidez de la piedra (en m/s) al momento de llegar al suelo
es: (g = 10 m/s2)
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17. Un bloque pequeño de masa “m” se deja caer libremente desde A sobre una superficie AB
en forma de arco deslizándose sin fricción, hasta llegar a la superficie horizontal BC rugosa
con coeficiente de rozamiento cinético 0,5. La distancia X (en m) que recorre el bloque antes
de detenerse es: (g = 10 m/s2)
B
O
L

g
g
A
O
L
B
Para el problema 20
A
V
Para el problema 21
O
18. Un bloque de masa “m” se mueve dentro de un
aro situado en un plano vertical. En el punto más
alto A su rapidez es 4 m/s y en el punto más bajo B
es de 6 m/s. Si se desprecia la fricción entre la pista
circunferencial y el bloque, calcular el radio del aro
(en m). (g = 10 m/s2)
19. Un péndulo formado por una pequeña esfera de
500 gramos en el extremo de una cuerda de longitud
1,0 m oscila formando un ángulo de
A
37° con la vertical. Determine la
rapidez máxima de la esfera (en
m/s) durante su movimiento.
20. Se muestra un péndulo de masa
“m” y longitud L, que se abandona
en la posición A, de modo que la
cuerda forma un ángulo 
respecto de la línea vertical.
Determina el módulo de la tensión
en la cuerda cuando adquiere la
esfera adquiere su máxima rapidez.
L

g
A
Para el problema 22
g
B
B
H
O
R
Para el problema 23
21. La figura muestra un péndulo de masa “m” y longitud L. Determinar la rapidez mínima V que de
tener en su posición de equilibrio, tal que, puede describir por lo menos una vuelta en el plano vertical.
22. Una bola colgada de un hilo, se balancea en el plano vertical de modo que, el módulo de sus
aceleraciones en las posiciones A y B son iguales. Determina la medida del ángulo  en la posición
límite.
23. Un carro de masa “m” se abandona en la posición A. Determinar la altura mínima H, tal que, el
móvil puede pasar por el rizo en B. Desprecie el rozamiento y considere R el radio del rizo.
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PROBLEMAS PROPUESTOS DE ENERGÍA MECÁNICA (segunda parte)
CANTIDAD DE ENERGÍA
1. Calcule la cantidad de energía cinética asociada a un auto de 1000 kg con una rapidez de 20
m/s.
2. Calcule la cantidad de energía cinética asociada a una piedra de 200 gramos con una rapidez
de 3 m/s.
3. Calcule la cantidad de energía potencial gravitatoria de una roca de 2 toneladas que se
encuentra a 200 m de la superficie terrestre. (g = 10 m/s2)
4. Calcule la cantidad de energía potencial gravitatoria de una pelota de 400 gramos que se
encuentra a 2,5 cm de la superficie terrestre. (g = 10 m/s2)
5. Un móvil de masa m se mueve con velocidad constante, con una energía cinética de 400 J.
m
Determine la cantidad de energía cinética (en kJ) de otro móvil cuya masa es y su rapidez es
2
el triple.
6. Calcule la cantidad de energía cinética (en kJ) de una bala de fusil de masa 50 gramos que sale
del cañón del arma con rapidez de 900 m/s. (g = 10 m/s2)
7. Calcule la cantidad de energía potencial elástica asociada a un resorte de constante elástica
1000 N/m que se encuentra deformada 20 cm.
8. Un resorte de constante elástica K = 20 N/cm se encuentra estirado 10 cm. Determine la
cantidad de energía potencial elástica almacenada en el resorte (en J):
9. Se lanza un proyectil de 0,2 kilogramo desde el suelo con velocidad inicial 30 ˆi  40 ˆj (m/s).
¿Cuál es la cantidad de la energía cinética (en J) en el punto que alcanza la altura máxima
respecto del suelo?
10. Se lanza un proyectil de 0,3 kilogramo desde el suelo, en el instante t = 0, con velocidad
30iˆ  70 ˆj (m/s). ¿Cuál es la cantidad de la energía cinética (en J) en el instante t = 4 s?
11. Se lanza un proyectil de 1 kilogramo de masa desde el suelo con velocidad inicial 3 i + 4j
(m/s). ¿Cuál es la variación de la cantidad de energía cinética (en J) entre el punto de
lanzamiento hasta que alcanza la altura máxima?
12. Suponga una persona de 75 kg viajando dentro de un auto a 72 km/h y sin cinturón de
seguridad. De pronto se produce un accidente de tránsito y la persona salió disparada con
consecuencias fatales, esto es debido a que equivale caer verticalmente desde una altura de (en
m):
13. Se lanza un proyectil de 0,8 kilogramo desde el suelo con velocidad inicial 15 ˆi  20 ˆj (m/s).
¿Cuál es la cantidad de trabajo hecho por la fuerza de gravedad (en J) desde el punto de de
lanzamiento hasta alcanzar la altura máxima? (g = 10 m/s2)
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ENERGíA MECANICA
14. Se muestra una partícula de 200 gramos en movimiento, con rapidez 4 m/s y a 3 metros del
piso en un instante. Determine la cantidad de energía mecánica de la partícula respecto del
nivel de referencia. (g = 10 m/s2)
A
V
h
N.R.
15. Un avión de papel de 50 gramos tiene rapidez 8 m/s en el instante que se encuentra a 3
metros del piso. Determine la cantidad de energía mecánica (en J) del avión respecto del piso.
(g = 10 m/s2)
TEOREMA DE LA ENERGÍA CINÉTICA
16.
Un bloque de 8 kg resbala por un plano inclinado con rozamiento. Si parte del reposo y
llega al pie del plano con rapidez de 2 m/s, ¿Cuál es la cantidad de trabajo neto realizado sobre
el bloque?
17.
Se muestra el movimiento de un pequeño bloque cuya rapidez cambia VA = 4 m/s; VB =
30 m/s; VC = 20 m/s. Sabiendo que no hay rozamiento, determine la diferencia de alturas entre
A y C. (g = 10 m/s2)
A
µ=0
C
L.R.
B
18.
Un cuerpo de masa 0,4 kg cambia su rapidez de 20 m/s a 10 m/s. Determine la cantidad
de trabajo neto (en J) realizado sobre el cuerpo por fuerzas externas.
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
19.
Se muestra el movimiento de un pequeño bloque cuya rapidez cambia VA = 2 m/s; VB =
10 m/s. Sabiendo que no hay rozamiento, determine la diferencia de alturas entre A y B.
(g = 10 m/s2)
A
liso
B
L.R.
20.
Un avión vuela horizontalmente a 2 km de altura con rapidez de 60 m/s y deja caer un
objeto, ¿Cuál es la rapidez vertical con la que toca el suelo? Suponga que no hay resistencia del
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Página 11
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aire durante la caída.
Xm
21.
Una cadena uniforme de longitud “L” m, se abandona sobre una superficie horizontal lisa
sin fricción. Calcule la rapidez de la cadena en el instante que el último eslabón se desprende
de la superficie.
22.
Si el péndulo mostrado se abandona en la posición “A”, determine una expresión para la
máxima rapidez que alcanza.
L

A m
23.
El cilindro se suelta desde la posición mostrada, con el resorte sin deformar. Determine
una expresión para la máxima deformación del resorte si el cilindro rueda sin deslizar.
K
M

24.
Si el dispositivo no presenta fricción y la argolla de 99 kg se deja en libertad en la
posición mostrada. Determine la rapidez máxima que alcanza. La longitud del resorte sin
deformar es de 5 m y K = 4 N/m. (g = 10 m/s2)
7m
K  4 N/m
24 m
25.
Si el bloque de 4 kg se detiene luego de recorrer 2 m a lo largo del plano, halle la máxima
deformación del resorte. Se sabe que K = 2000 N/m. (g = 10 m/s2)
m
K
30º
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ENERGÍA MECÁNICA / FÍSICA I
26.
Para el dispositivo que parte del reposo y alcanza una aceleración de módulo “a”,
determine una expresión para la máxima deformación del resorte. Hay rozamiento entre la
superficie del carrito y el bloque.
a
K

m
27.
Si el sistema se mueve a partir del reposo, ¿Cuál es el módulo de la velocidad de los
bloques al cruzarse? (g = 10 m/s2)
24 m
4 kg
1 kg
28.
Una piedra de 2 kg, cae libremente desde cierta altura y le toma 1,6 segundos llegar al
suelo. Despreciando la resistencia del aire, determine la cantidad de energía cinética y potencial
que posee en la mitad de su recorrido.
29.
Un objeto de 200 gramos cae libremente a partir del reposo; si su rapidez es de 15 m/s
después de recorrer 20 metros, ¿Cuánta energía se perdió debido a la fricción del aire? (g = 9,8
m/s2)
30.
Se abandona la esfera de 2 kg de en posición mostrada. Sabiendo que la longitud de la
cuerda es 1 metro, determine el módulo de la tensión en la cuerda en su posición más baja.
(g = 10 m/s2)
60°
31.
Se abandona la esfera de 2 kg de en posición mostrada. Sabiendo que la longitud del
radio “R” es 1 metro, determine el módulo de la fuerza de reacción sobre la esfera en su
posición más baja. (g = 10 m/s2)
32.
Se muestra el lanzamiento de una esfera de 0,5 kg en la posicion A con rapidez de 20 m/s.
Si el radio del rizo es 2 m, determine la fuerza de reaccion normal en la posicion B sobre la
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esfera. (g = 10 m/s2)
B
Liso
A
33.
Se abandona el bloque de 2 kg en posición mostrada (A). Sabiendo que la longitud del
radio “R” es 1 metro, determine el módulo de la fuerza de reacción sobre la esfera en su
posición C. No hay rozamiento. (g = 10 m/s2)
O
A
B
127o
C
34.
Se abandona la esfera de 0,5 kg de en posición mostrada. Sabiendo que la longitud de la
cuerda es 1,0 metro, determine el módulo de la tensión en la cuerda en su posición más baja.
(g = 10 m/s2)
TEOREMA DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA MECÁNICA
35.
Se abandona un bloque de 4 kg en la posición A y pasa por B con rapidez de 15 m/s.
Determine la cantidad de trabajo realizado por la fuerza de rozamiento desde A hasta B.
(g = 10 m/s2)
A
20 m
B
36.
Se abandona un niño de 20 kg en la posición A de un tobogán y pasa por B con rapidez
de 6 m/s. Determine la cantidad de trabajo realizado por la fuerza de rozamiento desde A hasta
B. (g = 10 m/s2)
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A
4m
B
37.
Se abandona un bloque de 3 kg en la posición A y pasa por B con rapidez de 8 m/s.
Determine la cantidad de trabajo realizado por la fuerza de rozamiento desde A hasta B. (g =
10 m/s2)
A
5m
B
38.
Determine la cantidad de trabajo realizado por la fuerza de rozamiento entre los puntos
“A” y “B”, si el bloque de 1 kg parte del reposo y alcanza una rapidez de 3 m/s en “B”. (g = 10
m/s2)
A
1,2 m

0,4 m
B
39.
Calcule la máxima altura que alcanza el bloque que se abandona en el punto “A”, si solo
hay rozamiento en el tramo recto de 2 metros. El coeficiente de rozamiento cinético es de 0,4 y
el radio de los arcos de 1 m.
A
R
R

h
B
40.
Se deja caer una piedra de 2 kg, bajo la acción de la gravedad (g = 10 m/s2), desde una
altura de 20 m. Si debido a la resistencia del aire se disipa 10 J por cada metro que recorre la
piedra, determinar la energía mecánica (en J) de esta en el instante que su energía cinética es
igual a la mitad su energía potencial.
41.
El bloque de 4 kg cambia su rapidez desde 5 m/s hasta 20 m/s en el tramo AB. Determine
la cantidad de trabajo realizado por la fuerza de rozamiento desde A hasta B. (g = 10 m/s2)
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A
20 m
B
42. El bloque de 4 kg cambia su rapidez desde 5 m/s hasta 20 m/s en el tramo AB. Determine
la cantidad de trabajo realizado por la fuerza de rozamiento desde A hasta B. (g = 10 m/s2)
A
30 m
B
43. Un ladrillo de 3 kg parte del reposo realizando un M.R.U.V. con una aceleración cuyo
módulo es 2 m/s2. Determine la energía cinética del ladrillo al cumplirse 10 segundos de su
partida.
44. En el instante mostrado en la figura el bloque de 7 kg está a 22 m de “A”. Respecto de
este punto determine su energía potencial gravitatoria 4 segundos después, si dicho bloque se
desliza con rapidez constante de 3 m/s. (g = 10 m/s2).
V=
3m
/s
37°
A
45. Determine la energía potencial de la esfera 3 kg y de la barra homogénea de 6 kg y 4 m
de longitud respecto de “A”. (g = 10 m/s2).
A
30°
46. Identifique los casos en que se conserva la energía mecánica del cuerpo de masa “m”.
(I)
(II)
(III)
m
liso
rugoso
47. Un objeto de 300 gramos es lanzado en “A” con rapidez de 40 m/s tal como se nuestra.
Determine su energía cinética en “B”.
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B
20 m
V=40 m/s
A
48. Una pelota es lanzada desde “A” con rapidez de 5 m/s, tal como se muestra. Si luego
impacta en el foco del poste con una rapidez de 11 m/s, determine a qué altura del suelo está
el foco. (g=10 m/s2).
V= 5m /s
49. Una canica es lanzada en “A” como se muestra. Si luego de alcanzar una altura máxima
de 7,2 m, en “B” inicia su regreso, determine la rapidez “V” en A. (g = 10 m/s2).
B
liso
V
A
50. En el instante mostrado el resorte unido al bloque de 4 kg no está deformado. Determine
la rapidez del bloque al pasar por “B”. (AB = 10 cm).
k= 300N/m
V= 1m /s
liso
B
A
51. Una esfera se abandona en “A” desde 125 cm de altura, deslizándose sin fricción tal
como se muestra. Determine su rapidez al pasar por “B”. (g=10 m/s2).
A
B
52. Un ladrillo de 3 kg que fue impulsado sobre el plano inclinado al pasar por “P” posee una
energía mecánica de 180 J. Si en “Q” inicia su regreso determine “h”. (g = 10 m/s2).
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liso
Q
P
V
N.R.
53. Una moneda se lanza en “A” con rapidez de 4 m/s, tal como se muestra. Si a pasar por
“B” su rapidez es 6 m/s, determine el radio de la cavidad esférica. (O: centro). (g=10 ms2).
g
A
O
V
30°
B
liso
54. Una teja se lanza en “A” tal como se muestra. Si sólo llega hasta “B” determine su
rapidez al pasar por “P” la segunda vez. (g=10 m/s2).
B
P
A
55. Un melón de 1 kg es lanzado verticalmente hacia arriba con una rapidez de 30 m/s. ¿Cuál
es su energía mecánica respecto del piso luego de 4 s? Desprecie la resistencia del aire (g=10
m/s2).
56. Si la energía mecánica de sistema esfera-resorte, respecto de “A”, en el instante mostrado
es 39 J, determine la deformación del resorte en dicho instante. Además, la masa de la esfera
es m =1,0 kg; y la constante elástica del resorte es K = 200 N/m.
k
4 m/s
g
A
BIBLIOGRAFÍA VIRTUAL Y FUENTES DE INFORMACIÓN:
http://grups.es/didactika/yahoo.com
http://grups.es/albert_einstein_koch/yahoo.com
www.didactika.com
[email protected]
[email protected]
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