TALLER: Trabajo y Energía.

TALLER: Trabajo y Energía.
1. Verdadero o falso:
(a) si el trabajo neto o total realizado sobre una partícula no
fue cero, entonces su rapidez debe haber cambiado.
(b) si el trabajo neto o total realizado sobre una partícula no
fue cero, entonces su velocidad cambió.
(c) Ningún trabajo es realizado por las fuerzas que actúan
sobre una partícula si se mantiene en reposo
(d) Una fuerza que siempre es perpendicular a la velocidad
de una partícula no hace trabajo sobre la partícula.
2. Usted empuja una pesada caja a lo largo de una línea
recta. Si la caja inicialmente estaba en reposo y se detiene
al finalizar. Describir el trabajo realizado en ella (incluyendo
el signo) para cada fuerza que actúa sobre la caja y el
trabajo neto realizado sobre esta.
3. Una partícula tiene inicialmente la energía cinética K.
Posteriormente se mueve en dirección opuesta con tres
veces su velocidad inicial. ¿Cuál es la cinética energía
ahora? (a) K, (b) 3K, (c) 23K, (d) 9K, (e)-9K
4. ¿Cómo es el trabajo necesario para estirar un resorte 2,0
cm comparado con el trabajo necesario para estirarlo 1,0
cm de su longitud original?.
5. Usted lanzar un paquete verticalmente hacia arriba una
distancia L en Dt tiempo. A continuación, lanza
verticalmente hacia arriba un segundo paquete que tiene el
doble de la masa del primer paquete a la misma distancia
proporcionado la misma potencia con la que se lanzo el
primer paquete. ¿Cuánto tiempo tarda el segundo paquete
en alcanzar la distancia L, (respuesta en términos de Dt)?
6. Las estrellas más cercanas, aparte del sol, están a años
luz de la Tierra. Si vamos a investigar estas estrellas,
nuestras naves espaciales tendrán que viajar a una fracción
apreciable de la velocidad de la luz. (a) Usted está a cargo
de la estimación de la energía requerida para acelerar una
cápsula de 10.000 kg desde el reposo hasta 10 por ciento de
la velocidad de la luz en un año. ¿Cuál es la cantidad
mínima de energía que se requiere? Tenga en cuenta que a
velocidades cercanas a la velocidad de la luz, la energía
1∗𝑚∗𝑣 2
cinética 𝐾 =
no es correcta. Sin embargo, para
2
velocidades dentro de 1% y el 10% de la velocidad de la luz
esta fórmula puede ser aplicada. (b) Compare su
estimación con la cantidad de energía que Estados Unidos
utiliza en un año (aproximadamente 5 × 1020 J). (c) Calcule
la potencia promedio mínimo requerido de la propulsión
sistema (1 segundo).
7. Una fuerza Fx actúa sobre una partícula que tiene una
masa de 1,5 kg. La fuerza está relacionada con la posición x
de la partícula por la fórmula Fx = Cx3, Donde C = 0,50 si x
está en metros y Fx es en newtons. (a) ¿Cuáles son las
unidades del SI de C? (b) Hallar el trabajo realizado por esta
fuerza cuando la partícula se mueve de x = 3,0 m hasta x =
1.5 m. (c) En x =3,0 m, la velocidad de la partícula es 12,0 m
/ s. ¿Cuál es su velocidad en x = 1,5 m? ¿Puede decir la
dirección del movimiento en x = 1,5 m utilizando sólo el
teorema de trabajo-energía cinética? Explique.
8. Se va a diseñar una secuencia de balanceo para la última
película de Tarzán. Para determinar su velocidad en el
punto más bajo de la oscilación y para asegúrarse de
superar los límites de seguridad obligatorios, se decide
modelar el sistema como un péndulo. Suponga que su
modelo consiste en una partícula (Tarzán, masa 100 kg)
que cuelga de una cadena de longitud l. El ángulo entre la
vertical y la cadena se escribe como φ. (a) Dibuje un
diagrama de cuerpo libre para el objeto en el extremo de la
cadena (Tarzan en colgado de la cadena). (b) Una distancia
infinitesimal a lo largo del arco (a lo largo de la que el
objeto viajes) es ldφ. Escribe una expresión para el dWtotal
trabajo total realizado sobre la partícula (c) Si el l = 7,0 m, y
si la partícula se desplaza del punto de equilibrio un ángulo
de 50 °, determinar la energía cinética de la partícula y la
velocidad en el punto más bajo de la oscilación. Emplee el
teorema de trabajo-energía.
9. Un bloque de 6,0 kg se desliza 1.5 m un plano inclinado
con un ángulo de 60º con la horizontal. (a) Dibuje el
diagrama de cuerpo libre del bloque, y encuentre el trabajo
realizado por cada fuerza cuando el bloque se desliza 1.5 m
(medida a lo largo del inclinado). (b) ¿Cuál es el trabajo
total realizado en el bloque? (c) ¿Cuál es la velocidad del
bloque después de que ha caído 1,5 m, si parte del reposo?
(d) ¿Cuál es su velocidad después de que ha avanzado1,5
m, si empieza con una velocidad inicial de 2,0 m/s?
10. Se ha pedido para probar un coche y estudiar su
desempeño frente a sus especificaciones. El Motor de este
coche en particular tiene una potencia de 164 hp. Si la
masa del vehículo (incluyendo equipos de prueba y el
conductor a bordo) es de 1220 kg. (a) Cuando el coche lleva
una velocidad de 55.0 km / h, el equipo de control a bordo
determina que el motor está produciendo 13,5 hp. De
experimentos anteriores, se ha determinado que el
coeficiente de fricción de las llantas del coche es 0,0150. Y
la fuerza de arrastre sobre el coche varía con el cuadrado
de la velocidad del coche. F= Cv2 . (a) ¿Cuál es el valor de la
constante, C? (b) Teniendo en cuenta la potencia máxima,
¿cuál es la velocidad máxima (con una precisión de 1millas /
h) que se puede esperar que el coche podría alcanzar?
11. To complete your master’s degree in physics, your
advisor has you design a small linear accelerator capable of
emitting protons, each with a kinetic energy of 10.0 keV.
(The mass of a single proton is 1.67 × 10−27 kg.) In addition,
1.00 × 109 protons per second must reach the target at the
end of the 1.50-m-long accelerator. (a) What average
power must be delivered to the stream of protons? (b)
What force (assumed constant) must be applied to each
proton? (c) What speed does each proton attain just before
it strikes the target, assuming the protons start from de
rest?