UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER FISICA MECANICA
Taller 3 TALLER SOBRE LEYES DE NEWTON 1.- Una bala de un rifle calibre 22 que viaja a 350 m/s golpea a un bloque de madera penetrando a una profundidad de 0.130 m. El bloque está fijo en su lugar y no se mueve. La masa de la bala es de 1.80 gr. Suponga una fuerza de retardo constante. A)¿ Cuánto tarda la bala en detenerse? B) ¿Qué fuerza en Newtons ejerce la madera sobre la bala? 2.- Dos caballos tiran horizontalmente de cuerdas atadas al tronco de un árbol. Las fuerzas que se aplican son tales que la resultante
R
tiene magnitud igual a la de
F1 y
F1 y F2
está a 90° de F1. Si F1
=1300 N y R= 1300 N. Calcule la magnitud de F2 y su dirección (relativa a F1). 3.- Las máquinas de un buque tanquero de petróleo petróleo se averiaron y el viento está empujando a la nave con rapidez constante de 1.5 m/s hacia un arrecife. Cuando el barco está a 500 m del arrecife, el viento cesa y el maquinista logra poner en marcha las máquinas. El timón está trancado, asi que la única opción es acelerar hacia atrás. La masa del buque y su carga es de 3.6 x 107 Kgs y las máquinas producen una fuerza horizontal neta de 8.0 x 104 N. ¿Chocará el barco con el arrecife? Si lo hace, ¿se derramará el petróleo? El casco puede resistir impactos a 0.2 m/s o menos. Puede despreciarse la fuerza que ejerce el agua sobre el casco de la nave
4.-Imagine que, a fin de estudiar los daños en los aviones que chocan con aves, diseña un cañón para acelerar objetos del tamaño de un pollo de modo que su desplazamiento en el cañ+on esté
9000 ² − 8000 80000 0 ³. ³. El objeto sale del cañón en t= 0,025 s. A) ¿Qué longitud debe dado por = 9000 tener el cañón? B) ¿Con qué rapidez salen los objetos objetos del cañón? C) ¿Qué ¿Qué fuerza neta debe debe ejercerse sobre un objeto de 1.5 kg en: t=0?, t=0,025 s? 5.- Una nave espacial desciende verticalmente cerca de la superficie del planeta X. Un empuje hacia arriba de 25 kN, producido por los motores, la frena a razón de 1.2 m/s² , pero la nave aumenta su rapidez a razón de 0.8 m/s² si el empuje es de 10 kN. A) en cada caso: ¿qué dirección tiene la aceleración de la nave? B) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la nave. En cada caso: aumentando o disminuyendo su rapidez, ¿qué dirección tiene la fuerza neta sobre la nave? C)
Aplicando la segunda ley de Newton , en cada caso averigue el peso de la nave cerca de la superficie del planeta X. 6.- Un cable uniforme de peso w cuelga hacia abajo, sostenido en su extremo superior por una fuerza hacia arriba de magnitud w. ¿Qué tensión hay en el cable A) en el extremo superior? B) en el inferior? C) en medio? La respuesta debe estar sustentada por un diagrama de cuerpo libre. D) Grafique la tensión de la cuerda en función de la distancia de su extremo superior. 7.- Los dos bloques de la figura están unidos por una cuerda gruesa uniforme de 4.0 kg. Se aplica una fuerza de 200 N hacia arriba. A) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para el bloque de 6.0 kg y otro para el de 5.0 kg. Para cada fuerza indique que cuerpo la ejerce. B) ¿Qué aceleración tiene el sistema? C) Qué tensión hay en la parte superior de la cuerda? D) ¿En la parte media?
8.- Dos cajas, una de 4.0 kg y la otra de 6.0 kg, descansan en la superficie horizontal sin fricción de un estanque congelado, unidas por una cuerda ligera. Una mujer aplica una fuerza horizontal F a la caja de 6.0 kg y le imparte una aceleración de 2.5 m/s² A) ¿Qué aceleración tiene la caja de 4.0 kg? B) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la caja de 4.0 kg y calcule la tensión para la cuerda que une las dos cajas. C) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la caja de de 6.0 kg ¿Qué dirección tiene la fuerza neta sobre esa caja? ¿Cual tiene mayor magnitud, la tensión o la fuerza F?.
9.- Un cuadro colgado en una pared pende de dos alambres sujetos en sus esquinas superiores. Si los alambres forman el mismo ángulo con la vertical, ¿cuánto medirá el ángulo si la tensión en los alambres es igual a 0.75 del peso del cuadro? No hay fricción con la pared. 10.- Calcule la tensión de cada cordel si el peso de la figura en cada uno es w
11.- En cierto punto del camino entre su casa y la escuela, su auto de masa 1600 kg, avanza sin motor (en neutro) con rapidez constante de 72 km/hr si no hay viento. Un mapa topográfico indica que en este tramo de camino recto la altitud se reduce 200m por cada 6000 m de camino. ¿Qué fuerza de resistencia total (fricción más resistencia del aire) actúa sobre el auto cuando viaja a esa velocidad? 12.- Un hombre empuja un piano de 180 kg para que viaje deslizándose con velocidad constante por una rampa inclinada 11.0° sobre la horizontal. Calcule la magnitud de la fuerza aplicada paralela a la rampa sin considerar fricción. 13.- Un estudiante de física de 550N se para en una báscula dentro de un elevador. Al comenzar a moverse el elevador, la báscula marca 450 N. A) detremine la aaceleración del elevador (magnitud
y dirección). B) Repita con una lectura de 670 N. C) si la lectura es cero, ¿se debe preocupar el estudiante? Explique. 14.- Un trabajador de bodega empuja una caja de 11.2 kg en una superficie horizontal con rapidez constante de 3.5 m/s. El coeficiente de frición cinética entre la caja y la superficie es de 0.20. A) ¿Qué fuerza horizontal debe aplicar el tarbabajador para mantener el movimiento? B) Si se elimina esa fuerza ¿Qué distancia se desliza la caja antes de detenerse? 15.- El “columpio gigante” de una feria consiste en un eje vertical central con varios brazos horizontales en su extremo superior (ver figura). Cada brazo sostiene un asiente suspendido de un cable de 5.0 m sujeto al brazo en un punto a 3.0 m del eje central. A) Calcule el tiempo de una revolución del columpio si el cable forma un ángulo de 30.0° con la vertical. B) ¿El ángulo depende del peso del pasajero para una rapidez de giro dada?
16.- Los aviones experimentan una fuerza de sustentación (debida al aire) perpendicular al plano de las alas y a la dirección del vuelo. Un avión pequeño vuela a 240 km/hr constante. ¿A que ángulo con la horizontal deben inclinarse las alas para ejecutar un giro del este al norte con radio de giro de 1200 m? 17:- Un botón pequeño colocado en la plataforma giratoria horizontal de 0.320 m de diámetro gira junto con la plataforma cuando esta gira a 40 rpm, siempre que el botón no esté a mas de 0.150 m del eje. A) ¿Qué coeficiente de fricción estática hay entre el botón y la plataforma? B) ¿Qué distancia del eje puede estar el botón, sin resbalar, si la plataforma gira a 60.0 rpm? 18.- El bloque A de la figura pesa 1.20 N y el B 3.60 N. El coeficiente de fricción cinética entre todas las superficies es de 0.300. Determine la magnitud de la fuerza horizontal F necesaria para arrastrar el bloque B a la izquierda con rapidez constante: A) si A descansa sobre B y se mueve con é? B) si no se mueve.
19.-Una persona de 72 kg está parada sobre una báscula en un elevador de un rascacielos. El elevador parte del reposo y asciende con una rapidez que varía con el tiempo según:
() = 3.0 + 0.20 ². En t= 4.0 s, ¿Qué marca la báscula?
