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FÍSICA AMBIENTAL (FA).
(Grupo del Prof. Miguel RAMOS).
Hoja de problemas resueltos Tema 8.
Tema 8.- Movimiento de sólidos en Fluidos: Sedimentación.
1. Estamos dando un paseo en bicicleta un día primaveral, nuestra velocidad es de 7 m/s
y el área de nuestra proyección transversal al movimiento es 0.45 m2, considerando
que el coeficiente de rozamiento CR = 0.90. ¿Cuál será la fuerza de rozamiento debida
a la fricción con el aire?, si la fuerza de fricción debida a los rodamientos y las ruedas
de la bici es 1/3 de la anterior, ¿Cuál es el valor total de las fuerzas de rozamiento,
suma de las debidas al aire y a los rodamientos y ruedas? ¿Qué potencia debemos
generar para mantener el movimiento?
Propiedades del aire ρ= 1.3 kg/m3
La fuerza de fricción opuesta al movimiento y debida a la fricción con el aire
sigue la relación:
v2
R = C R ρ AR
2
Por lo tanto la fuerza de resistencia con el aire es R= 12.9N.
Como la fuerza debida al rozamiento mecánico es 1/3 de la anterior, la fuerza
total de rozamiento será 4/3 del valor hallado para el aire.
F=17.2 N.
La potencia que hay que generar para mantener el movimiento es el producto
de la fuerza total por la velocidad ya que estos dos vectores son paralelos.
P=120.4 W
Miguel Ramos Sainz
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2. Con los datos anteriores si aparece un viento de frente de 7 m/s, ¿cuál será la fuerza de
rozamiento total en este caso?, ¿Cuál será el valor de la potencia necesaria para
mantener el movimiento?, Si la máxima potencia que podemos generar como trabajo
mecánico dando pedales es de 150 W, ¿podremos en estas condiciones mantener la
velocidad de 7 m/s con viento desfavorable de 7 m/s?
En este caso la velocidad relativa del ciclista respecto del viento es de 14 m/s,
por lo tanto la fuerza de resistencia hidrodinámica será:
R= 51.6 N
La fuerza total de resistencia sumado al anterior el término debido a la
resistencia y rozamiento de los engranajes, cuyo valor se mantiene constante,
independiente de la velocidad de la bicicleta, y lo hemos hallado en el
problema anterior 1/3(12.9 N)=4.3 N.
La fuerza total en este caso es:
F=55.9 N
La potencia necesaria para mantener esta velocidad será el producto de esta
fuerza por la velocidad de la bicicleta respecto del suelo (7 m/s).
P= 391 W.
Imposible mantener esta velocidad, con viento en contra, pues excede nuestra
capacidad de pedaleo.
Miguel Ramos Sainz
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