FÍSICA
Quinto Grado de Secundaria
I BIMESTRE I, II UNIDAD: ESTÁTICA I y II Por lo tanto, muestren humildad bajo la poderosa mano de Dios, para que él los exalte a su debido tiempo. Descarguen en él todas sus angustias, porque él tiene cuidado de ustedes. 1 Pedro 5:6-7
ESTÁTICA I
m
El tema de la estática se encarga del estudio de las leyes y condiciones que se deben cumplir las fuerzas que actúan sobre un cuerpo que esta en equilibrio 01. FUERZA (F) Cuando suspendemos un cuerpo, golpeamos un clavo, estiramos o comprimimos un resorte, empujamos un automóvil o limpiamos una ventana de vidrio, decimos que estamos interaccionando; la interacción es pues jalar o empujar los demás cuerpos, entonces. La fuerza es la medida de la interacción que se manifiesta entre dos cuerpos. 02. MEDICION ESTATICA DE LA FUERZA Consideremos el resorte en espiral de longitud (L) que se muestra en la figura, en el extremo de este resorte apliquemos una fuerza (F) vertical hacia abajo, observaremos un aumento (x) en la longitud directamente proporcional a la fuerza aplicada. Robert Hooke fue el primero que estableció esta relación mediante el invento de un resorte compensador para un reloj. La ley de HOOKE se escribe como: F kx F: Fuerza deformadora K: constante de rigidez (depende del tipo de material) L : Longitud natural(sin deformar)
L x F
03. NATURALEZA DE LAS FUERZAS Todas las interacciones se agrupan en tres tipos de fuerzas: 3.1 Fuerza gravitacional: Es la fuerza de atracción entre dos cuerpos debido a sus respectivas masas, esta fuerza es muy débil, y para sentir su efecto es necesario que por lo menos uno de los cuerpos tenga una masa muy grande como la del Sol o de los planetas. EL PESO de los cuerpos ( W ) es una fuerza gravitacional y se debe a que la masa de la Tierra (M) atrae a la masa (m) de los cuerpos.
W mg Página | 1
W : Peso del cuerpo m : masa del cuerpo g : aceleración de la gravedad * El peso es un vector que siempre apunta hacia el centro de la Tierra y puede variar de un lugar a otro ya que depende de la aceleración de la gravedad (g)
g W M
3.2 Fuerza Electromagnética Se descompone en: 3.2.1 Fuerza Eléctrica: Es la fuerza de la atracción o repulsión entre dos cuerpos debido a que ambos poseen cargas eléctricas. 3.2.2 Fuerza Magnética: Es una fuerza adicional a la fuerza eléctrica cuando las cargas eléctricas están en movimiento. 3.2.3 Fuerzas Nucleares: Son fuerzas que aparecen cuando la distancia entre los cuerpos es menor que 10-15 m y desaparecen cuando esta distancia aumenta, luego son fuerzas de corto rango. Estas fuerzas explican porque las partículas dentro del núcleo del átomo se mantienen unidas. Todas las diferentes fuerzas que se manifiestan en la naturaleza son de origen gravitacional electromagnético o nuclear. 04. TENSIÓN (T) EN UNA CUERDA Tomemos una cuerda fija en el punto B y jalada desde el otro extremo A mediante una fuerza A F T M F. * Debido a la fuerza F las moléculas de la cuerda se Corte separan. Imaginario * Para contrarrestar esta separación molecular aparece una fuerza de restitución, llamada TENSION(T) la cual se opone a la fuerza exterior F. * Separando imaginariamente la porción MA de la cuerda observamos que la tensión (T) se opone a la fuerza exterior F, ya que en el punto M las moléculas se separan.
B
M
A
F
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05. COMPRESIÓN (C) EN UNA BARRA: Tomemos una barra apoyada en el punto B y en el otro extremo de A apliquemos una fuerza F que comprime la barra. B
M
A
Quinto Grado de Secundaria Ejemplo: Empleando una soga, un cajón ”A” es sujetado a una estaca plantada en un plano inclinado, represente el DCL del cajón.
F
A C
M
A
F
Corte Imaginario
*
Debido a la fuerza F las moléculas de la barra se acercan. * Para contrarrestar este acercamiento molecular aparece una fuerza de restitución, llamada COMPRESION(C) la cual se opone a la fuerza exterior F. * Separando imaginariamente una porción MA de la barra observamos que la fuerza de comprensión (C) se opone a la fuerza exterior F, por que en el punto M las moléculas se acercan. 06. FUERZA NORMAL Consideremos un cuerpo pesado sobre una superficie plana
N
*Debido al contacto las moléculas inferiores del cuerpo se comprimen (acercan) * En el contacto aparece una fuerza NORMAL(N) para contrarrestar el acercamiento molecular.
* Separando imaginariamente el cuerpo de la superficie plana representamos la fuerza normal(N) la cual siempre ingresa al cuerpo en forma perpendicular al contacto. Las fuerzas de tensión(T), comprensión(C) normal(N) son moleculares y por tanto de naturaleza electromagnética. 07. DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE (D.C.L.) Es el aislamiento imaginario de un cuerpo y la representación de todas las fuerzas externas que actúan sobre él. Para representar un D.C.L. se debe usar el siguiente procedimiento: a) Representar el peso (W) verticalmente hacia abajo (hacia el centro de la Tierra). b) En toda cuerda se representa la fuerza de tensión (T) que siempre sale del C.D.L. siguiendo la dirección de la cuerda. c) A lo largo de una misma cuerda de poco peso actúa la misma fuerza de tensión (T). d) En el contacto entre dos superficies sólidas represente la fuerza normal (N) entrando al D.C.L. en forma perpendicular por el contacto. En un D.C.L. se muestra al cuerpo aislado y todas las fuerzas externas que actúan sobre este cuerpo.
Página | 2
RESOLUCION * Aislamos el cajón “A” y siguiendo las reglas representamos las fuerzas externas que actúan sobre el cajón: T : tensión en la cuerda W : peso del cajón N : reacción normal del plano sobre el cajón 08. LEY DE LA INECIA (Primera Ley de Newton) La primera ley de Newton o ley de la inercia fue enunciada en el año 1787 y establece que: Todo cuerpo continúa en su estado de REPOSO o de movimiento a velocidad CONSTANTE mientras que sobre el cuerpo no actúe una fuerza resultante EXTERIOR que lo obligue a cambiar de velocidad. La tendencia que tiene un cuerpo de mantener su estado de reposo o de movimiento a velocidad constante se llama INERCIA. 8.1. Interpretaciones de la ley de la Inercia. Ejemplo 01. Cuando tiramos hábilmente el mantel de la mesa observamos que los utensilios(copas, botella, tazón) tienden a permanecer en reposo. Al quitar el mantel los objetos permanecen en sus respectivos lugares ..
Ejemplo 02. Si un caballo se detiene de golpe, el jinete sale expelido por encima, por que todo cuerpo en movimiento, por inercia, tiende a seguir el movimiento.
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Quinto Grado de Secundaria Ejemplo 03. R
Ejemplo 03. Algunas veces si no disminuimos la velocidad del auto, éste puede salirse de la carretera en la curva ya que por la ley de la inercia el auto trata de conservar su velocidad constante (en línea recta).
A
Al clavar con un martillo, este impulsa al clavo hacia abajo (acción) y el clavo reacciona sobre el martillo deteniéndolo e inclusive hasta hacerlo rebotar.
V
10. PRIMERA CONDICIÓN DE EQUILIBRIO O EQUILIBRIO TRASLACIONAL Según la primera ley de Newton, diremos que un cuerpo está en equilibrio traslacional cuando la suma de fuerzas aplicadas sobre el cuerpo es cero. Todo cuerpo en equilibrio no tiene ningún tipo de aceleración.
V : Velocidad excesiva
09. LEY DE LA ACCIÓN Y REACCION (Tercera Ley de Newton) Descubierta por Isaac Newton y publicada en el mismo año que la ley anterior, establece: Siempre que un objeto ejerce una fuerza (ACCION) sobre otro objeto, el segundo ejerce una fuerza desigual (REACCION) y opuesta sobre el primero. La acción y la reacción actúan sobre objetos diferentes. La acción sobre uno de los cuerpos y la reacción sobre otro cuerpo, por esto nunca se anulan.
Un cuerpo esta en equilibrio cuando no acelera, esto indica que no debe cambiar el módulo ni la dirección de la velocidad. F 0 Un cuerpo en equilibrio traslacional puede encontrase en continuo reposo o moviéndose a velocidad constante. EQUILIBRIO ESTATICO V= 0
Cuando el cuerpo está en reposo
9.1 Interpretaciones de la Ley de la Acción y Reacción Ejemplo 01. Cuando un patinador empuja el pasamanos (acción A ) éste reacciona y la fuerza de reacción( R ) hace que él se aparte.
EQUILIBRIO CINETICO V
Si la velocidad es constante R
A
EJERCICIOS RESUELTOS Realiza los diagramas de cuerpo libre de los cuerpos indicados en los gráficos siguientes:
Sol: Ejemplo 02. En el lanzamiento de un cohete, éste ejerce una gran fuerza de acción ( A ) sobre los gases, para expulsarlos, y los gases ejercen una fuerza igual y opuesta de reacción ( R ) sobre el cohete que lo impulsa hacia arriba.
N
1)
Fg N
Sol:
F
2) R
A
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Fg
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Quinto Grado de Secundaria 9.- En el siguiente gráfico el bloque es comprimido con una fuerza “F” igual a 20N. Sabiendo que el bloque está en equilibrio. Determina la reacción del suelo sobre el bloque si su masa es de 4kg. (g=10m/s2)
Sol: Ra
3)
Fg 4)
Sol:
F
g
Rb Solución: D.C.L. (bloque)
Fg = 4 10=40 F = 20N
F R
Fg Sol:
F
R
5)
F
Por Equilibrio: F = F N = Fg + F N = 40+20 = 60N
N
10.- En el gráfico el bloque está en equilibrio y se le trata de levantar con una fuerza “F” igual a 40N. Si su masa es de 9kg. Determina la reacción normal del piso sobre el bloque. (g=10m/s2) g
F
6.- Si un bloque está en equilibrio según como se muestra. Determina la reacción normal del piso sobre el bloque si su masa es de 6kg. (g=10m/s2) Solución:
g
Fg = 9x10 = 90N F=40N Solución: D.C.L.(bloque)
Fg = 6x10 = 60N
N
Por Equilibrio: F = F N = Fg N = 60N
N
11.- Halla la reacción del techo sobre el bloque de masa 5kg, si se le sostiene con una fuerza de 80N.
7.- Si la masa de una esfera es de 2,5kg. Sabiendo que se encuentra en equilibrio. Determina la normal del suelo sobre la esfera. (g=10m/s2)
g F
g Solución: D.C.L. (esfera)
Por Equilibrio: F = F N + F = Fg N + 40N = 90N N = 50N
Solución: D.C.L. (bloque)
N
Fg = 2,5x10 = 25N
F = 80N Por Equilibrio: F = F N = Fg N = 25N
Página | 4
N
Por Equilibrio: F = F F = N + Fg 80N = N + 50N
Fg = 5x10 = 50N
N = 30N
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Quinto Grado de Secundaria
T
P1
12) Halla el valor de la fuerza necesaria para levantar un peso de 200N con el polipasto siguiente:
P2
T
P3 2
Luego: T+2T+T+P1+P2+P3= 400 4T+20= 400 T= 95N 15) Halla la tensión “T” si el bloque está en equilibrio, además el peso del bloque es: 400N.
F
200
Sol: Hacemos D.C.L., e indicamos las fuerzas.
T 2 F1 F
2 400N
2 F F
F Sol: D.C.L.
3
T T
T
200 Aplicamos la primera condición de equilibrio en la polea 3. F+2F+F=200 F= 50N
2T
T
2T 4T
400N
13).- Calcula la tensión T necesaria para sostener una carga de 600Lb en: T+4T= 400 T = 800N
T
16. Halla “T” en el sistema si es W=3200N
Sol:
T T Luego: T + T = 600 T = 300Lb
T
T
600
8200N
14).- Se tiene un bloque de 400N y las poleas pesan 20N. Determina la tensión, si existe equilibrio: Sol:
D.C.L.
T
T
T
T
T
T
T 2T
400N
Página | 5
T+2T+2T+2T+T=3200 T=400N
2T
Sol:
T
8200N
2T
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Quinto Grado de Secundaria 1.
2.
NIVEL I: CAPACIDAD: MANEJO DE INFORMACIÓN 01. El peso de los cuerpos es una fuerza: a) nuclear b) molecular c) gravitacional d) electromagnética e) tensorial 02. Cuando la fuerza resultante sobre una partícula es cero, tendremos que la partícula: a) No se mueve b) Se mueve a velocidad constante c) Está moviéndose d) Está en reposo o moviéndose a velocidad constante e) N.A. 03. Con respecto a las fuerzas de acción y reacción son ciertas: I. Siempre se anulan II. actúan sobre un mismo cuerpo III. son de igual magnitud a) I y II b) I y III c) III d) II y III e) Todas 04. Grafique el diagrama de cuerpo libre para las siguientes condiciones mecánicas.
1.
3.
4.
09. Grafique el diagrama de cuerpo libre para las siguientes condiciones mecánicas. 1.
2.
2.
Cuña apoyada en una pared y plano inclinado lisos.
Dos esferas perfectamente pulidas.
3.
4.
10. REALIZAR EL DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE EN CADA UNO DE LOS SIGUIENTES GRÁFICOS 1)
Cuñas A y B cuyas superficies se consideran pulidas
2)
05. B A
06.
El sistema carece de fricción.
05. La fuerza es la resultante de la ………………. Entre dos cuerpos a) atracción b) repulsión c) unión d) interacción e) separación 06. Respecto a una partícula en equilibrio a) siempre está en reposo b) la suma de las fuerzas que actúan sobre ella tienen resultante cero c) puede estar moviéndose a velocidad constante d) hay dos respuestas e) NA 07. Grafique el diagrama de cuerpo libre para la siguientes condiciones mecánicas. 08.
Página | 6
3)
4)
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Quinto Grado de Secundaria 13)
5)
14)
6)
7)
15)
8)
16)
9)
17)
10)
18)
11)
19)
20) 12)
A B
Página | 7
FÍSICA
21)
Quinto Grado de Secundaria NIVEL II: EXPERIMENTACIÓN E INDAGACIÓN 11. Un cuerpo cuelga mediante una cuerda de un soporte; si el peso del cuerpo es 20 N. ¿Cuánto vale la tensión de la cuerda?. a) 20 N b) 15 N c) 10 N d) 8 N e) 12 N 12. En el sistema mostrado en la Fig. calcular el valor de la fuerza F , para que el cuerpo permanezca en equilibrio. W = 400N.
22)
D.C.L. F
T
F
W 45º
W
23)
a) 450N b) 500N c) 550N d) 400N e) 350N 13. Se tiene una esfera como se muestra en la Fig. Determinar el valor de la tensión de la cuerda y la reacción en la pared vertical, para que el cuerpo permanezca en equilibrio. W=120N. 37º
24)
25)
a) T=150N, R=90N b) T=130N, R=100N c) T=145N, R=95N d) T=170N, R=90N e) N. A. 14. Un resorte se alarga 5 cm bajo la acción de una fuerza de 60 N, halle la constante del resorte en N/m. a) 600 b) 800 c) 1000 d) 1200 e) 1400 15. Hallar las fuerzas F y Q que permite equilibrar a cada cuerpo, en los siguientes casos: b)
a)
50N Q 160N
F
53°
F
26) 80N
27)
Q
a) F=160N, Q=80N b) F=130N, Q=100N c) F=120N, Q=60N d) F=170N, Q=90N e) N. A. 16. Una pesa de 200 N. se suspende del techo por medio de un resorte cuya constante de rigidez es de 800 N/m. ¿en cuánto se estira el resorte? a) 0,15 m b) 0,25 m c) 0,50 m d) 0,40 m e) 0,60 m 17. Determine la fuerza con que debe tirar el obrero para mantener suspendido 600 N de peso.
53°
28)
600 N
a) 450N d) 800N
Página | 8
b) 500N e) 1000N
c) 750N
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Quinto Grado de Secundaria
18. Calcular las tensiones en las cuerdas A si w = 50 N
30º
60º a) 5 N b) 10 c) 15 d) 20 e) 55 24. Un gran bloque de hielo es empujado mediante una fuerza horizontal de 400N. Determine el módulo de la fuerza que ejerce la pared al bloque.
B
A C W
a) 25 3 N b) 50 3 N c) 20 3 N d) 25N e) NA 19. Determinar la tensión en cada uno de los cables, si W=400 N. 30°
30°
m
a) 100 N b) 200 c) 300 d) 400 e) 500 25. El bloque de 20Kg se encuentra en reposo. Si el muchacho jala la cuerda con una fuerza de módulo 80N, determine el módulo de la reacción del piso sobre el bloque.
W
a) 100 N b) 200 N c) 300 N d) 400 N e) 800 N 20. Hallar " F " para el equilibrio. El bloque pesa 15N
53º F a) 80N b) 100 c) 120 d) 150 e) 200 26. Hallar la tensión de la cuerda. La esfera pesa 120N. a) 10N b) 15N c) 20N d) 25N e) 30N 21. El sistema mostrado se encuentra en equilibrio, el bloque pesa 20N. Calcular la lectura del dinamómetro.
37º
a) 120N b) 130N c) 140N d) 150N e) 160N 27. La tensión de los cables es: (W=800 N). 53
53
20N
a) 12N b) 20N c) 28N d) 24N e) 32N 22. ¿Cuál debe ser el valor de "W" para el equilibrio? Si F = 200 N.
w a) 300 N b) 400 N c) 500 N d) 600 N e) 700 N 28. Calcular la tensión AB y BC si el sistema se encuentra en equilibrio. A 143°
W
a) 100 N b) 200 N c) 300 N d) 400 N e) 500 N 23. Si el joven ejerce una fuerza vertical hacia arriba de 25N al bloque de 3 Kg, determine el módulo de la fuerza que ejerce el piso al bloque. (g = 10 m/s2)
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B 300 N
C
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Quinto Grado de Secundaria
a) 500N; 400 N b) 600N; 200 N c) 250N; 300 N d) 500N; 300 N e) 300N; 150 N 29. Calcular la tensión de la cuerda : W = 200N, no hay rozamiento. 37°
w
a) 300 N b) 250 N c) 500 N d) 150 N e) 700 N 30. Calcular la compresión de la barra despreciable siendo W = 300N.
de
peso
37°
w
a) 300 N b) 400 N c) 500 N d) 150 N e) 700 N 31. ¿Cuál será la mínima tensión en "T" para mantener el sistema en equilibrio? ( W = 210N )
W
a) 20N b) 30N c) 40N d) 50N e) N.A. 32. Hallar “F” para el equilibrio, si el bloque pesa 900N.
II. Para que una partícula siga moviéndose siempre es necesario una fuerza resultante. III. Solamente hay equilibrio si la partícula está en reposo a) FVF b) VFF c) FFV d) FFF e) VVF 35. ¿En qué situaciones se pude garantizar que una partícula está en equilibrio? I. La partícula se mueve a velocidad constante II. La partícula está en reposo III. La partícula se mueve a rapidez constante a) I y II b) I y III c) II y III d) II e) todas 36. Indicar “V” si es verdadero 0 “F” si es falso I. La fuerza de atracción entre la luna y la tierra es una fuerza gravitatoria. II. Cuando una persona estrecha la mano de otra se pone de manifiesto la fuerza gravitacional. III. Cuando explota una bomba atómica se pone de manifiesto la fuerza nuclear. a) FVF b) VFV c) FFV d) FFF e) VVF 37. Cuando un jugador un jugador patea una pelota aplica una fuerza, entonces la pelota reacciona con una fuerza: a) menor a la del jugador b) mayor a la del jugador c) igual a la del jugador d) no se puede determinar e) NA 38. ¿Qué tipo de fuerza interior se manifiesta cuando de una cuerda tiramos hacia arriba un bloque? a) Normal b) tensión c) compresión d) no se puede saber e) NA 39. Halla “T”, en el siguiente sistema en equilibrio. W=160N. a) 5N b) 10N c) 15N d) 20N T e) 40N
W 40. Halla La lectura del dinamómetro, si el sistema está en equilibrio.
F
a) 20N d) 60N
b) 30N e) 70N
c) 50N
NIVEL III: JUICIO CRÍTICO 33. Un proyectil es lanzado verticalmente hacia arriba, en la parte más alta de la trayectoria el cuerpo está: a) En reposo instantáneo b) En equilibrio instantáneo c) Instantáneamente en reposo y en equilibrio d) Ni en reposo ni en equilibrio e) En equilibrio 34. Indicar “V” si es verdadero 0 “F” si es falso I. Siempre que una partícula se mueva no estará en equilibrio
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a) 15N b) 25N c) 35N d) 75N e) 150N 41. Halla la tensión en el75N cable (1). Si el sistema está en equilibrio.
a) 5N b) 10N c) 15N d) 20N e) 40N
(1)
90N
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42. 29).- Halla el valor de “T”. Si el sistema está en equilibrio.
1.1. BRAZO DE PALANCA (d) Se define como la distancia perpendicular desde el eje de rotación hasta la línea de acción de la fuerza. El diagrama muestra una puerta vista desde arriba. línea de acción de F d F
a) 10N b) 12N c) 13N d) 14N e) 16N
T
o eje de rotación
70N
43. Halla la lectura del dinamómetro, si el sistema está en equilibrio.
Se define el momento de fuerza o torque con respecto al eje de rotación “O” al producto de la fuerza (F) por el brazo de la palanca (d).
Fd Si la fuerza es perpendicular a la puerta se presentará la máxima distancia y por consiguiente el momento máximo. La distancia máxima equivale al ancho e la puerta.
a) 6N b) 8N c) 9N d) 12N e) 18N
max Fd max F
36N
d max
ESTÁTICA II 01. MOMENTO O TORQUE DE UNA FUERZA () Cuando se abre una puerta es necesario jalar o empujar de la empuñadura y observamos que la puerta empieza a girar, entonces; la fuerza (F) aplicada en la empuñadura ha producido la rotación de la puerta. El diagrama muestra una puerta abierta (vista desde arriba) y la fuerza F aplicada en la empuñadura.
eje de rotación Si la línea de acción pasa por el eje de rotación no hay distancia; entonces, el momento de esta fuerza con respecto al eje de rotación “O” es cero.
0 eje de rotación
F
bisagra Rotación
F
o Si la línea de acción de la fuerza F pasa por el eje de rotación(o) no produce momento
PARED
Empuñadura
La experiencia nos indica que a mayor fuerza F, mayor será el ímpetu de rotación . La línea que pasa por las bisagras se denomina eje de giro.
1.2 REPRESENTACIÓN VECTORIAL DEL TORQUE. El vector momento de una fuerza ( ) es perpendicular al plano de rotación, y viene a ser paralelo al eje de rotación, tiene un sentido que se halla con la regla de la mano derecha.
La capacidad o tendencia que tiene una fuerza de producir una rotación se denomina torque o momento de fuerza.
F o
eje de rotación
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d
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REGLA DE LA MANO DERECHA “Los dedos de la mano derecha señalan la rotación y el pulgar señala el sentido del vector torque()”. El vector torque actúa a lo largo del eje de rotación.
La figura muestra la cupla o par de fuerzas aplicada al volante de un automóvil. Puede probarse que con respecto a cualquier punto del volante el módulo de la cupla o par de fuerzas siempre es:
Fd Las cuplas solo producen rotación y siempre y tienen el mismo valor (=Fd) para cualquier eje de rotación.
Convención Los momentos antihorarios son considerados positivos (+) y los negativos (-)
04. EQUILIBRIO ROTACIONAL. El equilibrio rotacional o segunda condición de equilibrio establece que si la suma de momentos de fuerza o torques que actúan sobre un cuerpo es cero, no gira o si es que gira lo hace con velocidad angular constante.
0 02.TORQUE O MOMENTO RESULTANTE() Cuando las fuerzas aplicadas actúan en el mismo plano, el torque resultante es la suma algebraica de los torques positivos y negativos debidos a cada fuerza. d1
F
F2
d3 d2 F3
Se muestran 3 fuerzas aplicadas sobre una herramienta. * F1 y F2 generan momentos antihorarios (+). * F3 genera momento horario (-). * Los brazos de palanca (d) son perpendiculares. El momento resultante será:
F1d 1 F2 d 2 F3 d 3 El momento de la resultante de fuerzas con respecto a un punto es igual a la suma algebraica de los momentos positivos y negativos de cada fuerza con respecto a dicho punto. 03. CUPLA O PAR DE FUERZAS () Dos fuerzas de igual módulo (F), de líneas de acción paralelas y de direcciones contrarias constituyen una cupla.
F
d
Página | 12
HORARIOS ANTIHORARIOS Estrictamente, para que un objeto esté en equilibrio (total) debe cumplir la primera (F=0), y la segunda condición de equilibrio (=0), si una condición no es satisfecha, el objeto no estará en equilibrio.
1
-F
En el plano, para =0, la suma de los torques horarios debe compensarse con la suma de los torques antihorarios.
NIVEL I: MANEJO DE INFORMACIÓN 01. El torque de una fuerza es una cantidad física: a) escalar b) fundamental c) auxiliar d) vectorial e) dimensional 02. Indicar con verdadero (V) o falso (F): I) El torque es directamente proporcional a la intensidad de la fuerza II) El torque es directamente proporcional al brazo de palancas III) El torque es perpendicular a la fuerza a) VVF b) VVV c) FVV d) VFV e) VFF 03. Los aparatos empleados para medir el momento de una fuerza se denomina: a) velocímetro b) dinamómetro c) odómetro d) torquímetro e) barómetro 04. Si la suma de momentos sobre un cuerpo es nula tendremos que: I. La suma de fuerzas también es cero II. El cuerpo está en equilibrio III. El equilibrio es parcial a) VFF b) FFV c) FVV d) FFF e) VFV 05. El torque mide la capacidad de una fuerza para producir: a) traslación b) deformación c) rotación d) movimientoe) aceleración 06. En el diagrama se muestra una barra articulada en O y dos fuerzas de la misma intensidad F1 = F2. ¿Cuál de estas fuerzas, produce mayor torque con respecto al punto O?
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O
O
a) F1 b) F2 c) Iguales d) F.D. e) N.a. 07. La ecuación dimensional del torque es : a) LMT-2 b) L2MT2 c) L-2MT-2 d) LMT-1 e) L2MT-2 08. Si queremos que un objeto empiece a girar debemos aplicarle: a) una fuerza b) un impulso c) un torque d) un golpe e) empujón 09. Un cuerpo estará en equilibrio si cumple: a) la primera condición de equilibrio b) la segunda condición de equilibrio c) la primera o segunda condición de equilibrio d) la primera y la segunda condición de equilibrio e) Ninguna condición NIVEL II: EXPERIMENTACIÓN E INDAGACIÓN 10. En los siguientes casos determine el momento resultante respecto al punto "O" si la barra es homogénea y de 2m de longitud.
(I)
2m
53°
F 1 = 10 N
a) 20 Nm b) 180 Nm c) 60 Nm d) 150 Nm e) -140 Nm 13. La barra homogénea de 5 kg. permanece horizontal en la posición mostrada. Halle la tensión en la cuerda (g=10m/s2). T
a) 20N b) 25N c) 30N d) 15N e) 10N 14. La barra rígida y homogénea de 20 Kg. soporta las fuerzas mostradas en la figura, de manera que se encuentra en reposo. ¿Cuál es la magnitud de F 3? (F1=6F2=600N; g=10m/s2). F1 F2
2m
2m
2m
F3 a) 170N b) 200N c) 150N d) 300N e) 250N 15. Si la barra mostrada es de masa despreciable, determine la masa del bloque "A" que mantiene a la barra en equilibrio horizontal. (g=10m/s2)
o 5N
( III )
( IV ) 5N
L
5N
o
o
37º a) I) –10 Nm b) I) – 10Nm II) 10 N, II) 10Nm III) cero III) cero IV) 8Nm IV) –6 Nm c) I) 10 Nm d) I) 10Nm II) – 10 N, II) -10Nm III) cero III) cero IV) 8Nm IV) 6 Nm e) Todas son incorrectas 11. En el sistema mostrado, la barra se encuentra en equilibrio. Calcular el valor de F y Q en (N).
4L
60kg A
B
a) 60kg b) 40kg c) 30kg d) 20kg e) 15kg 16. Con respecto al punto “B” ubicar la resultante del sistema
30N
40 N
130N
2m
F
1m 60N
30 cm 10 cm Q
a) 40 N b) 80 , 20 c) 100 ; 15 d) 120 ; 80 e) 160 ; 120 12. Determinar el momento resultante sobre la barra respecto al punto O. F1=10 N , F2=20 N y F3=30N.
a) –0,3 m b) 0,3 m c) –1,5 m d) +1,5 m e) –2 m 17. Una viga homogénea y uniforme tiene un peso de 600 N y mide 4m, está articulada en O, y se mantiene horizontalmente amarrando un alambre desde su extremo hacia la pared, calcule la tensión en este alambre. alambre
O
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2m
1m
( II )
5N
o
O
F 2 = 20 N
F 3 = 30 N
F1
F2
37°
FÍSICA
Quinto Grado de Secundaria F1
F2
2m
a) 250 N b) 500 N c) 300 N d) 400 N e) N.a. 18. Se muestra una tabla uniforme horizontal de 40 N de peso y 8m de longitud, en uno de sus extremos cuelga una pesa de 10 N, determine las tensiones en las cuerdas A y B:
2m
2m
F3
a) 17N b) 20N c) 15N d) 30N e) NA 24. Una viga tiene un peso uniforme de 800 N, es su extremo cuelga una carga de 3600N, determine la tensión en el cable amarrado a la pared vertical.
B
A 6m
2m
37º
10N
a) 10 y 50 b) 20 y 30 c) 10 y 40 d) 40 y 30 e) 25 y 50 19. La barra homogénea de 5kg. permanece horizontal en la posición mostrada. halle la tensión de la cuerda (g = 10m/s2)
a) 5000N b) 5200N c) 5400N d) 5600N e) 6000N 25. La barra homogénea de 20kg. permanece horizontal en la posición mostrada. halle la tensión de la cuerda (g = 10m/s2) T
T
O
O
a) 20N b) 25N c) 30N d) 15N e) 10N 20. Una viga tiene un peso uniforme de 400 N, es su extremo cuelga una carga de 1800N, determine la tensión en el cable amarrado a la pared vertical.
a) 80N b)100N c) 120N d) 60N e)40N 26. Si la barra homogénea se encuentra en equilibrio. Determine la tensión en cada una de las cuerdas ideales. Si la masa de la barra es de 20kg. (g=10m/s2) 80cm
37º
a) 2500N b) 2600N c) 2700N d) 2800N e) 3000N 21. Determinar el momento resultante sobre la barra respecto al punto O. F1=100 N, F2=200 N y F3=300N.
2m
1m
2m
a) 100N y 100N b) 150N y 50N c) 75N y 125N d) 50N y 140N e) 200N y 0N 27. Un tablero uniforme de 480 N de peso y 3,6m de longitud se encuentra en reposo horizontalmente sobre dos caballetes. ¿Qué fuerza ejerce el caballete B? 2,4 m A
53°
2m
a) 200 Nm b) 1800 Nm c) 600 Nm d) 1500 Nm e) -1400 Nm 22. La barra homogénea de 20 kg. permanece horizontal en la posición mostrada. Halle la tensión en la cuerda (g=10m/s2). T
b) 250N e) 100N
c) 300N
23. La barra rígida y homogénea de 2 Kg. soporta las fuerzas mostradas en la figura, de manera que se encuentra en reposo. ¿Cuál es la magnitud de F 3? (F1=6F2=60N; g=10m/s2).
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B
a) 720 N b) 640 N c) 360 N d) 240 N e) 120 N 28. Una viga homogénea es de 20hg. Determine la masa del bloque que mantiene a la viga horizontal y en equilibrio.
F1 = 10 N
a) 200N d) 150N
1,2 m
F2 = 20 N
F 3 = 30 N
O
20cm
4m
m
a) 1kg b) 5kg c) 10kg d) 15kg e) 20kg 29. El diagrama muestra una barra uniforme horizontal articulada en “O” de 120 N de peso que sujeta en su extremo una piedra de 100N. Calcule la tensión en la línea de soporte (cable).
FÍSICA
Quinto Grado de Secundaria c) el cuerpo está en equilibrio d) la fuerza pasa por el eje de giro e) N.a.
30°
O
4m
4m
a) 320 N d) 480 N
35. Si el brazo de palanca de una fuerza aumenta en un 10%, el torque aumentará en: a) 5% b) 10% c) 15% d) 20% e) 25%
b) 640 N e) 360 N
100N
c) 720 N
36. Sobre una varilla de peso despreciable están actuando solamente dos fuerzas como se puede ver en el diagrama, diremos que la varilla: F
30. En una varilla de aluminio de peso despreciable se ha suspendido dos esferas, una de ellas pesa 6 N. Calcular: a) el peso de la otra esferita. b) la tensión en la cuerda que sostiene la varilla.
0,3m
0,1m
W
6N
a) 28 y 24 d) 18 y 28
b) 18 y 24 e) 25 y 10
c) 10 y 18
31. Una viga tiene un peso uniforme de 400N, en su extremo, cuelga una carga de 1800N, determine la tensión en el cable amarrado a la pared vertical. 37°
1 800 N
a) 2000 N d) 2500 N
b) 2100 N e) 2400 N
4m
m
a) 1kg d) 15kg
b) 5kg e) 20kg
c) 10kg
NIVEL III: JUICIO CRÍTICO 33. En ausencia de un torque externo la velocidad angular de un objeto: a) puede aumentar b) puede disminuir c) puede cambiar d) permanece constante e) puede cambiar la dirección solamente 34. Suponga que el torque de una fuerza “F” es cero, se cumplirá que: a) la fuerza F es cero b) esto no es posible
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a) está en equilibrio b) no está girando c) puede estar en equilibrio d) no está en equilibrio e) N.a. 37. Cuando aplicamos una fuerza para abrir una puerta, al girar esta se pone de manifiesto principalmente: a) la tensión b) la compresión c) el torque d) la tracción e) NA 38. Dos fuerzas tienen la particularidad de producir el mismo torque, entonces estas fuerzas: a) tienen el mismo brazo de palanca b) son de igual magnitud c) son paralelas d) pueden ser de diferente magnitud e) no existen 39. ¿Qué sucede con la placa homogénea y cuadrada de 100N? 50N
30N
c) 2200 N
32. Una viga homogénea es de 20hg. Determine la masa del bloque que mantiene a la viga horizontal y en equilibrio. 2m
F
20 2 N
a) giro (+) b) giro (-) c) no gira d) puede o no girar. e) faltan datos 40. Si sobre una viga empotrada en una pared aplicamos una fuerza de módulo constante y perpendicular a ella y cada vez nos alejamos del eje de giro, el torque: a) aumenta b) disminuye c) no varía d) no se puede determinar e) NA 41. Si la barra mostrada es de masa despreciable, y la masa del bloque "A" es de 15Kg, y mantiene a la barra en equilibrio horizontal, luego agregamos 5Kg al bloque “A”, el sistema: (g=10m/s2) L
4L
60kg B
a) sigue en equilibrio b) gira en sentido horario c) gira en sentido antihorario d) no se puede determinar nada. e) NA
A
