Universidad Nacional Abierta y a Distancia Vicerrectoría Académica Académica y de Investigación Ejercicios Asignados para desarrollar desarrollar el trabajo t rabajo colaborativo de la Unidad 3, correspondiente a las Tarea 4 del curso de Física General de la UNAD. 1. Descripción general del curso Escuela o Unidad Académica Nivel de formación Campo de Formación Nombre del curso Código del curso Tipo de curso Número de créditos
Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Profesional Formación interdisciplinar básica común Física General 100413 Habilitable Metodológico 3
Si
No X
2. Descripción de la actividad. Tarea 4- Trabajo Colaborativo 3. Unidad 3: TEOREMAS DE CONSERVACIÓN. Tipo de Individual X actividad: Momento de la Inicial evaluación: Peso evaluativo de la actividad:
Intermedia, X Final unidad: Entorno de entrega de actividad: Seguimiento y
75 puntos
evaluación del aprendizaje
Colaborativa
X
Número de semanas 4
Fecha de inicio de la actividad: Fecha de cierre de la actividad: miércoles, 28 de
jueves, 1 de de noviembre de 2018
noviembre de 2018 Competencia a desarrollar: El estudiante aplica correctamente los principios de conservación conservación de las leyes de la mecánica física como lo son el teorema de conservación de la energía mecánica, el principio de conservación del momento lineal e hidrostática, conservación en la cantidad de flujo y Ecuación de Bernoulli en la resolución de situaciones problema.
Temáticas a desarrollar. Unidad 3: Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones, teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal, hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli). NOTA: cada uno de los datos de los ejercicios han sido etiquetado como , donde el sub índice “n “n” puede variar entre 1 y 9, según la cantidad de datos que contenga cada ejercicio.
Ejercicios Asignados al estudiante No 1 Ejercicio-Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones. aplicaciones. Desde la parte más alta de la torre la torre pisa, se deja en caer una moneda de 10.0 gr que llega al suelo con una velocidad de d1 m/s m/s.. Víctor, estudiante de la UNAD y conocedor del teorema de
conservación conservación de la energía mecánica, aplica el teorema para determinar la altura de la torre. Con base en la anterior afirmación: A. determine la distancia en línea recta que la moneda recorre al dejarla caer (Línea punteada en la gráfica). B. Teniendo en cuenta que el grado de inclinación de la torre es de aproximadamente 4.00 grados (Ver la figura), ¿cuál es la longitud de la torre medida desde el suelo a la parte más alta de la misma?
Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. En el punto más alto de su trayectoria, t rayectoria, un proyectil de de masa que se está moviendo hacia la derecha explota de tal manera que se divide en dos fragmentos iguales. Inmediatamente después de la explosión uno de los fragmentos adquiere una rapidez de igual magnitud a la inicial (antes de la explosión) pero en sentido contrario. Teniendo en cuenta que la rapidez inicial del proyectil es de 2 / : A. Presente una gráfica que ilustre la situación antes y después de la explosión del proyectil. B. Determine la rapidez que tendría la otra mitad que continuo con la misma trayectoria que tenía el proyectil antes de la explosión. Ejercicio Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli). Si una enfermera enfermera aplica aplica presión en el bazo de de un niño con una fuerza de , con una jeringa de radio hipodérmica 2 , ¿cuál es la presión que siente el niño al momento de ser inyectado? A. Nota: cuando obtenga el resultado, analícelo, y determine el porqué del mismo. Es fundamental que sepa interpretar los valores y la escala de los mismos. Argumente su respuesta.
Ejercicios Asignados al estudiante No 2
Ejercicio-Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones. La montaña Ejercicio-Teorema rusa es una atracción mecánica que consiste en un circuito de rieles por el que circula uno o varios carros con personas personas a bordo. Una montaña rusa ideal ideal (donde se asume que la fricción fricción entre un carro de masa m y los rieles del circuito es despreciable) se utiliza para analizar los cambios de la rapidez del carro a medida que se mueve por el circuito de rieles. En un instante dado el carro está a una altura y se libera desde el punto A, tal cual lo muestra la figura; deslizándose deslizándose sobre la superficie hasta el punto B a una altura a ltura de 2 y posterior a ello hasta el punto C hasta una altura de 3 . Con base en la anterior información información:: A. Determine la velocidad con la que llega el carro de masa m al punto B. B. Determine la velocidad con la que llega el carro de masa m al punto C. C. Determine la altura entre de la trayectoria definida por los puntos A y B en la que el carro tiene una rapidez de 1.02 m/s
Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. La siguiente imagen muestra a un soldado con un fusil de asalto que usa como dispositivo de entrenamiento. El arma lanza ráfagas de 30.0 balas por segundo a una velocidad de /. Si cada una de las balas tiene una masa de 2 y la masa masa del soldado es de 3 . Con base en la anterior información, determine la velocidad con la que se mueve el soldado, si está parado en una superficie sin fricción.
Ejercicio Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli). Se desea implementar un sistema de riego en un invernadero en las afueras de la ciudad. El sistema está conformado por una bomba que suministra agua a una
velocidad de d1 m/s m/s por por una tubería de d2 cm cm de de diámetro; esta tubería está conectada a otro tubo que alimenta un conjunto de aspersores, que hacen el riego sobre las flore (Por tanto, la tubería desde la motobomba hasta los aspersores tiene 2 diámetros diferentes). Con base en la anterior información, información, determine la velocidad de salida del agua que humedece las flores, si el diámetro por donde sale el agua en los aspersores es la mitad del diámetro de la tubería que está conectada a la bomba.
Ejercicios Asignados al estudiante No 3 Ejercicio-Teorema de la conservació Ejercicio-Teorema conservación n de la energía mecánica y sus aplicaciones. aplicaciones. Una Una partícula de masa está unida a un resorte de amplitud 2 (Máxima elongación). La partícula oscila sobre una superficie horizontal lisa de tal manera que cuando su estiramiento es de 3 , su velocidad de 4 / está en dirección +X, tal y como se muestra en la figura.
Con base en la anterior información, determine el valor de la constante k de elasticidad del resorte Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. Un proyectil de masa es disparado contra un costal lleno de arena que tiene una masa de 2 , el cual fue puesto sobre una superficie sin fricción con el propósito de ser arrastrado gracias al impacto de la bala. Si la velocidad del proyectil es de 3 / entonces, determine la velocidad del costal después del impacto del proyectil si este se queda incrustado en el costal.
Ejercicio Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli). Halle la fuerza necesaria necesaria que se debe debe aplicar al embolo embolo menor de una prensa hidráulica para levantar una carga de si la relación de las áreas es de 2/ 2 (a/A).
Ejercicios Asignados al estudiante No 4 Ejercicio-Teorema de la conservación de la energía mecánica y sus aplicaciones. En una de las pruebas de “súper “ súper humanos”, humanos”, el participante debe subir una pelota de masa d1kg por una rampla (izquierda de la figura) a cierta altura para dejarla caer. En la base de la rampla hay otra pelota de masa d2 kg que, al ser impactada (elásticamente sin pérdida de energía cinética) por la masa que se desliza, saldrá impulsada ascendiendo por la otra rampla (Derecha de la figura) en cuya parte alta d alta d 3 m hay un sensor de movimiento que al tocarse enciende el timbre que indica el paso de la pelota y, por ende, la superación de la prueba. Suponiendo qué sobre las superficies de las dos ramplas, la fricción es mínima y con base en la anterior información: información:
A. Determine el valor de la energía potencial que la pelota alcanza al tocar el sensor.
A. Determine el valor de la rapidez con la que debe iniciar el ascenso la pelota 2, asumiendo qué en el momento en la pelota llega al sensor, su velocidad es cero. Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. En un partido de fútbol, un jugador golpea la pelota, de d1 gr gr,, hacia el arco, dirigiéndose horizontalmente, horizontalmente, chocando con el travesaño inferior derecho. Inicialmente la pelota se mueve con una velocidad de d2 km/h km/h y y rebota con una velocidad de d3 km/h km/h.. Con base en la anterior información: A. Calcule el impulso de la fuerza neta sobre la pelota durante el choque con el arco. A. Determine la fuerza media me dia sí el tiempo de contacto contact o entre la pelota y el arco es de 0.001 s. Ejercicio Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli). Mónica Bernoulli). Mónica tiene un celular que puede sumergirse en el agua y que soporta como máximo de agua sobre él antes de dañarse. Mónica al introducirse en una piscina de 2 de profundidad deja caer su celular hasta el fondo de la misma. Si el área de la pantalla de su equipo es de 3 2 : A. Determine la cantidad de masa que tiene encima el celular y B. la presión que soporta. ¿Lograra el celular quedar en buen estado después que se saque del fondo de la piscina?
Ejercicios Asignados al estudiante No 5 Ejercicio-Teorema de la conservació Ejercicio-Teorema conservación n de la energía mecánica y sus aplicaciones. Una bola de d1 kg kg se se dispara desde un cañón ubicado en terreno llano, con rapidez inicial de d2 m/s m/s a a un ángulo de d3° con la horizontal (despreciar el tamaño del arma). Con base en la anterior información Aplicando la teoría cinemática del tiro parabólico, determine la rapidez de la bola en el punto de altura máxima de la trayectoria parabólica que describe. B. Aplicando la conservación de la energía mecánica, determine el valor de la altura máxima que alcanza la bola sobre el terreno. C. Aplicando de nuevo la conservación de la energía mecánica, determine la rapidez con que la bola regresa al nivel del terreno. A partir de los resultados obtenidos establezca dos conclusiones con respecto a la velocidad de con la que el cañón sale y la velocidad con la que impacta el suelo. A.
Ejercicio Teorema de conservación de la cantidad de movimiento o momento lineal. En un partido de hockey sobre hielo, uno de los deportistas golpea el disco (Inicialmente en reposo) cuya masa es de d1 kg kg de de tal manera que imprime una velocidad de (2 ̂ , , −3 ̂ ) /. Si la masa del palo de hockey es 650 gr y la velocidad inicial es 1.10 m/s ̂ : : A. Determine la magnitud y dirección de la cantidad de movimiento del disco, después del impacto. B. Determine las componentes, magnitud y dirección de la cantidad de movimiento del palo de Hockey después del impacto. Ejercicio Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli). Por una tubería tubería horizontal, circula circula agua de mar, mar, como parte de de un proyecto de investigación, desarrollado desarrollado por uno de los grupos de física de la UNAD. La tubería inicialmente tiene un diámetro de d1 cm (v1) y se estrecha hasta tener un diámetro de d2 cm (v2). Uno de los objetivos del proyecto, consiste en determinar el caudal volumétrico del agua de mar. Cuando el agua de mar fluye por la tubería, la presión manométrica en las dos secciones son de P 1 kPa (v3) y P2 kPa (v4) respectivamente. Con base en esta información, determine el valor del caudal volumétrico o gasto del agua de mar.
Ejercicio Colaborativo: Hidrostática y conservación en la cantidad de flujo (Ecuación de continuidad y Ecuación de Bernoulli) El manómetro de tubo en U, es un instrumento que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. En el dispositivo se aplica el principio de Pascal para determinar los valores de la presión. En la figura se presenta un manómetro que contiene dos fluidos de densidades diferentes y se requiere encontrar la diferencia entre los niveles de los dos fluidos:
De acuerdo con la figura, el tubo en forma de U contiene Agua. Después en el brazo izquierdo del tubo se introduce d1 cm cm de de alcohol etílico:
A. B. C.
Determine la diferencia de altura de los dos fluidos dentro del tubo tipo “U”. Tenga en cuenta que los dos extremos del tubo está abiertos a la intemperie. Repita el ejercicio cambiando el tipo de fluido del alcohol etílico por mercurio Hg. Que sucede si la densidad de un nuevo liquido es mayor que la densidad del agua.
