TPN2 - Universidad Nacional de Salta

Universidad Nacional de Salta
Departamento de Física
Trabajo Práctico Nº 2
Dinámica
Física 1
Año 2008
Problema 1
Realiza un diagrama de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo que se indica con negrita en las siguientes situaciones:
a) Un bloque situado sobre una superficie sin rozamiento sometido a una fuerza horizontal ejercida a través de una cuerda.
b) Un objeto suspendido de un resorte.
c) Un bloque de masa m situado sobre un plano inclinado sin rozamiento.
Problema 2
Considera un bloque de masa m que se encuentra en reposo sobre una mesa horizontal y sin rozamiento, que es arrastrado mediante una fuerza F aplicada a través de una cuerda ligera. a) Realiza un esquema de las fuerzas actuantes.
b) Encuentra la fuerza resultante que actúa sobre el bloque.
Problema 3
Se aplica una fuerza que produce una aceleración de 7 m/s 2 sobre el cuerpo 1 de masa 2 kg. Al aplicar la misma fuerza al cuerpo 2, produce una aceleración de 23 m/s2. Determina la masa del cuerpo 2 y la magnitud de la fuerza.
Problema 4
Un cuerpo de 5 kg es arrastrado a lo largo de una superficie horizontal sin rozamiento mediante una fuerza horizontal de 10 N. a) Si el objeto está en reposo para t = 0, ¿qué velocidad posee al cabo de 3 s? b) ¿Qué distancia ha recorrido al cabo de 3 s?
Problema 5
Se suspende un bloque de 5 kg a un resorte que tiene una constante de fuerza k = 250 Fig. 1
N/m, como indica la figura 1. a) Realiza un diagrama de cuerpo libre para el bloque. b) Determina el alargamiento experimentado por el resorte.
Problema 6
La esfera de masa M de la figura 2 descansa sobre dos planos inclinados lisos, formando los ángulos α1 y α2 con la horizontal. Determina las reacciones normales a los planos inclinados que actúan sobre la esfera en los puntos de contacto con ellos.
Fig. 2
α1
α2
Problema 7
Determina la aceleración de un cuerpo de masa m = 50 kg que se mueve sobre la superficie de un plano inclinado (fijo y pulido) con un ángulo de 35º respecto de la horizontal. Calcula y representa en un diagrama todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.
Problema 8
Un bloque de 100 kg se encuentra sobre un plano inclinado 45º. Si la fuerza de rozamiento entre el bloque y el plano es despreciable,:
a) Calcula la fuerza mínima paralela al plano inclinado capaz de mantener al bloque en reposo.
b) Calcula la fuerza mínima horizontal capaz de mantener al bloque en reposo.
c) Calcula la fuerza mínima que forma un ángulo de 15º con el plano inclinado capaz de mantener al bloque en reposo, la reacción del plano inclinado sobre el objeto y realiza un diagrama de las fuerzas que actúan sobre el bloque.
Problema 9
Un cuadro que pesa 2 kg cuelga de dos cables de igual longitud que forman un ángulo θ con la horizontal como indica la figura 3. a) Determina la tensión T para un valor θ
θ
Fig 3
P
1
general θ y un peso P del cuadro. ¿Para qué ángulo θ, T es mínimo? ¿Y máximo? b) Si θ = 30º, determina la tensión de los cables.
Problema 10
Calcular la fuerza que un hombre de 90 kg ejerce sobre el piso de un ascensor cuando, a) está en reposo, b) asciende con una velocidad constante de 1 m/s, c) desciende con una velocidad constante de 1 m/s, d) asciende con una aceleración constante de 1 m/s2, e) desciende con una aceleración constante de 1 m/s2.
30º
A
B
Problema 11
El sistema de la figura 4 está en equilibrio. Los pesos de los bloques son: PA = 10 N y PB = 20 N. Los rozamientos en los ejes de las poleas y entre las guías y la cuerda son despreciables. a) Realiza un diagrama de las fuerzas actuantes en todo el sistema. b) Determina el peso P de la esfera que se encuentra situada sobre el plano inclinado liso. c) Calcula la reacción normal del plano inclinado. d) Calcule las tensiones involucradas.
Fig. 4
Problema 12
Un tren está formado por tres vagones de 15 tn. El primero de ellos actúa de máquina y ejerce una fuerza de tracción de 4800 N. Sabiendo que la fuerza de rozamiento en cada uno de los vagones es de 100 N, calcular: a) la aceleración del tren, b) la tensión T1 en el acople entre el primer y segundo vagón, c) la tensión T2 en el acople entre el segundo y tercer vagón.
Problema 13
En el extremo superior de un plano inclinado 30º sobre la horizontal hay una polea de masa despreciable por cuya guia pasa una cuerda ideal. (Fig. 5) Uno de los extremos de la cuerda sostiene un peso de 220 g y el otro, paralelo al plano inclinado, se mantiene unido a un cuerpo de masa m que puede deslizar sin rozamiento. Si se deja en libertad el sistema, el primer cuerpo cae verticalmente, recorriendo 1 m en 2 s. a) Realiza un diagrama con las fuerzas que actúan. b) Calcula el valor de m; c) Calcula el valor de la tensiones puestas en juego; d) Si en vez de caer, el cuerpo sube verticalmente recorriendo el mismo espacio en el mismo tiempo, ¿cómo varían los resultados de los dos incisos anteriores? Realiza un nuevo diagrama de esta situación.
B
Fig. 5
Fig. 6
Problema 14
Para la figura 6 calcular la fuerza constante que es necesario aplicar para que el bloque B de 20 N ascienda con una aceleración de 1 m/s2. ¿Cuál es la tensión de la cuerda? Problema 15
Una caja que pesa 600 N es empujada a lo largo de un suelo horizontal con velocidad constante mediante una fuerza de 250 N paralela al suelo. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética entre la caja y el suelo?
Problema 16
Una silla se desliza sobre un suelo pulido. Su velocidad inicial es de 3 m/s. Se detiene después de recorrer 2 m. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética entre la silla y el suelo?
2
Problema 17
El dueño de un gimnasio recibió una caja de 400 N que contenía pesas y aparatos para realizar ejercicios. Al querer entrar la caja por la puerta del gimnasio, descubre que debe tirar con una fuerza horizontal de magnitud 190 N. Cuando la caja comienza a moverse, puede mantenerse a velocidad constante con sólo 150 N. a) Obtener los coeficientes de fricción estática y cinética. b) Suponer que el dueño del gimnasio tira de ella con una cuerda que forma un ángulo de 30 º con la horizontal, ¿qué fuerza debe aplicar para mantener la caja en movimiento con velocidad constante? c) ¿Esto es más fácil o más difícil que tirar horizontalmente? Problema 18
Un camión que viaja a 80 km/h por una carretera recta y plana transporta un cuerpo sobre su plataforma tal como muestra la figura. El coeficiente de rozamiento estático entre el cuerpo y la plataforma es de 0,40.
a) Dibuja el diagrama de cuerpo libre.
b) Determina la distancia mínima en que puede frenar el camión sin que el cuerpo se deslice sobre la plataforma.
v
Problema 19
Un cuerpo de masa m = 1 kg está en reposo sobre un plano inclinado rugoso. El ángulo de inclinación del plano con respecto a la horizontal es α = 30º. En un instante determinado se comunica al cuerpo una velocidad inicial v0 = 2 m/s dirigida a lo largo del plano hacia abajo. Determina la distancia recorrida por el cuerpo hasta que se detiene si el coeficiente de roce es µ = 0,6. Problema 20
Dos bloques están unidos por una cuerda que pasa por una 15 kg
polea sin rozamiento y de masa despreciable como indica la 5 figura. Si los planos son lisos:
kg
a) ¿Hacia dónde se moverá el sistema? ¿Qué tipo de 45º
30º
movimiento realiza cada bloque?
b) ¿Cuál es la aceleración de los bloques?
c) ¿Cuál es la tensión de la cuerda?
d) Repetir para el caso en que hay un coeficiente de rozamiento dinámico µ c = 0,2 entre los bloques y las superficies.
Problema 21
Tres cuerpos de masa M = 5 kg están unidos entre si por dos cuerdas que pueden soportar una tensión máxima T = 20 N. Los cuerpos se encuentran sobre una superficie horizontal y los coeficientes de rozamiento son μ1 = 0,3; μ2 = 0,2; μ3 = 0,1.
a) Si se aplica al cuerpo tres una fuerza F que aumenta lentamente ¿Qué cuerda se rompe y con que fuerza mínima ocurrirá?
b) ¿Cuál será la respuesta si se aplica la fuerza al cuerpo uno?
1
2
3
F
3
4