L7-fis-3º

Liceo Nº7 de Niñas Departamento de Física
Profesoras: Elba Fernández R – María Eugenia Lasners
Guía Nº 3 Respuesta de Ejercicios de Trabajo Mecánico
Nombre:................................................................Curso: 3° Medio Fecha:………………………………….
Aprendizajes Esperados: A través de esta guía de ejercicios se espera que autoevalúes
las respuestas y el procedimiento de los ejercicios de trabajo mecánico que realizaste.
Tema: Trabajo Mecánico
Instrucciones generales:
- Estimadas alumnas desarrollen su guía en el cuaderno en forma ordenada indicando
todo los pasos. Aquí te mandamos todo el desarrollo de los ejercicios con lo que tú
hiciste para que puedas comparar.
- Desarrollo de la guía: De forma individual o grupal
- Tiempo: 2 horas cronológicas
- Lugar: Casa.
- mail:[email protected]
1.-¿Qué trabajo realiza una fuerza de 15 N, cuando desplaza un cuerpo 13m en la dirección en
que se aplicó?
Datos
T= x F=15 N
d= 13m α=0° cos0° = 1
Fórmula
T=F d cos α
Reemplazo
T= 15N ×13m×1
Resultado
T= 195 J
2.-Un deportista de 75kg asciende por una cuerda hasta una altura de 5.6m ¿Qué trabajo realiza
el deportista?
Datos
m=75kg
d=5,6m α=0° cos0°=1
Fórmula
Reemplazo
P=m×g
T=F d cos α
P= 75Kg×10m/s2 =750N, La fuerza que debe realizar el deportista es una fuerza
mínima igual al peso de su cuerpo, esto es 750N.
T= 750N ×5,6m×1
Resultado
T= 4200 J
3.- Si una persona saca de un pozo una cubeta de 20 [kg] y realiza 6.000 [J] de trabajo,
¿cuál es la profundidad del pozo? (30,0 [m])
Datos
m=20Kg
T=6000J
d= x
α=0°
cos0°=1
Fórmula
P=m×g
d=
Reemplazo
P=20Kg×10m/s2 =200N
d= 6000J
200N×1
Resultado
d= 30m
T
F cosα
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4.-Una gota de lluvia (3,35x10-5 [kg] aprox.) cae verticalmente a velocidad constante
bajo la influencia de la gravedad y la resistencia del aire. Después que la gota ha
descendido 100 [m], ¿cuál es el trabajo realizado por la gravedad?
Datos
m=3,35x10-5 [kg]
d= 100m
T=x
α=0°
Fórmula
P=m×g
Reemplazo
P=3, 35×10-5 [kg] ×10m/s2= 3, 35x10-4 N
cos0°=1
T=F d cos α
T= 3,35x10-4 N× 100m ×1
Resultado
T=3,35×10-2 J
5.- Un grupo de perros arrastra un trineo de 100 [kg] en un tramo de 2 [km] sobre una
superficie horizontal a velocidad constante. Si el coeficiente de fricción entre el trineo y
la nieve es 0,15, determine el trabajo efectuado por los perros.
Datos
m=100Kg d=2Km=2000m
Fórmula
P=m×g
Reemplazo
P=100Kg×10m/s2= 1000N froce= µ×N=0,15×1000N=150N
f= µ×N
µ=0,15
T=F d cos α
Como el enunciado del problema nos dice que los perros se mueven a velocidad
constante, entonces significa que la fuerza neta es Nula.
Por otro lado: Fn= Fperros - froce,
Reemplazando nos queda 0= Fperros - froce , entonces Fperros = froce .
Fperros= 150N
Determinando el trabajo que hacen los perros para arrastrar el trineo:
T= 150N ×2000m×1=300000J
Resultad0
T=300000 J
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6.- Una partícula se somete a una fuerza Fx que varía con la posición, como se ve en la
figura. Determine el trabajo realizado por la fuerza sobre el cuerpo cuando éste se
mueve: a) de x = 0 [m] a x = 5 [m], b) de x = 5 [m] a x = 10 [m], c) de x = 10 [m] a x =
15 [m], d) ¿cuál es el trabajo total realizado por la fuerza a lo largo de una distancia x =
0 [m] a x = 15 [m]? (a) 7,5 [J], b) 15 [J], c) 7,5 [J], d) 30 [J])
Para determinar el trabajo por tramos debes calcular el área bajo la curva y el trabajo total es la
suma de los trabajos parciales:
Área 1= b*h = 5* 3 = 7,5 Por lo tanto, T1= 7,5 J
2
2
Ttotal= T1+ T2+ T3= 7,5J +15J+7,5J= 30J
Área 2 = a*b= 5* 3 =15
Por lo tanto, T2= 15 J
Área 3 = b*h = 5*3 = 7,5 Por lo tanto, T3=7,5 J
2
2
7.-Un bulto de cemento de 30kg es conducido horizontalmente por un operario una distancia de
24m ejerciendo una fuerza de 250N, luego lo lleva hasta una plataforma que se encuentra a 6.4
m de altura. ¿Qué trabajo realiza el operario?
El operario realiza dos trabajos parciales: primeramente lo hace en forma horizontal y
después en forma vertical.
Datos
m=30 Kg
d1=24m
Fórmula
P=m*g
T=F d cos α
Reemplazo
(T. Horizontal)
(T .Vertical)
F= 250N
P=30 Kg*10m/s2=300N
T1= 250N*24 m *1= 6000 J
T2= 300N*6,4 m*1= 1920J
d2=6,4m
T= x
D2=6,4m
F2=300N
F1=250N
D1=24m
Ttotal= T1 + T2 = 6000 J + 1920 J = 7920 J (El Trabajo total es la suma de los
trabajos parciales)
Resultado
Ttotal =7920 J
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8.-Un bloque de 9 kg es empujado mediante una fuerza horizontal de 150N durante un trayecto
de 26 m. Si el coeficiente de razonamiento entre la superficie y el bloque es 0.3. Calcule el
trabajo realizado por la fuerza externa, por la fuerza de razonamiento y el trabajo neto.
Debes determinar el trabajo de la fuerza externa primeramente, considerando que el
ángulo que forma entre esa fuerza y el desplazamiento es de 0° y el cos0°= 1.
Para calcular el trabajo de la fuerza de roce debes tener presente que el ángulo entre esa
fuerza y el desplazamiento es 180° y cos180°= -1
Fext= 150N
froce
Datos
m=9Kg
Fext=150N
Fórmula
P=m*g
f=µ*N
Reemplazo
P= 9Kg*10m/s2=90N
d1=26m µ=0,3
T1=x T2= x
Tneto= x
T=F d cos α
f= 0,3* 90N= 27 N
T(F ext) = 150N* 26m*1 =3900 J
T(f roce)= 27N* 26m*-1= 702J
Ttotal= 3900j – 702J= 3198 J
Resultado
Ttotal= 3198 J
9.- La fuerza que actúa sobre una partícula varía, como muestra la figura. Encuentre el
trabajo hecho por la fuerza cuando la partícula se mueve a) de x = 0 [m] a x = 8 [m], b)
de x = 8 [m] a x = 10 [m], c) de x = 0 [m] a x = 10 [m].
Recuerda que para conocer el trabajo parcial debes determinar el área de cada
tramo.
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a) De 0m a 8m Área 1 = b*h = 8*6 = 24J Por lo tanto, T3=24 J
2
2
b) De 8m a 10m Área 2 = b*h = 2*-3 = -3J
2
2
c) De 0m a 10m
Por lo tanto, T3= -3 J
T= 24J – 3J = 21J
10.-El líder de una porra levanta a su compañera quien tiene una masa de 50 [kg] hacia
arriba en línea recta una distancia de 0,6 [m] antes de soltarla. Si hace lo anterior 20
veces, ¿cuánto trabajo ha realizado? (5.880 [J])
Datos
m=50 Kg
Fórmula
P=m*g
Reemplazo
d= 0,6m
N° de veces= 20
T=x
T= F *d * Cosα
Debes primeramente calcular el peso de la niña, porque eso corresponde a
la mínima fuerza que debe hacer el joven.
P= 50Kg* 9,8m/s2 =480 N , por lo tanto la fuerza es 490N
T = 490N * 0,6m*1 = 294 J (Como el joven la levanta 20 veces ,debes
multiplicar ese resultado por 20)
T= 20 * 294J =5880 J
Resultado
T =5880J
11.-Un bloque de 2,5 [kg] de masa es empujado 2,2 [m] a lo largo de una mesa
horizontal sin fricción por una fuerza constante de 16 [N] dirigida a 25º debajo de la
horizontal. Encuentre el trabajo efectuado por: a) la fuerza aplicada, b) la fuerza normal
ejercida por la mesa, c) la fuerza de gravedad, d) la fuerza neta sobre el bloque. (a) 31,9
[J], b) 0 [J], c) 0 [J], d) 31,9 [J])
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Para resolver este tipo de ejercicios recuerda primeramente leer el enunciado
varias veces y luego indicar los datos conocidos y lo que te solicitan.
A veces también es importante dibujar en el plano cartesiano las fuerzas presentes.
y
F
25°
Normal
x
Peso
Datos
Formula
m=25Kg
TFuerza =X
P= m*g
d=2,2m
F=16N α=25° cos25°= 0,90
TNormal= X
Tpeso= X
Tneto=x
T= F *d * Cosα
Reemplazo Primero determinaremos el peso del cuerpo P= 25Kg*10m/s2= 250 N
Recuerda que cuando un cuerpo esta ubicado en una superficie horizontal, la
Normal
en módulo es igual al peso (Nota: es importante que recuerdes que la fuerza
Normal no es la reacción al peso)
a) TFuerza = 16 N * 2,2m* cos25°= 16N* 2,2m* 0,90=31,68 J
b) TNormal= 250N* 2,2m*cos90°= 250N*2,2m* 0 = 0 J (El ángulo que se forma entre
la fuerza normal y el
desplazamiento es de 0°)
c) Tpeso = 250N* 2,2m*cos90°= 250N*2,2m* 0 = 0 J (El ángulo que se forma entre
el peso y el desplazamiento es
de 0°)
d) Tneto = TFuerza + TNormal + Tpeso= 31,68J + 0J + 0J = 31,68 J