Unidad Integradora Fisica Cap.4

PROFESOR: LUIS ANGEL ALCALÁ MEDINA

UANL, ESCUELA PREPARATORIA # 7 FÍSICA 2, UNIDAD INTEGRADORA, CAPÍTULO 4 TRABAJO Y POTENCIA 1.- La fuerza y el desplazamiento son cantidades vectoriales y tomando en cuenta el producto punto (.), el trabajo es una cantidad escalar. 2.- El trabajo puede ser cero tomando en cuenta los siguientes casos: (a) Si la fuerza es igual a cero F = 0 (b) Si el desplazamiento es igual a cero s = 0 (c) Si la fuerza es perpendicular a la dirección del movimiento, lo que significa que c o s

9 0° = 0

3.- El trabajo puede ser positivo o negativo, dependiendo del ángulo entre F y y s y del módulo de la velocidad: (a) Trabajo positivo: Si 0° . Esto implica que la componente horizontal de la fuerza está en la misma  dirección y sentido que el desplazamiento, por lo tanto, el módulo de la velocidad aumenta. (b) Trabajo negativo: Si . Esto implica que la componente horizontal de la fuerza está en la misma dirección y sentido contrario que el desplazamiento, desplazamiento, por lo tanto, el módulo de la velocidad disminuye. 4.-

– f k s .

5.- Si varias fuerzas fuerzas actúan sobre un objeto, puede calcular el trabajo realizado por cada fuerza en en forma individual. El trabajo neto aplicado sobre un objeto es la suma algebraica de las contribuciones individuales. Con este método obtendrá el mismo resultado que si calculara primero la fuerza neta y luego determinara el trabajo a partir de ella. AUTOEVALUACIÓN TRABAJO 1. Es el producto producto de la fuerza para la distancia a lo largo de de la cual actúa la fuerza. fuerza. a) potencia b) energía cinética c) trabajo d) energía potencial 2.

Son unidades con las que se mide el trabajo en el SI. a) dina . cm b) kg . m c) N m d) N . m 2

3.

La expresión matemática del trabajo es: a) mg b) F.s.cos  c) d)

1

2

mv 2

W t

1


2

4. Cuando la fuerza aplicada sobre el objeto y el desplazamiento realizado por éste están en la misma dirección y sentido, al trabajo desarrollado se le podría considerar: a) positivo b) negativo c) cero d) indeterminado 5.

Cuando la fuerza aplicada sobre el objeto y el desplazamiento realizado por éste están en la misma dirección, pero en sentido contrario, al trabajo desarrollado se le podría considerar: a) positivo b) negativo c) cero d) indeterminado

6.

El trabajo es una cantidad física. a) vectorial b) escalar c) unidimensional d) fundamental

7.

De las siguientes aseveraciones la correcta es: a) el trabajo y la energía se miden en diferentes unidades. b) el trabajo es una cantidad vectorial. c) a la dina-cm se le conoce con el nombre de joule. d) el joule es una unidad física derivada.

8.

Para efectuar trabajo, la fuerza que lo produce tiene que ser: a) eléctrica b) nuclear c) mecánica d) cualquier tipo de fuerza9. En las siguientes figuras se muestra a un mismo objeto (que pesa 20 N) sobre el que actúa una fuerza F de I5 N. Si se desprecia la fricción. La figura en la cual se representa el caso en el que se realizaría un m e n o r trabajo horizontal es:

10.

Tomando como referencia las figuras de la pregunta 10, ¿cuál de ellas es la que representa el caso en el que se realiza el m a y o r trabajo?


11.

De los siguientes enunciados el correcto es: a) al empujar una persona a una pared de su casa con mucha fuerza y durante cierto tiempo, realiza trabajo. b) si una persona en reposo, sostiene con sus manos a un pesado objeto durante cierto tiempo, realiza trabajo c) si una persona empuja una carreola para bebé y la mueve cierta distancia sobre el suelo, realiza trabajo. d) si una persona sosteniendo en sus manos a un objeto, camina a velocidad constante por una superficie horizontal, realiza trabajo.

12.

Un objeto que pesa 10N es llevado hasta una altura de 3 m. de cuatro diferentes maneras, aquélla con la cual se realiza un menor trabajo al elevarlo es: a) utilizando una escalera b) utilizando un sistema de poleas c) utilizando una rampa (plano inclinado) d) en todas se realiza el mismo trabajo

13.

Tres personas compiten subiendo cada una a un objeto (que pesa lo mismo para todos) hasta la misma altura pro una rampa inclinada; si A lo hace en 20 segundos, B en 26 y C en 18, la que realizó una mayor cantidad de trabajo fue: a) B b) C c) A d) Todas realizaron el mismo trabajo

14.

De los siguientes enunciados el verdadero es: a) si un objeto aumenta la magnitud de su velocidad, se realizó trabajo sobre él. b) un objeto que cae libremente al suelo, realizó trabajo sobre sí mismo. c) la fuerza de gravedad es la que “trabaja” cuando un automóvil es frenado en una calle. d) Cuando un auto disminuye su velocidad, no se realiza ningún trabajo sobre él.

15.

16.

POTENCIA Al trabajo realizado en la unidad de tiempo, o a la rapidez con que se realiza trabajo, se le conoce como: a) energía potencial b) energía cinética c) energía mecánica d) potencia A la unidad J/s se le denomina: a) watt b) erg c) newton d) dina

3


17.

¿Cuál es la unidad de potencia en el SI? a) joule b) erg c) watt d) c.v.

18.

La máquina A se levanta un peso de 2,000 N hasta una altura de 2 m en 30 segundos, la máquina B hace lo mismo que A, pero en 20 segundos. En función de lo anterior se puede decir que: a) A realiza más trabajo que B b) B realiza más trabajo que A c) A desarrolla más potencia que B d) B desarrolla más potencia que A

19.

Es la expresión matemática de la potencia: a) w . h b) mgh c) F . s . cos  d)

20.

W t

Un joven (A) sube una escalera en 15 segundos, otro joven (B) con igual masa que A, sube la misma escalera en 12 segundos. ¿Cuál de los siguientes enunciados es correcto? a) A desarrolla mayor potencia que B b) B realiza mayor trabajo que A c) los dos realizan el mismo trabajo d) A realiza mayor trabajo que B

RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS 1. Una fuerza de 8 Newton actúa horizontalmente sobre un cuerpo a lo largo de una distancia de 10 metros, en dirección y sentido de la fuerza. Determina el trabajo neto.

W =80J

4


2.- Un bloque de 17 kilogramos es empujado 14 metros a lo largo de una superficie horizontal por una fuerza constante de 340 N. Si el coeficiente de fricción cinética es de μ k = 0.25, ¿cuál es el trabajo de la fuerza resultante sobre el bloque?

W =4176.9 J

3.- Una fuerza de 95 Newton actúa sobre un cuerpo mediante una cuerda que forma un ángulo de 28° con la horizontal y lo desplaza horizontalmente 6 metros. ¿Cuánto trabajo desarrolla la fuerza al tirar del objeto?

W = 503.2 J

4. - Un bloque de 24 kilogramos es empujado por una fuerza de 240 newton que hace un ángulo de 37 ° con la horizontal. Si el desplazamiento del bloque es de 8 metros y el coeficiente de fricción entre el cuerpo y el suelo es de μ k = 0.30, calcula el trabajo de la fuerza resultante sobre el bloque

W = 1315.54 J

5 .- Un objeto de 14 kilogramos se empuja hacia arriba sobre una rampa sin fricción que tiene una ángulo de 30° con la horizontal. Si se aplica una fuerza de 85 Newton paralela a la rampa. ¿Cuánto trabajo realiza la fuerza resultante si la rampa tiene una longitud de 8 metros?

a) W = 131.2 J

5


6.- Una caja de 65 kilogramos se empuja hacia arriba mediante una fuerza de 900 Newton por un plano inclinado a 35° con la horizontal y de 3.2 metros de alto. Si el coeficiente de fricción cinética es de 0.25, calcula el trabajo que efectúa la fuerza resultante sobre la caja

(a) W=2255 J

7.- Un objeto de 6 kilogramos se eleva a una altura de 15 metros en un tiempo de 8 segundos. a) ¿Cuál es el trabajo realizado sobre el objeto? b) ¿Cuál es la potencia desarrollada? a) W = 882 J b) P = 110.25 Watt

8.-Una mujer de 55 kg escala una montaña, encontrándose a una altura de 28.5 metros por encima de su punto de partida después de 30 minutos. ¿Cuánto trabajo realizó la mujer? ¿Qué potencia desarrolló?

W = 15361.5 J P = 8.53 Watt

6


9.- Un motor tiene una potencia de salida de 3.5 Hp. ¿Cuánto trabajo puede hacer el motor en 15 minutos?

W = 2349900 J

10.- Un motor eléctrico desarrolla una potencia de 75kW para subir un ascensor cargado una distancia de 19 metros en 27 segundos. ¿Cuánta fuerza ejerce el motor? F = 106578.94 N

ENERGÍA

Que no se te olvide que:

La energía representa la capacidad de un cuerpo para realizar un trabajo. Que no se te olvide que:

La energía mecánica, es la que posee un cuerpo cuando en virtud de su movimiento o posición, es capaz de realizar un trabajo. Que no se te olvide que:

La energía mecánica (E) se divide en energía cinética (Ek) y energía potencial (Ep). Que no se te olvide que:

La energía cinética es la que posee un cuerpo al estar en movimiento. Que no se te olvide que:

El trabajo realizado por la fuerza resultante que actúa sobre un objeto, es igual al cambio en la energía cinética del mv f 2 mvo2 objeto. W  k  Fd   2

2

Que no se te olvide que:

La energía potencial es la que posee un cuerpo en virtud de su posición, en un determinado campo de fuerza, que actúa sobre él. Que no se te olvide que:

Se le llama energía potencial gravitatoria debido a la atracción que la Tierra ejerce sobre un cuerpo. Que no se te olvide que:

Sistema conservativo, es aquel en el cual la energía mecánica se conserva y a las fuerzas que actúan sobre él se les llama fuerzas conservativas, como es el caso de la fuerza gravitacional.

7


1.

AUTOEVALUACIÓN Es la capacidad de un cuerpo o sistema para realizar trabajo: a) trabajo b) energía c) potencia d) impulso

2.

Un objeto puede poseer: a) fuerza b) trabajo c) potencia d) energía

3.

La energía se mide con las mismas unidades en las que se mide: a) la potencia b) la velocidad c) la aceleración d) el trabajo

4.

La unidad para medir la energía en el S.I. es: a) N b) N/m2 c) N . m d) N . s

5.

A la unidad tratada en la pregunta anterior se le denomina: a) watt b) pascal c) erg d) joule

ENERGÍA CINÉTICA 6.

Es la energía de movimiento: a) potencial b) estática c) cinética d) química

7. .La energía cinética de un cuerpo está relacionada con su: a) posición b) carga eléctrica c) temperatura d) movimiento

8


8.

Una persona tendría mayor energía cinética al estar: a) empujando una pared b) caminando por una calle c) flotando en una alberca d) corriendo por un calle

9.

Los objetos A y B se desplazan a la misma velocidad; si A tiene el doble de masa que B, la energía cinética de A es: a) 4 veces mayor que la de B b) 4 veces menor que la de B c) 2 veces mayor que la de B d) 2 veces menor que la de B

10.

Si dos cuerpos tienen la misma energía cinética, esto significaría que: a) los dos tienen la misma masa b) los dos tienen la misma velocidad c) el producto mgh, en ambos tiene el mismo valor d) el producto ½ m 2, en ambos tiene el mismo valor

11.

Los objetos A y B tienen la misma masa; si la velocidad de A fuera 2 veces mayor que la de B, la energía cinética de A sería: a) 4 veces mayor que la de B b) 2 veces mayor que la de B c) 4 veces menor que la de B d) 2 veces menor que la de B

12.

De los siguientes enunciados el correcto es: a) un cuerpo de 1 kg moviéndose a razón de 1 m/s, posee una energía cinética de 1 J b) un cuerpo que se desplace a cierta velocidad en la Cd. de México, D.F. y otro con la misma masa y velocidad que el primero, lo hiciese en una playa, tendrían diferente energía cinética c) al caer un cuerpo libremente su energía cinética va disminuyendo d) la energía cinética que pueda tener un cuerpo ca yendo libremente depende del valor de “g” (aceleración debida a la gravedad)

13.- Dos esferas con igual masa se colocan a la misma altura con respecto al suelo, una de ellas en la luna y la otra en la tierra. La energía cinética entre estados dos esferas al llegara a su superficie correspondiente sería: a) mayor la colocada en la luna b) mayor la colocada en la tierra c) igual en ambas d) se requiere conocer la velocidad de la caída de ambas

9


14.

ENERGÍA POTENCIAL A la energía que posee un cuerpo debido a su posición con respecto a otros cuerpos se le llama: a) cinética b) calorífica c) potencial gravitacional d) química

15.

Es la expresión matemática de la energía potencial gravitacional: a) m . g b) ½ m 2 c) m . g . cos  d) w . h

16.

La energía potencial es una cantidad física: a) fundamental b) escalar c) unidimensional d) vectorial

17.

La energía potencial gravitacional de un cuerpo está relacionada con su: a) movimiento b) carga eléctrica c) temperatura d) posición

18.

Con respecto al nivel de la calle, una persona que estuviese en su casa tendría mayor energía potencial gravitacional al estar: a) moviéndose en la sala a razón de 1.2 m/s b) moviéndose en el 2º piso a razón de 1.0 m/s c) en reposo, en el 2º piso d) en reposo, en la azotea

19.- El cuerpo A tiene dos veces más masa que el cuerpo B, se les desea colocar de tal manera que ambos posean la misma energía potencial gravitacional con respecto al suelo; para lograr lo anterior el cuerpo A se debe colocar: a) a la misma altura que B b) a dos veces más altura que B c) a ½ de la altura de B d) a tres veces más altura que B 20.- Si dos cuerpos tienen la misma energía potencial gravitacional con respecto al suelo, significaría que: a) los dos tienen la misma masa b) los dos están colocados a la misma altura c) los dos tienen el mismo peso d) el producto w.h, en ambos tiene e l mismo valor

10


21.

De los siguientes enunciados el correcto es: a) la energía potencial se mide en watt b) un cuerpo de 1 kg colocado a 1 m sobre el nivel del suelo, posee una Ep gravitacional con respecto a éste de 1 J c) con respecto al nivel del mar, un auto en México, D.F. tiene menor energía potencial gravitacional que en Monterrey, N.L. d) un objeto tiene la misma energía potencial gravitacional estando en reposo en una superficie horizontal, que moviéndose en ella.

22.

Un objeto de 10 kg colocado a 1 m de altura del suelo, con respecto a éste posee una energía potencial gravitacional de: a) 980 J b) 100 J c) 10 J d) 98 J

23.- Dos esferas con igual masa se colocan a la misma altura con respecto al suelo, una de ellas en la luna y la otra en la tierra. La energía potencial gravitacional relativa e ntre estados dos esferas sería: a) es igual en ambas b) es mayor en la esfera colocada en la luna c) es mayor en la esfera colocada en la tierra d) se requiere conocer m y h para contestar CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA 24.

De las siguientes afirmaciones la correcta es: a) al (N) (m) se le llama erg b) la energía potencial y el trabajo se miden en unidades diferentes c) la energía potencial es una cantidad vectorial d) la energía mecánica que posee un cuerpo es la suma de su energía potencial gravitacional y cinética

25.- Un objeto de masa “m” colocado a 8 m de altura posee una energía potencial gravitacional “U”. Se deja caer y al llevar recorridos 4 m posee una energía cinética “K”. Si despreciamos la fricción con el aire, la relación existente entre

estas energías sería: a) U = K b) U = ½ K c) K = 2 U d) U = 2 K 26.

Un objeto de masa “m” colocado a 12 metros de altura posee una energía potencial “U”. Se le deja caer y al llevar recorridos 8 metros posee una energía cinética “K”

a) K =

2

b) K =

1

3

U

3

U

c) K = 3 U d) K = 1.5 U

11


27.- Al dejar deslizar a un trineo desde lo alto de una rampa inclinada, el trineo llega a la base de la rampa con una velocidad de 6 m/s. Si entre el trineo y la rampa, ahora no existiese fracción alguna, el objeto llegaría a la base de la rampa con una velocidad: a) menor a 6 m/s b) igual a 6 m/s c) mayor a 6 m/s d) igual a 9.8 m/s 28.

Un ladrillo colocado a cierta altura sobre el suelo posee una energía potencial con respecto a éste de 40 J. Si se desprecia la fricción con el aire y el ladrillo se deja caer: a) su energía cinética a la mitad del recorrido es de 40 J b) su energía potencial al final del recorrido es de 40 J c) su energía cinética al iniciar el recorrido es de 40 J d) su energía mecánica a la mitad del recorrido es de 40 J

29.

Si se desprecia la fricción con el aire, al lanzar una moneda hacia arriba, su energía mecánica: a) disminuiría al ir subiendo b) sería cero en el punto más alto c) aumentaría al ir cayendo d) sería la misma en todo el recorrido

RESUELVE LOS SIGUIENTES PROBLEMAS 1.- Un automóvil de 1150 Kg viaja a una velocidad constante de 85 km/hr. ¿Cuál es su energía cinética? Ek = 320553.62 J

2.- Una fuerza neta constante de 85 N actúa sobre un objeto inicialmente en reposo a través de una distancia de 15 m. ¿Cuál es la energía cinética final del objeto? Si el objeto tiene una masa de 2 kg, ¿cuál es su rapidez final?

Ek = 1275 J v = 35.7 m/s 3.- Un vagón de 25 Kg se mueve por un corredor horizontal con una velocidad de 8.5 m/s. Una fuerza constante de 12 N, contraria al desplazamiento, actúa sobre el vagón y su velocidad se reduce a 2.7 m/s. a) ¿Cuál es el cambio de la energía cinética del vagón? b) ¿Qué trabajo se realizó sobre el vagón? c) ¿Qué distancia avanzó el vagón mientras actuó l a fuerza?

ΔEk =- 812 J

W = -812 J

12


4. El conductor de un automóvil de 1200 kilogramos observa que la velocidad de su coche disminuye de 25 m/s a 10 m/s mientras recorre una distancia de 150 metros sobre suelo nivelado. ¿De qué magnitud es la fuerza que se opone al movimiento del coche? F = -2100 N

5.- ¿Cuánta energía potencial gana Juan cuando asciende 8 m por una cuerda, si su masa es de 65 kg? Ep = 5096 J

6.- Un levantador de pesas levanta 180 kg hasta una altura de 1.95 m. ¿Cuál es el incremento de energía potencial en la barra? Ep = 3439.8 J

Para el análisis y solución de los siguientes problemas, se sugiere utilizar consideraciones energéticas.

7.- Un objeto con u na masa de 8.5 kg, ca e desde una altura de 14 metros, calcular:

a) La energía cinética al chocar contra el piso b) La velocidad con que llega al piso c) ¿Cuál es su energía cinética y su energía potencial si ha descendido 5 metros? a) Ek= 1166.2 J

b) v = 16.56 m/s

c) Ek = 416.5 J

(d) E p = 749.7 J

8.- Una pelota de 0.2 kilogramos cae frente a una ventana de longitud vertical de 1.7 metros. (a) ¿En qué cantidad se incrementa la energía cinética de la pelota cuando alcance el nivel inferior de la ventana? (b) Si su rapidez era de 5m/s en la parte superior de la ve ntana, ¿cuál s erá la rapi dez al p asar por la parte inferior? a) Ek = 3.332 J b) v= 7.63 m/s

9.- Un cohete de prueba de 15 kg se lanza verticalmente con una velocidad de 22 m/s, ¿cuál será la altura máxima que alcance? max = 24.69 m

13


10.- Un proyectil de 5 kg de masa es lanzado verticalmente hacia arriba con velocidad inicial de 60 m/s, ¿qué energía cinética posee a los 3 s? y ¿qué energía potencial al alcanzar la altura máxima? Ek = 2340.9 J

Ep = 9000 J

11.- Un proyectil de 0.003 kg atraviesa una pared de 20 cm de espesor, si llega a ella con una velocidad de 600 m/s y reaparece por el otro lado con una velocidad de 400 m/s, ¿cuál es la resistencia que ofreció el muro? F =-1500 N

12.- Un cuerpo de 2.45 kg de masa que se encuentra en reposo se desliza sin rozamiento por un plano inclinado 24º con la horizontal y 2 m de altura, determinar: a) La distancia recorrida por el cuerpo en 1.5 s. a) d = 4.47 m b) La energía cinética adquirida en ese lapso. b) Ek = 43.7 J

13.-Un automóvil de 1000 kilogramos se mueve por la aceleración de la gravedad desde el reposo bajando por una carretera de 45 metros de largo que está inclinada 25° con la horizontal. ¿Qué velocidad tiene el coche el final del camino si: (a) la fricción es despreciable, y (b) cuando el coeficiente de fricción cinética es de 0.30 a) v = 19.3 m/s

b) v = 11.52 m/s

14.- Considérese un péndulo simple que tiene una longitud de 0.75 m y una esfera cuya masa es de 0.15 kg. La esfera se libera desde un ángulo de 22º en relación con la vertical. Encuentra la velocidad en el punto más bajo de su trayectoria. v = 1.03 m/s

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Unidad Integradora Fisica Cap.4

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