GUÍA N ……”TRABAJO Y POTENCIA” DOMINAR LA TERMINOLOGÍA CIENTÍFICA 1. Dependiendo de la situación, en el habla cotidiana la palabra “trabajo” puede significar “empleo”, “tarea”, “obra” o “esfuerzo”. Analiza cuidadosamente las fotos de abajo. Para cada situación, determina cuál de las palabras antes mencionadas expresa mejor el significado situacional de la palabra “trabajo”. 2. ¿Cómo se define en física el concepto de trabajo? 3. ¿Cómo se define en física el concepto de potencia? 4 ¿Es cierto que cada objeto que se mueve realiza un trabajo mecánico? 5. Dos jóvenes han realizado igual trabajo físico. ¿Cómo se podría explicar que uno de ellos se sienta más cansado que el otro? 6. ¿Cuál es la diferencia entre ejercer una fuerza y realizar un trabajo? PENSAMIENTO CRÍTICO 7. Un joven empujó por el suelo una caja de peso P = 100 N. La caja recorrió una distancia d = 10 m. Cuando su madre le preguntó cuánto trabajo había hecho, él respondió: “El trabajo es fuerza por distancia. La fuerza es el peso P = 100 N y la distancia es d = 10 m. Por ello, he hecho un trabajo igual a 1,000 J”. La madre le dijo que había cometido un error conceptual al plantear el cálculo. a) ¿Puedes encontrar el error al que se refiere la madre del joven? b) ¿Es el trabajo hecho por el joven mayor o menor que 1,000 J? Justifica tu selección. c) ¿En qué caso especial el trabajo sí sería igual a 1,000 J? APLICAR MODELOS MATEMÁTICOS 8. Al empujar un carrito de compras en el supermercado, una mujer recorrió una distancia d = 50 m. La intensidad de la fuerza que ejercía sobre el carrito era F = 35 N. La dirección de la fuerza formaba un ángulo α = 25° con la dirección horizontal. ¿Qué trabajo realizó la mujer?b) ¿El trabajo realizado es menor que el trabajo que hubiera realizado la mujer si la dirección de la fuerza de empuje fuera horizontal? 8. Un lanzador de disco realiza durante el lanzamiento un trabajo de 600 J .Si la fuerza del lanzador sobre el disco es de 1,000 N, ¿cuál es la distancia que recorrió el disco en la dirección de la fuerza? 9. En un video disponible en YouTube ( https://youtu.be/gOA5RbAQWA8 ) puedes observar cómo el atleta iraní Hossein Rezazadah, llamado “el hombre más fuerte del mundo”, logró el récord mundial en los Juegos Olímpicos de verano de 2004 (Atenas).. Rezazadah levantó las pesas en dos tiempos. El peso total era de 263.5 kg. Si las pesas fueron levantadas hasta una altura de 2.10 m, ¿cuál fue el trabajo realizado por Rezazadah? 10. Al sacar del pozo una cubeta de agua de 20 kg, un hombre realiza un trabajo de 6,000 joules. Si la cubeta se sacó a rapidez constante, ¿qué tan profundo es el pozo? 11. Una persona realiza un trabajo de 50 J al mover una caja de 30 kg a lo largo de 10 m sobre una superficie horizontal. La caja se movía a una rapidez constante. a) ¿Qué tan grande es la fuerza que ejercía la persona sobre la caja? b) ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética entre la caja y la superficie? 12. Una bomba “saca” de un pozo 1.2 𝑚3 de agua cada minuto. El pozo tiene una profundidad de 5 m. a) ¿Qué trabajo tiene que realizar la bomba? b) ¿Qué potencia desarrolla? Para g, toma 10 N/kg. 13. La potencia del hombre, cuando hace esfuerzos prolongados, es de alrededor de 75 W. ¿En qué tiempo subiría un hombre, cuyo peso es de 750 N, una torre de altura d = 60 m. 14. Dos trabajadores de una bodega de libros levantan los libros desde el suelo hasta una mesa en donde se empacarán en cajas. La mesa tiene una altura de 1.5 metros. El primer trabajador levantó 10 libros en 12 segundos, cada uno de 1 kg de masa. El segundo trabajador levantó 10 libros de 2.5 kg en 16 segundos. Calcula el trabajo y la potencia de cada trabajador. 15. Un automóvil tiene una potencia de 122 CV. ¿Qué tan grande es su potencia en kilowatts? 16. Se jala un carrito con una fuerza F y el carrito recorre, en la dirección y sentido de la fuerza, la distancia d. El trabajo realizado es de 4 joules. Si jalas el carrito con la mitad de la fuerza (F/2) pero el carrito recorre el doble de la distancia (2 d), el trabajo realizado será: a) 8 joules b) 6 joules c) 4 joules d) 2 joules Para verificar tu predicción, vuelve a escribir el enunciado usando los valores F = 2 N y d = 2 m, y calcula los trabajos buscados. GUÍA N ………..“ENERGÍA MECÁNICA- CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA- ENERGÍA Y TRABAJO” DOMINAR LA TERMINOLOGÍA CIENTÍFICA 1 .Define el concepto “energía cinética”. 2. Define el concepto “energía potencial”. 3. ¿Cuáles son las fuerzas disipativas? 4 .A veces, se dice que la energía cinética es “energía de movimiento” y que la energía potencial es “energía de reposo”. ¿Puedes demostrar con un ejemplo que esta división de energías no es correcta? 5. ¿La expresión “la energía de un sistema no puede aumentar” es correcta? Justifique 6. Indiquen en los siguientes casos que energía hay (cinética-potencial o ambas) a) Un arco de flecha tenso b) un paracaidista que cae c) una hoja en la copa de un árbol d) una hoja en el suelo e) una persona que pasea por la vereda f) un tanque de agua en la terraza. DOMINAR EL MEDIO DE LA COMUNICACIÓN GRÁFICA 5. Realiza un mapa conceptual que relacione al menos los términos energía- energía mecánicatrabajo- energía cinética- energía potencial-potencia- conservación de energía- fuerzas conservativas- fuerzas disipativas. APLICAR MODELOS MATEMÁTICOS 6. La masa de una bala de una arma de fuego Parabellum es de 9.5 gramos. Al disparar, la bala tiene una energía cinética inicial de 704 J. a) ¿Cuál es la rapidez inicial de la bala? b) Para que tengas una idea de esa energía, calcula la altura desde la qué debería caer una pesa de 1 kg para tener una energía de 704 J. 7. Una bala de una arma Colt 45 tiene una energía cinética de salida de 636 J. a) Si su velocidad de salida es 282 m/s, ¿cuál es la masa de la bala? b) Para que tengas una idea de esa energía, calcula la altura desde la qué debería caer una pesa de 1 kg para tener una energía de 636 J. 8. ¿A qué altura debe subir un escalador de rocas de 70 kg para que el aumento de su energía potencial gravitacional, con respecto a la base de la roca, sea de 13,720 J. 9. Un halcón peregrino, de masa m = 1 kg, está volando horizontalmente a una rapidez de 40 m/s. El halcón vuela a una altura h = 300 m. a) ¿Cuál es su energía cinética? b) ¿Cuál es su energía potencial gravitacional? c) ¿Cuál es su energía mecánica total? 10. Por estar distraída, una señora empuja una maceta que estaba en la ventana de su departamento. La maceta comienza su caída libre. a) Si la altura de la ventana es de 12 metros, b) ¿a qué altura la energía potencial gravitacional de la maceta será dos veces mayor que la energía cinética? c) ¿A qué altura serán iguales? d) ¿A qué altura la energía potencial gravitacional será la mitad de la energía cinética? 11. Un balón de fútbol se lanza hacia arriba a rapidez de 30 m/s. a) Si el balón alcanza una altura de 35 m, ¿cuánta energía mecánica se ha perdido debido a la fricción del aire? b) ¿Cuál sería el valor promedio de la fuerza de fricción del aire? 12. Un buque petrolero, cuya masa es de 500,000 toneladas, se mueve a una rapidez de 28 km/h. a) ¿Cuál es su energía cinética? b) Con esa rapidez inicial y con los motores apagados, necesita una distancia de 10 km para detenerse. c) ¿Cuál es el valor promedio de la fuerza de resistencia del agua? 13. En un experimento científico, se investigaba cuánta energía pierde una bala de 2 g al perforar una placa de acero con grosor d = 4 mm. Cuando la bala incidía a una rapidez de 176 m/s, salía, después de perforar la placa, a una rapidez de 110 m/s. a) ¿Qué trabajo realizaba la placa sobre la bala? b) ¿Qué tan grande era la fuerza promedio ejercida por la placa sobre la bala? 14. En el mismo experimento del problema anterior, se determinó que el trabajo de la placa sobre la bala era T = —40 J, cuando la bala incidía a una rapidez de 580 m/s. a) ¿A qué rapidez salía la bala? b) ¿Cuál era la fuerza promedio ejercida por la placa sobre la bala? 15. Los cuerpos A y B se mueven y tienen la misma energía cinética. El cuerpo A tiene una masa de 2 kg y el cuerpo B, una de 8 kg. ¿Cuál aseveración es correcta? a) La velocidad del cuerpo A es dos veces mayor que la velocidad del cuerpo B. b) La velocidad del cuerpo A es cuatro veces mayor que la velocidad del cuerpo B. c) La velocidad del cuerpo B es dos veces mayor que la velocidad del cuerpo A. d) La velocidad del cuerpo B es cuatro veces mayor que la velocidad del cuerpo A. Para verificar tu predicción, supón que la energía cinética de ambos cuerpos es de 16 J y calcula el valor de la velocidad de cada cuerpo. 16. Los cuerpos A y B tienen la misma energía cinética. El cuerpo A se mueve a una velocidad de 4 m/s y el cuerpo B se mueve a una velocidad de 8 m/s. ¿Cuál aseveración es correcta? a) La masa del cuerpo A es dos veces mayor que la masa del cuerpo B. b) La masa del cuerpo A es cuatro veces mayor que la masa del cuerpo B. c) La masa del cuerpo B es dos veces mayor que la masa del cuerpo A. d) La masa del cuerpo B es cuatro veces mayor que la masa del cuerpo A. Para verificar tu selección, supón que la energía cinética de ambos cuerpos es de 40 J y calcula el valor de la masa de cada cuerpo. 17. Una pelota incide sobre el suelo a una rapidez de 4 m/s y rebota a rapidez de 2 m/s. ¿Qué parte de la energía cinética de incidencia representa la energía cinética de la pelota después del rebote? a) la mitad b) un tercio c) un cuarto d ) un quinto ¿Qué parte de la energía cinética de incidencia se perdió en la colisión con el suelo? a) la mitad b) dos tercios c) tres cuartos d ) cuatro quintos Verifica tu selección, calculando las energías cinéticas de la pelota antes y después de su colisión con el suelo. Para la masa de la pelota toma el valor de 0.4 kg. 18. Un cajón de 50 Kg presenta un coeficiente de 0, 4 contra una superficie horizontal por lo que se arrastra con una velocidad constante, mediante una soga que forma un ángulo de 40° con la horizontal. ¿Cuál es el trabajo de cada una de las fuerzas después de recorrer 20 m? 19. Determina: a) La máxima altura que alcanza un proyectil lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad de 100 m/s. b) La altura alcanzada cuando se reduce la velocidad a la mitad. c) La velocidad que posee al alcanzar la mitad de su altura máxima. 20. Un bloque, cuyo peso es de 1000 N, asciende sobre un plano inclinado de 37 ° con la horizontal mediante la acción de una fuerza paralela al mismo, con una velocidad constante de 10 m/s. Si la fuerza de rozamiento es de 250 N, calcule: a) La intensidad de la fuerza aplicada b) La energía potencial gravitatoria almacenada al cabo de 4s. 21. Un cuerpo de 50 kg cae libremente por un plano inclinado a 30° con la horizontal y sin rozamiento, partiendo con una velocidad inicial de 10 m/s. Calcule la energía cinética cuando ha recorrido 16 m sobre el plano. 22. Suponiendo el sistema en reposo (Datos m= 5 kg y α: 30 °), calcular: a) b) c) d) m. Aceleración del sistema. Tensiones de las cuerdas. La normal sobre el bloque A. La energía cinética de cada bloque, en el momento que el bloque A asciende 10
