Problemas de Dinámica I.Preguntas básicas

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS
DIVISION FISICA
ELEMENTOS DE FISICA (10189)
II Cuatrimestre 2011
Problemas de Dinámica
I.Preguntas básicas
1. ¿Por qué se dice que la fuerza es una magnitud vectorial?
2. ¿En qué unidades se mide la intensidad o el valor de la fuerza?
3. ¿Qué afirma el principio de inercia?
4. ¿A qué se llama fuerza resultante?
5. ¿Qué afirma la segunda ley de Newton?
6. ¿Qué afirma el principio de acción y reacción?
7. Un niño mantiene en su mano una pelota en equilibrio.
a)
¿Qué fuerzas actúan sobre la pelota? Identifique las reacciones correspondientes.
b)
Si ahora lanza la pelota al aire:
i)¿qué fuerzas actúan sobre la pelota mientras está subiendo en contacto con la mano?,
ii)¿cómo es el módulo de la fuerza de contacto entre la mano y la pelota, con respecto al
peso de la pelota? Identifique las reacciones correspondientes.
iii) ¿qué fuerzas actúan sobre la pelota mientras está en el aire?
Aclare las suposiciones que emplea para resolver este problema.
8. Un niño empuja un carrito de supermercado con cierta fuerza, logrando que se
acelere. Según la tercera ley de Newton, el carrito ejerce sobre el niño una fuerza de
igual magnitud y de sentido opuesto. ¿Se equilibran estas fuerzas?¿Porqué se acelera
el carrito?
9.
Si un cuerpo no tiene aceleración, ¿puede llegarse a la conclusión de que no actúa
ninguna fuerza sobre él?
10.
Si un cuerpo se mueve con rapidez constante sobre una trayectoria curvilínea, ¿puede
concluirse que no actúa ninguna fuerza sobre él?
11.
Si un cuerpo se mueve sobre una trayectoria rectilínea disminuyendo su velocidad,
¿hay fuerzas actuando sobre él?
12.
Dadas las siguientes proposiciones indicar cuales son verdaderas justificando su
elección:
a)Si un cuerpo descansa sobre una mesa, la fuerza peso es la acción y la normal del plano
sobre el cuerpo es la reacción.
b)En un movimiento rectilíneo uniforme, sólo pueden actuar fuerzas perpendiculares al
movimiento.
c)Un cuerpo puede estar en movimiento aunque no existan fuerzas sobre él.
d)Un cuerpo puede permanecer indefinidamente quieto aunque sobre él actúen fuerzas
de resultante distinta de cero.
e)La fuerza que un martillo hace sobre un clavo es mayor que la que el clavo hace sobre el
martillo.
f)Un cuerpo puede estar en movimiento rectilíneo uniformemente variado aunque la
resultante de las fuerzas que actúan sobre él sea cero.
II. Problemas.
13. En los siguientes esquemas se aplican dos
fuerzas a un mismo cuerpo, de masa 40 kg
(suponga que F1 = 10 kgr y F2 = 15 kgr).
a)
Dibuje la fuerza resultante.
b)
Calcule la aceleración del cuerpo.
F1
F1
F2
14. Dos remolcadores llevan un barco de 1000 toneladas hasta
una dársena , tirando cada uno con una fuerza constante de
2 105 N, como indica la figura. Si la fuerza de rozamiento que
ejerce el agua sobre el barco es 105 N, ¿cuál es la aceleración
del barco?
F2
F1
37º
37º
2
15. ¿Qué fuerza neta que hay que aplicar sobre un coche de 1000 kg para Fque
2
adquiera una aceleración de 2 m/s ?
16. Un hombre aplica sobre un carrito una fuerza horizontal F de 30 N. Si el carrito
adquiere una aceleración de 3 m/s2 , ¿cuál es la masa del carrito? Si al carrito se le
saca carga de manera de disminuir su masa a la mitad y se le aplica la misma
fuerza, ¿cuál será el valor de la aceleración que adquiere?
17. Si un avión de 2500 kg vuela horizontalmente a velocidad constante,
a)
¿Cuánto vale la resultante de fuerzas sobre el avión?,
b)
¿Cuál es el valor de la fuerza ascensional que el aire ejerce sobre el avión?
18. Un avión de 2720 kg se estrelló contra una montaña cuando iba volando a 437
km/h. Si se detuvo en 1.5 s, ¿qué fuerza media hizo sobre la montaña?
19. Una persona de 73.8 kg está recostada sobre el panel posterior de un vagón de
subte. ¿Qué fuerza ejerce el panel sobre ella si el subte acelera a 0.63 m/s2 ?
20. Un jugador de fútbol patea una pelota de 0,4 kg con una fuerza de 50 N.
a)
¿Qué dirección tiene la aceleración?, ¿cuál es su valor?
b)
¿Con qué velocidad sale disparada la pelota si inicialmente esta en reposo y el
impacto dura 0,5 segundos?
c)
¿Cuáles de las respuestas anteriores se modifican si, en el instante en que el
jugador patea, la pelota tiene velocidad? Explique.
21. Una persona de 50 kg salta hacia arriba con una aceleración de despegue de 20
m/s2.
a) ¿Cuánto vale la fuerza que el piso ejerció sobre la persona?
b) ¿Cuántas veces su peso vale esta fuerza?
22. El conductor de un auto que se desplaza a 72 km/h, frena al ver el semáforo en
rojo. El vehículo, de masa 1000 kg, se detiene en 50 m.
a) Dibujar todas las fuerzas que actúan sobre el vehículo, e identificar sus pares de
interacción.
b) Calcular el valor de la fuerza de rozamiento que actúa en el frenado.
23. Un ascensor de 800 kg sube aumentando su velocidad a razón de 2 m/s en cada
segundo.
a)
Calcular la fuerza que ejerce el cable que lo eleva.
b)
Si se corta el cable, ¿el ascensor sigue subiendo? ¿Por qué?
c)
¿Cuál es la aceleración del ascensor al cortarse el cable?
III. Problemas de cuerpos vinculados.
24. Dos bloques están en contacto sobre una mesa sin fricción. Se aplica una fuerza
horizontal F=50 N a uno de ellos. Si se supone que las masas son m1 = 2 kg y m2 = 3
kg, calcule la fuerza de contacto entre los bloques. ¿depende del lado del que
aplica la fuerza exterior?
25. Dos cuerpos de 8.6 kg están unidos por una cuerda de masa despreciable que pasa
por una polea sin fricción y de radio y masa también despreciables. Si se pasan
0.58 kg de un cuerpo a otro, ¿qué aceleración resulta? ¿Cuál es la tensión en la
cuerda?
26. Una persona se desliza por un tobogán que forma un ángulo de 45° con al
horizontal. ¿Cuál es su aceleración?
27. Dos cuerpos, de 2 kg y 3 kg respectivamente, unidos por una cuerda de masa
despreciable, ascienden por un plano inclinado 30° con velocidad constante.
Calcule la fuerza que se debe aplicar para que esto ocurra y el valor de la tensión
en la cuerda que los une.
III.Problemas varios
v(km/h)
28. El gráfico de la figura representa la velocidad
27
en función del tiempo para un tren que se
mueve por una vía recta. Indique cuales de las
afirmaciones siguientes son correctas
15
t(s)
justificando su elección.
a)
en 15 segundos el tren recorre 27 km.
b)
el tren se desplaza con movimiento rectilíneo uniforme, siendo su velocidad 27
km/h.
c)
la fuerza resultante sobre el tren es cero.
d)
el tren se mueve con movimiento rectilíneo uniformemente variado siendo su
aceleración 10m/s2.
e)
el tren se mueve con movimiento rectilíneo uniformemente variado siendo su
aceleración 0,5m/s2.
f) el gráfico de posición en función del tiempo es una recta.
29. A un libro de masa 0,5 kg que está inicialmente quieto, apoyado sobre una mesa
horizontal, se le aplica una fuerza constante de 2 N, paralela a la mesa. Puede
considerarse despreciable el rozamiento. Mientras está aplicada la fuerza, ¿cuales
de las afirmaciones siguientes son correctas? Justifique su elección.
a) El libro no se mueve porque la fuerza aplicada es menor que el peso.
b) El libro se mueve con movimiento rectilíneo uniforme porque la fuerza aplicada es
constante.
c) El libro no se mueve porque a la acción de una fuerza se opone una reacción igual y
opuesta.
d) El libro se mueve con movimiento rectilíneo uniformemente variado, siendo su
aceleración 10m/s2.
e) El libro se mueve con movimiento rectilíneo uniformemente variado, aumentando su
velocidad a razón de 4 m/s en cada segundo.
f) El libro se mueve con movimiento rectilíneo uniformemente variado, disminuyendo su
velocidad a razón de 4 m/s en cada segundo.
26.
Un libro de 0,5 kg de masa se sujeta contra una pared ejerciendo sobre él una fuerza
horizontal de 20 N. Los coeficientes de rozamiento entre las superficies de contacto son µ e =
0,3 y µd = 0,2.
a. ¿Caerá el libro?
b. ¿Cuál es el valor de la fuerza de rozamiento?
c. Resuelva nuevamente los dos puntos anteriores, pero suponiendo ahora que la
fuerza que se ejerce sobre el libro es de 15 N.
Respuesta: a) No, b) 5 N, c) Cae con a = 4 m/s2 , la fuerza de rozamiento vale 3 N.
27.
Debido al roce, un objeto se mantiene en reposo sobre una superficie inclinada. El
ángulo de inclinación se incrementa hasta que el objeto comienza a resbalar. Si la
superficie se mantiene en este ángulo, el objeto
a) desacelera.
b) se mueve a velocidad
c)acelera.
constante.
Justifique su elección.
28.
Un móvil cuyo peso es 40 N se desplaza en una trayectoria recta
horizontal con una velocidad de 20 m/seg. En un momento dado se aplica sobre
él una fuerza en la misma dirección del movimiento pero de sentido contrario
cuyo valor es F = 15 N. Calcular: a) Cuánto tiempo tarda en detenerse. b) El valor
de la velocidad que adquiere el móvil si la fuerza se mantiene durante un tiempo
igual al doble del calculado anteriormente
Rtas: 5,3 s; 20 m/s en sentido opuesto a la inicial
29.
El contenedor de la figura, de masa M y con las dos cajas
de masa m en su interior, es elevado verticalmente mediante la
fuerza F de modo que su aceleración es g, dirigida verticalmente
hacia arriba. La fuerza que el piso del contenedor ejerce sobre la
caja inferior vale:
F
 2 mg
F
 F + 2 mg
 4 mg
 F + 4 mg
 8 mg
m
0
2F
m