Guía Nº 4 Trabajo y Energía

Guía Nº 4
Trabajo y Energía
I – Preguntas de repaso:
1- ¿Qué es trabajo?
2- Se necesita trabajo para levantar unas pesas ¿Cuánto más trabajo se requiere para
levantarlas a una altura tres veces mayor?
3- ¿Qué requiere más trabajo: levantar verticalmente una carga de 10 kg hasta una altura
de 2 m o una carga de 5 kg hasta una altura de 4 m?
4- Cuando un cuerpo se desplaza sobre una superficie horizontal ¿qué trabajo realiza la
fuerza normal ejercida por la superficie?
5- ¿Qué es potencia?
6- ¿Cuánta potencia se necesita para hacer 100 J de trabajo sobre un objeto en 0,5 seg?
¿Cuánta potencia se necesita para hacer ese mismo trabajo en 1 seg?
7- ¿Qué es la energía potencial y cinética?
8- ¿Qué es la energía mecánica?
9- Una roca se eleva hasta cierta altura de modo que su energía potencial respecto al
suelo es de 200 J, y después se deja caer ¿cuál es su energía cinética un instante
antes de llegar al suelo?
10- Un automóvil tiene una cierta energía cinética. ¿Cómo será dicha energía si se duplica
su velocidad? ¿y si se la triplica?
11- Comparando con el trabajo de entrada ¿cuánto trabajo se le extrae a una máquina que
opera con una eficiencia del 30%?
II – Cuestiones:
1- Un camión cargado y un auto pequeño se desplazan con la misma energía cinética.
¿Cuáles de las afirmaciones son correctas?
a- la velocidad del automóvil es mayor que la del camión
b- el trabajo que se debe efectuar para detener el auto es menor que el que se
emplea para detener al camión
c- si ambos son frenados (hasta detenerse), con una misma fuerza, la distancia
recorrida por el auto es mayor que la recorrida por el camión
d- si ambos chocaran contra un muro y se detuvieran, el trabajo realizado por el
auto sería igual que el realizado por el camión
2- Cuando se levanta un cuerpo desde el piso hasta la mesa, actúan sobre el dos fuerzas:
su peso
–mg y la fuerza mg hacia arriba ejercida por quien la levanta. Estas
fuerzas se anulan de manera que parece que no se realiza trabajo. Por otra parte
sabemos que si se ha realizado trabajo. ¿Cuál es el error del razonamiento?
3- Un cuerpo se encuentra a cierta altura con una cierta energía potencial. Si el cuerpo
cae ¿en que se convierte la energía justo antes de golpear el piso? Y ¿después de
golpear?
4- De una máquina ineficiente se dice que “desperdicia energía” ¿significa esto que en
realidad se pierde energía?
5- La materia se puede reciclar sin pérdida de sustancia ¿se puede de manera similar
reciclar la energía?
6- Un bloque es arrastrado por un plano inclinado hacia arriba una cierta distancia.
Después se arrastra hacia abajo esa misma distancia.
a- ¿qué relación existe entre los trabajos de rozamiento en ambos casos?
b- ¿qué relación existe entre los trabajos realizados por la gravedad en ambos
casos?
7- Responda la cuestión 7 del práctico 1, teniendo en cuenta la fricción del aire.
8- La fuerza neta que actúa sobre un cuerpo no realiza trabajo ¿puede el cuerpo estar
moviéndose a lo largo de una línea recta?
III – Problemas:
1- Se arrastra un cuerpo una distancia de 6 m sobre un plano horizontal, sin rozamiento,
mediante una fuerza de 150 N, que forma un ángulo de 30º con el plano. Calcular el
trabajo realizado en todos los sistemas.
2- Suponga que una fuerza F (magnitud = 30 N) hace un trabajo de +1,1 x 10 3 J para
mover un carrito una distancia de 50 m. ¿A qué ángulo  está orientada la fuerza
respecto al piso?
3- Calcular el trabajo que realiza la fuerza de 100 Kgf, para llevar un cuerpo desde A
hasta B, para cada caso de la figura 1. ¿Puede extraer alguna conclusión?
4- Un carro cargado con 450 kg de madera se levanta hasta una plataforma que se
encuentra a 2 m de altura, por medio de un plano inclinado (sin fricción) de 5 m de
longitud. Calcular:
a- la fuerza que debe aplicarse.
b- el trabajo realizado por dicha fuerza
c- el trabajo realizado, si se levantara directamente por medio de una polea fija
d- la longitud de cuerda que se debe tirar para realizar la operación con un
aparejo factorial de tres poleas móviles
5- Con los datos del ejercicio 10 de la guía Nº 3, considerando el coeficiente de
rozamiento cinético, una velocidad constante de 1 m/s y un desplazamiento de 50 m.
Calcular:
a- el trabajo realizado por el tractor.
b- el trabajo realizado por el peso y la fuerza normal
c- el trabajo realizado por la fuerza de fricción
d- el trabajo total efectuado sobre el tronco
e- la potencia desarrollada por el tractor
6- Un cuerpo se deja caer desde 2,8 m de altura. Sabiendo que su peso es de 1,5 Kgf ,
calcular su energía cinética, potencial y mecánica:
a- antes de caer
b- en la mitad de la caída
c- un metro antes de llegar al suelo.
7- Una bola de 2 Kg. se desliza, sin fricción, por un tobogán (figura 2). En A la energía
cinética de la esfera es de 10 J y su energía potencial es de 54 J. Calcular:
a- la energía cinética en B
b- la energía potencial en C
c- la velocidad de la bola en D
d- la altura a la que llega si en la ultima parte del tobogán hay un μ c = 0,3
8- Un montacargas eleva 250 kg de madera aserrada hasta una altura de 4 m con una
fuerza vertical de 2600 N, tardando 50 seg. Determinar:
a- el trabajo realizado por la fuerza
b- el trabajo realizado por la tierra
c- el trabajo neto sobre la carga
d- la energía cinética final (la carga se encontraba inicialmente en reposo)
e- la energía potencial al final del recorrido
f- la potencia desarrollada por el montacargas
9- Calcular la potencia del motor de una máquina que se utiliza para elevar rollizos (hasta
500 Kg), a una altura de 2 m en 1 minuto.
10- Un tronco de 300 kg es elevado a velocidad constante desde el nivel del piso,
directamente hacia arriba, hasta una altura de 10 m. La grúa que realiza la tarea
desarrolla una potencia constante de 400 W. ¿Cuánto tiempo demanda en subirlo?
11- En una plantación se desea aprovechar una pequeña caída de agua de 10 m de altura,
por la que fluyen 6 m 3 de agua en 2 minutos:
a- ¿cuál es la energía potencial que poseen los 6 m 3 de agua en lo alto de la
cascada?
b- ¿Cuál es el trabajo que puede realizar los 6 m 3 de agua al llegar el al pie de la
cascada?
c- En la plantación se necesita una potencia de 7 KW en la instalación eléctrica.
Una planta hidroeléctrica instalada en la caída de agua ¿satisfaría las
necesidades?
12- Hallar el peso que puede arrastrar un vehículo de 6 Hp de potencia, sobre un terreno
horizontal a una velocidad de 25 Km/h si el coeficiente de rozamiento es 0,2
13- Una bomba sumergida en el fondo de un pozo de 4 m de profundidad, descarga sobre
un tanque australiano mediante una tubería de 2 pulgadas de diámetro con una
velocidad de 60 m/s. Hallar la potencia de la bomba suponiendo que a) no hay pérdidas
y b)si el rendimiento es del 65%