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FÍSICA I
PROBLEMAS DE FRICCIÓN
1. Se aplica una fuerza de 40 N durante 5 segundos
sobre un bloque de 90 N para desplazarlo sobre una
superficie horizontal, con un coeficiente de fricción
dinámico de 0.27.
a) Calcula la aceleración del bloque.
b) La velocidad que llevara a los 5 segundos, y
c) La distancia que recorre el bloque al cabo de los
5 segundos.
2. Una motocicleta cuyo peso es de 1,800 N, se mueve
a una velocidad de 60 km/hr. Al aplicar los frenos se
detiene a una distancia de 25 m. Calcula la fuerza
de fricción promedio que la detiene.
3. Se aplica una fuerza de 120 N, formando un ángulo
de 30º con la horizontal sobre un bloque de 220 N.
Si el bloque adquiere una aceleración de 2 m/s 2,
calcula el coeficiente de fricción dinámico.
4. Un bloque de 50 N se desliza sobre una tabla
existiendo un coeficiente de fricción dinámica de 0.3.
Calcula, cual debe ser la fuerza que se debe aplicar
al bloque para que se mueva con una velocidad
constante si:
a) La tabla se encuentra sobre una superficie
horizontal.
b) La tabla forma un ángulo de 30º respecto al
plano horizontal.
5. Un bloque de madera de 20 N es jalado con una
fuerza máxima estática de 12 N, al tratar de
deslizarlo sobre una superficie horizontal de madera.
¿Cuál es el coeficiente de fricción estático entre las
dos superficies?
6. Se aplica una fuerza de 85 N sobre un cuerpo, para
deslizarlo a velocidad constante sobre una superficie
horizontal. Si la masa del cuerpo es de 21.7 kg.
¿Cuál es el coeficiente de fricción dinámico?
7. Determina el valor de la fuerza necesaria para
mover un bloque de 30 N a velocidad constante
sobre una superficie horizontal, si el coeficiente de
fricción dinámico es de 0.5, di qué aceleración
adquirirá el bloque si se le aplica el doble de la
fuerza calculada.
8. Calcular la fuerza que se debe aplicar, para deslizar
un bloque de 200 N con velocidad constante, sobre
una superficie con coeficiente de fricción igual a 0.4,
al presentarse las siguientes situaciones:
a) Se empuja el bloque con un ángulo de 30º
b) Se jala el bloque con un ángulo de 30º
9. Un camión de carga cuyo peso es de 98,000 N, viaja
a una velocidad de 70 km/hr, el conductor aplica los
frenos y lo detiene a una distancia de 100 m. ¿Cuál
es la fuerza de fricción promedio que lo detiene?
10. Sobre un bloque de 40 N se aplica una fuerza de 15
N formando un ángulo de 25º con la horizontal
como se ve en la figura, si el bloque adquiere una
aceleración de 1.5 m/s2, calcular el coeficiente de
fricción dinámico.
11. Un bloque de 30 N se desliza sobre una tabla,
existiendo un coeficiente de fricción dinámico de
0.4. Determinar la fuerza que se debe aplicar al
bloque para que se mueva con una velocidad
constante, cuando:
a) La tabla se encuentra sobre una superficie
horizontal.
b) La tabla forma un ángulo de 20º respecto al
plano horizontal.
12. Se aplica una fuerza de 25 N durante 4 segundos
sobre un bloque de 55 N para desplazarlo sobre una
superficie horizontal, con un coeficiente de fricción
dinámico de 0.3. Calcular la velocidad que adquiere
el bloque a los 4 segundos y la distancia recorrida
en ese tiempo.
13. Si el coeficiente de fricción dinámico entre una caja
de 35 kg y el piso es de 0.30, ¿Qué fuerza horizontal
se requiere para mover la caja a una velocidad
constante a lo largo del piso? ¿Qué fuerza horizontal
se necesitaría si µk es igual a cero?
14. Una fuerza de 40.0 N se requiere para que una caja
de 5.0 kg comience a moverse sobre un piso de
concreto. a) ¿Cuál es el coeficiente de fricción
estático entre la caja y el piso? b) Si la fuerza de
40.0 N continua, la caja acelera a 0.70 m/s2. ¿Cuál
es el coeficiente de fricción dinámico?
ING. MARGARITA ZAGO M.
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FÍSICA I
15. a) Una caja se encuentra en reposo sobre un plano
inclinado a 30º. Dibuja el diagrama de cuerpo libre,
donde muestres todas las fuerzas que actúan sobre
la caja. B) ¿Cómo cambiaria el diagrama si la caja
estuviera resbalando sobre el plano? C) ¿Cómo
cambiaria si la caja estuviera subiendo por el plano
inclinado después de haber recibido un empujón
inicial?
16. El cajón que contiene los cubiertos de plata tiene
una masa de 2.0 kg y no resbala inmediatamente. El
dueño gradualmente jala el cajón con mayor y
mayor fuerza. Cuando la fuerza aplicada alcanza los
8.0 N, el cajón se abre repentinamente, arrojando
todos los cubiertos al suelo. Encuentra el coeficiente
de fricción estático entre el cajón y el gabinete.
17. Las llantas para carreras de velocidad en contacto
con la superficie de asfalto, probablemente tengan
uno de los coeficientes de fricción estática más altos
dentro de las situaciones diarias. Asumiendo que
hay una aceleración constante y que las llantas no
resbalan, estima el coeficiente de fricción estática
para un corredor que recorre un cuarto de milla en
6.0 segundos.
18. De acuerdo a la siguiente figura. ¿Qué masa debería
tener la caja I para prevenir que no ocurra ningún
tipo de movimiento? Asume µS= 0.30.
I
II
2 kg
19. Se da un empujón a una caja de tal forma que esta
resbala sobre el piso. ¿Qué tan lejos llegara la caja,
si el coeficiente de fricción dinámico es de 0.20 y el
empujón le imparte una velocidad inicial de 4.0 m/s?
20. Dos cajas, de 75 kg y 110 kg, están en contacto una
delante de la otra y en reposo sobre una superficie
horizontal. Una fuerza de 730 N se ejerce sobre la
caja de 75 kg. Si el coeficiente de fricción es 0.15,
calcula a) la aceleración del sistema, b) la fuerza
que cada caja ejerce sobre la otra.
21. Demuestra que la distancia mínima para detener a
un automóvil que esta viajando a una velocidad “v”
es igual a v2/2µSg, donde µS es el coeficiente de
fricción estático entre las llantas y el camino, y g es
la aceleración debida a la gravedad. B) ¿Cuál seria
esta distancia para un carro de 1,200 kg que viaja a
95 km/hr si µs= 0.75? c) ¿Cuál seria la distancia si el
coche estuviera en la luna y todas las demás
variables se mantuvieran iguales?
22. Un camión con plataforma plana esta cargando una
caja pesada. El coeficiente de fricción estático entre
la caja y la plataforma del camión es de 0.75. ¿Cuál
es la máxima aceleración con la cual el chofer puede
desacelerar sin que la caja resbale hacia la cabina?
23. En un día helado con nieve, te preocupa estacionar
tu carro en la acera, la cual tiene un grado de
inclinación de 12º. La acera de tu vecino Rodolfo
tiene un grado de inclinación de 9º, y la de Carlos,
que se encuentra al otro lado de la calle tiene una
de 6º. El coeficiente de fricción estático entre las
llantas y el hielo es de 0.15. ¿Cuál de las aceras será
segura para estacionarse?
24. Un niño baja por una resbaladilla con una inclinación
de 28º y al final la velocidad que alcanza es justo la
mitad de la velocidad que hubiera alcanzado si la
resbaladilla no hubiera ejercido fricción. Calcula el
coeficiente de fricción dinámico entre el niño y la
resbaladilla.
25. Una taza de café que se coloca en la salpicadera de
un coche resbala hacia delante de la salpicadura
cuando el conductor desacelera de 40 km/h a
reposo en 3.5 segundos o menos, pero no la taza no
se mueve si desacelera en un tiempo más largo.
¿Cuál es el coeficiente de fricción estática entre la
taza y la salpicadera?
26. Una barra húmeda de jabón (masa = 150 g) resbala
sin fricción por una rampa de 2.0 m de largo
inclinada a 7.3º. ¿Cuánto tiempo le toma llegar al
final de la rampa? Desprecia la fricción. ¿Cómo
cambiaria dicha velocidad si la masa de jabón fuera
de 250 g?
27. Un bloque de madera descansa sobre un plano
suave e inclinado con un ángulo de 22º con respecto
a la horizontal. Determina la aceleración del bloque
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a medida que éste resbala por el plano. B) Si el
bloque parte del reposo a una altura de 9.10 m a
partir de su base, ¿Cuál será la velocidad del bloque
cuando llegue al fondo del plano inclinado? Ignora la
fricción.
28. A un bloque se le imparte una velocidad inicial de 3
m/s hacia arriba sobre un plano inclinado con un
ángulo de 22º. A) ¿Qué tan lejos (subiendo) llegara
el bloque? B) ¿Cuánto tiempo pasara antes de que
regrese a su punto de partida? Ignora la fricción.
29. Un carrito de montaña rusa alcanza la punta de la
montaña más alta con una velocidad de 6.0 km/hr.
Luego baja dicha montaña, la cual tiene una ángulo
promedio de 45º y tiene 45.0 m de longitud. ¿Cuál
será la velocidad cuando alcanza el fondo de la
montana? Asume que µs = 0.12.
30. Una caja de 18.0 kg es soltada sobre
inclinado de 37º y acelera a medida que
por el plano a 0.270 m/s2. Encuentra la
fricción que impide este movimiento.
grande es el coeficiente de fricción?
un plano
desciende
fuerza de
¿Qué tan
31. En el diseño de un supermercado, hay varias rampas
que conectan diferentes partes de la tienda. Los
clientes tienen que empujar los carritos para subir
las rampas, y obviamente se desea que esto no sea
demasiado dificultoso. Un ingeniero hizo una
encuesta y encontró que casi nadie se quejaría si la
fuerza requerida para empujar el carrito fuera menor
de 50 N. ¿Una pendiente de 5º seria demasiado
inclinada, asumiendo que un carito lleno tiene una
masa de 30 kg? Asume que la fricción esta dada por
µs = 0.10.
32. Fígaro, el gato ( masa = 5 kg) se esta colgando del
mantel de la mesa y esta jalando la pecera de Cleo (
11 kg) hacia la orilla de la mesa. El coeficiente de
fricción dinámico entre el mantel (ignora su masa)
debajo de la pecera y la tabla es de 0.44. a) ¿Cuál
es la aceleración de Fígaro y la pecera? B) Si la
pecera se encuentra a 0.90m de la orilla de la mesa,
¿Cuánto tiempo le tomara a Fígaro jalar a Cleo para
que caiga?
33. Una masa pequeña m se coloca sobre la superficie
de una esfera. Si el coeficiente de fricción estática es
µs = 0.60, ¿a que ángulo comenzara la masa a
resbalar?
34. Un escalador de 70 kg es soportado en una
“chimenea” (doble pared) por las fuerzas de fricción
ejercidas sobre sus zapatos y su espalda. Los
coeficientes de fricción estática entre los zapatos y
la pared, y entre su espalda y la pared, son de 0.80
y de 0.60, respectivamente. ¿Cuál es la fuerza
normal mínima que debe ejercer? Asume que las
paredes son verticales y que ambas fuerzas de
fricción son máximas.
35. Un bloque (masa m1) se encuentra en reposo sobre
un plano inclinado sin fricción y esta conectado a
otro bloque (masa m2) mediante una cuerda (masa
despreciable) que pasa por una polea y cuelga sobre
el piso. A) Determina una formula para la
aceleración en términos de m1, m2, el ángulo θ, y g.
b) ¿Qué condición aplica a las masas m1 y m2 para
que la aceleración ocurra en una dirección, o en la
otra?
m1
m2
θ
36. Supón que el coeficiente de fricción dinámico entre
la masa m1 y el plano (del problema anterior) es µs
= 0.15, y que m1 = m2 = 2.7 kg. Al tiempo que m2
baja, determina la magnitud y la dirección de la
aceleración de m1 y m2, si el ángulo de inclinación
del plano es de 25º.
37. ¿Cuál seria el valor más pequeño de µs que evitaría
que el sistema del problema anterior no acelerara?
38. Si un ciclista con 65 kg de masa (incluyendo a la
bicicleta) puede bajar por una pendiente de 6º con
una velocidad constante de 6 km/h debido a la
resistencia del aire, ¿Cuánta fuerza debe ser
aplicada para subir dicha pendiente a esa misma
velocidad y con la misma resistencia del aire.
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