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FÍSICA I Facultad de Ingeniería – U.N.Ju. Guía de Trabajos Prácticos 1era Parte - Ciclo 2019 Cátedra de Física I: Ing. Carlos A. Territoriale Ing. Arcadio Navarro Ing. Roberto Moyano Ing. Hugo Oris Lic. María R. Suarez Vargas Ing. Julia Santapaola Ing. María Murillo Lic. Andrea Figueredo Ing. Sergio Madregal APU. Roberto Mamaní Ing. Roberto Flores Lic. José Luis Medina 1 REGLAMENTO DE CATEDRA La asistencia a las clases teóricas NO es obligatoria, pero si el alumno asiste a las mismas debe respetar el horario de entrada y salida. La asistencia a las clases prácticas es obligatoria, pudiendo tener como máximo 5 faltas en el año. NO SE PUEDE CAMBIAR de comisión de trabajos prácticos, por lo cual solicita a los alumnos elegir bien el horario de comisión al cual asistirá sin inconvenientes Cada Trabajo Práctico podrá ser requerido por los auxiliares de cátedra para su visado, el mismo deberá estar íntegramente resuelto. En las clases prácticas el alumno podrá ser interrogado sobre el tema de clase del día. En el caso de no resultar satisfactorio se le computará ausente. Se rendirán 4(cuatros) Exámenes Parciales Escritos. Cada Parcial tendrá una recuperación, a excepción del Primer Parcial, que tendrá 2 (Dos) Recuperaciones. El Primer Parcial es eliminatorio, o sea, el alumno que NO apruebe el primer parcial en cualquiera de las tres instancias correspondientes al mismo, quedará libre en la materia, no pudiendo proseguir con el cursado. Los alumnos que hubieran aprobado el primer parcial de práctica, en cualquiera de sus tres instancias, y que no hubieran aprobado uno y solo uno de las tres evaluaciones parciales restantes (2°, 3° ó 4°), ni en primera instancias ni en sus respectivas recuperaciones, podrán recuperar el parcial adeudado en una nueva y última fecha (Parcial Flotante). Dicho parcial se rendirá al finalizar el año. Las calificaciones de los parciales serán APROBADO ó DESAPROBADO. Para tener Aprobado, el alumno deberá desarrollar correctamente el 60% del examen. Los parciales se mostrarán después de publicada la lista de aprobados correspondiente a dicha evaluación, en los horarios fijados por la cátedra. No se aceptarán reclamos fuera de término. Para rendir los exámenes Parciales, el alumno deberá presentarse con Documento de Identidad o con su Libreta Universitaria. El alumno que apruebe los 4 parciales y los Trabajos Prácticos de Laboratorio, obtendrá la condición de alumno REGULAR en FÍSICA I. Para aprobar la materia, una vez que figure como alumno regular de la misma, deberá rendir un Examen Final y obtener una calificación como mínima de 4 (CUATRO) FECHAS DEL PRIMER PARCIAL DE TRABAJOS PRÁCTICOS - PRIMER PARCIAL Sábado 18 de mayo - PRIMERA RECUPERACIÓN Sábado 01 de junio - SEGUNDA RECUPERACIÓN Sábado 15 de junio Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 2 Trabajos Prácticos de Laboratorio ( TPL) La asistencia a los TPL es obligatoria pudiendo el alumno tener solamente UNA(1) sola inasistencia por situación personal muy grave que será RECUPERADA en una clase especial para tal fin y que será establecida por el docente responsable de la comisión de TPL. Para obtener la regularidad el alumno deberá tener el 100% de los informes de TPL aprobados, sin cuyo requisito quedará en condición de LIBRE aunque haya aprobado los parciales correspondientes. Una vez que el alumno haya elegido una comisión de TPL, no podrá cambiarse a otra comisión, por lo cual solicitamos elegir bien el horario para evitar inconvenientes. En las clases de TPL, el alumno podrá ser interrogado sobre el o los TPL a realizarse en la clase correspondiente y en el caso de no resultar satisfactorio se le computará ausente. El alumno deberán asistir a las clases de TPL con las guías correspondientes en caso de no tenerla deberá retirarse de la clase Los alumnos deberán asistir puntualmente a los TPL para evitar la demora en la realización del laboratorio correspondiente, pasados los diez minutos del horario de inicio de clase se le computará ausente. Los alumnos NO pueden recuperar ningún TPL en otra comisión sin permiso previo y escrito del docente responsable de la comisión a la que asiste. Instrucciones Para Rendir Exámenes Parciales y Exámenes Finales De Los Parciales Para rendir las evaluaciones Parciales de Física I el alumno debe concurrir con su Libreta Universitaria o Documento de Identidad. No está permitido el uso del teléfono móvil (celular) ni en las Evaluaciones Parciales, ya sea de práctica o de teoría, ni tampoco en el Examen Final. La duración total del parcial es de 2 horas a partir del horario fijado para la misma Para efectuar el parcial no podrá consultar libros ni apuntes. Al inicio de la misma solo se admitirá hojas en blanco, calculadora, útiles escolares, lápiz y lapicera. Los RESULTADOS de los problemas DEBEN ESCRIBIRSE CON TINTA Y SUBRAYARSE Las ausencias a los exámenes parciales NO serán justificadas, salvo enfermedades o situaciones personales muy graves. En caso de ausencia a un parcial, el alumno podrá presentarse en las otras fechas establecidas para dicha evaluación. CONDICIONES PARA APROBAR LA MATERIA Aprobar por promoción de la asignatura: El alumno deberá aprobar cuatro (4) exámenes parciales de los Trabajos Prácticos de Problemas, sin opción de recuperación, y cuatro exámenes parciales de Teoría, sin opción de recuperación. Además deberá cumplir con los requisitos de Alumno regular en cuanto a Asistencia y Aprobación de los Trabajos Prácticos de Laboratorio. La nota final será el promedio de las notas obtenidas en los cuatro (4) parciales de Teoría. Aprobación con examen final: El alumno que cumplió con las condiciones para la regularización descriptas anteriormente, en ese caso para la acreditación deberá aprobar un Examen Oral o escrito sobre los contenidos teóricos de la Asignatura. Examen Libre: Alumnos libre: aquel alumno que no cumplió con las condiciones detalladas para la regularización por lo tanto para la acreditación deberá: Aprobar un Examen Teórico Práctico y de Laboratorio sobre la aplicación de los contenidos teóricos y la descripción de los mismos. El alumno debe comunicar, a la Cátedra 10 días antes de la fecha del examen, su intención de rendir en condición de libre. Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 3 AVISOS IMPORTANTES Las novedades, fechas y horarios de parciales, resultados de los parciales, horarios de consultas y de otras actividades académicas serán comunicadas en el TRANSPARENTE de la Cátedra, que se encuentra en el pasillo situado al frente del Anfiteatro, en Facebook: (o busca como: @asignatura.fisica.9) y en el Aula Asignatura Física virtual de la . UNJu Virtual NO SE PUEDE CAMBIAR de comisión de trabajos prácticos, por lo cual solicita a los alumnos elegir bien el horario de comisión al cual asistirá sin inconvenientes UNIVERSIDAD NACIONAL DE JUJUY FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA ANALÍTICO DE FÍSICA I UNIDAD 1: Magnitudes Físicas. Errores de Medición 1- Qué es la Física. Análisis del proceso de medición. Magnitud Física, valor numérico, magnitudes aditivas. Cantidades y resultados del proceso de medición. Sistema de unidades. Normalización de nomenclaturas. Sistema Internacional. 2- Errores de Medición. Errores sistemáticos, de apreciación y accidentales. Cifras exactas y redondeo de la medida. Valor más probable. Error relativo. Propagación de errores, promedios pesados. Ej. De aplicación UNIDAD 2: Vectores 1-Magnitudes escalares y vectoriales. Tipos de vectores. Componentes. Vector unitario o versor. Vector posición. Vector desplazamiento. Aplicaciones a la cinemática. 2- Operaciones con vectores. Producto escalar y vectorial de vectores. UNIDAD 3: Cinemática 1- Definición y objetivos. Cinemática de una partícula. Movimiento. Clasificación de movimientos. Trayectoria. Velocidad media e instantánea. Movimiento uniforme unidimensional. Ecuaciones y gráficos. 2- Movimientos variados. Aceleraciones medias e instantáneas. Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Ecuaciones y gráficos. Caída libre y tiro vertical. 3- Movimiento en el plano. Componentes rectangulares, tangenciales y normales de la aceleración y de la velocidad. Movimiento de los proyectiles. Alcance. Altura máxima, tiempo de vuelo. Ecuación de la trayectoria. Movimiento circular. Relación entre las variables angulares y lineales. Movimiento circular uniforme y acelerado. Aceleración centrípeta. 4- Movimiento relativo. Adición de velocidades y aceleraciones. Transformaciones de Galileo . UNIDAD 4: Dinámica de la partícula 1- Definición y objetivos. Principios o Axiomas de Newton. Principio de inercia, de masa y de acción y reacción. Leyes de Mach: Definición operacional de masa. Noción de inercia y de fuerza. Interacciones. Sistemas de Unidades. 2- Sistema inercial de referencia. Sistemas no inerciales. Relación entre sistemas 3- Dinámica del movimiento circular. Movimiento en un plano vertical. Vehículos en curvas. 4- Fuerzas de rozamiento entre sólidos. Rozamiento estático y dinámico. Coeficiente. 5- Aplicaciones de la Dinámica. Movimiento de cuerpos vinculados. Máquina de Atwood. Fuerzas inerciales. Fuerzas de Coriolis. UNIDAD 5: Trabajo y Energía 1- Trabajo mecánico. Definición. Trabajo de una fuerza variable en una y dos dimensiones. Integrales curvilíneas en el cálculo del trabajo. Unidades. 2- Energía Cinética. Definición. Teorema del trabajo y la energía. Potencia. https://www.facebook.com/asignatura.fisica.9/ https://virtual.unju.edu.ar/ Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 4 3- Fuerzas conservativas. Fuerzas disipativas. Discusión de curvas de Energía potencial. Energía potencial gravitatoria. Energía potencial elástica. Trabajo realizado por fuerzas disipativas. Enunciado general del teorema del trabajo y la energía y Principio de conservación de la energía. UNIDAD 6: Conservación de la Cantidad de Movimiento. 1- Conservación de la cantidad de movimiento lineal. Dinámica de un sistema de partículas. Centro de masa. Movimiento del centro de masa. Cantidad de movimiento lineal de una partícula y de un sistema de partículas. Principio de conservación de la cantidad de movimiento. Aplicaciones. Sistemas físicos de masa variable. El cohete en el espacio. 2- Choque o colisión. Conservación de la cantidad de movimiento durante el choque. Choque elástico e inelástico. Coeficiente de restitución. Péndulo balístico. Choque en dos y tres dimensiones. 3- Cantidad de movimiento angular de una partícula y de un sistema de partículas. Momento de rotación. Energía de un sistema de partículas. Expresión del Teorema del Trabajo y la Energía en la rotación. Expresiones en el sistema de laboratorio y de centro de masa. Conservación de la cantidad de movimiento angular. UNIDAD 7: Dinámica de la rotación de un cuerpo rígido 1- Definición de cuerpo rígido. Recapitulación de cinética de rotación y momento de una fuerza (torque). Translación y rotación de un cuerpo rígido. Radio de giro. Teorema de Steiner o de los ejes paralelos. Energía total de un cuerpo rígido. Ecuaciones del movimiento. Eje instantáneo de rotación. 2- Movimiento giroscópico. Giroscopio simétrico. Cinemática del movimiento giroscópico. Precesión y mutación. Cupla o momento giroscópico. Caso del trompo como ejemplo de ejes que no están fijos. Interpretación vectorial. 3- Estática: Equilibrio del cuerpo rígido. Estática. Características del vector fuerza. Tipos de fuerzas. Ligaduras o enlaces del sistema. Fuerzas coplanares. Descomposición de fuerzas. Fuerzas paralelas y antiparalelas. Cupla o par de fuerzas. Centro de gravedad. Equilibrio de cuerpos vinculados. Ejemplos de aplicación. UNIDAD 8: Elasticidad 1- Propiedades elásticas de los sólidos. El estado de tensiones y de deformaciones. Ley de Hooke. Módulos de tracción, compresión y cizalladura. Contracción transversal. 2- Coeficiente de Poisson. Relación entre las constantes elásticas. Trabajo de las fuerzas elásticas. Energía potencial elástica. Elasticidad de torsión. Momento torsional. Péndulo de torsión. UNIDAD 9: Gravitación 1- Interacciones gravitacionales. Analogías y diferencias con otro tipo de interacciones. Movimiento planetario. Leyes de Kepler. Ley de la gravitación universal. Masa inercial y masa gravitatoria. Variación de la aceleración de la gravedad. Determinación de la constante de la gravitación universal. 2- Campo gravitacional. Energía potencial y potencial gravitacional. Efectos gravitacionales de distribuciones simétricas de masa. Esferas huecas y macizas. Gráficos. Energía total y orbitas gravitatorias. UNIDAD 10: Oscilaciones 1- Movimientos periódicos. Movimiento oscilatorio armónico. El oscilador armónico simple. Consideraciones energéticas en el movimiento armónico simple. Relación entre el movimiento armónico simple y el movimiento circular. Integración de la ecuación del movimiento. Representación gráfica de las variables. 2- Péndulo simple y compuesto. Combinaciones de movimientos armónicos. Oscilaciones de un cuerpo doble. Masa reducida. Movimiento armónico amortiguado. Oscilaciones forzadas y resonancia. UNIDAD 11: Movimiento ondulatorio 1- Movimiento ondulatorio. Ondas en medios elásticos. Ondas viajeras. Ecuación de propagación de ondas en una dimensión. Ondas longitudinales y transversales. Velocidad de las ondas. Principio de superposición. Potencia e intensidad en el movimiento ondulatorio. Reflexión de ondas, ondas complejas. Ondas estacionarias. Resonancia. Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 5 2- Ondas audibles, ultrasónicas e infrasónicas. Propagación y velocidad de las ondas longitudinales. Sonido y ruido. Variaciones de presión de las ondas sonoras. Frecuencia y amplitudes limites. Nivel de intensidad y sonoridad. El decibel. 3- Sistemas vibrantes y fuentes sonoras. Pulsaciones. Efecto Doppler. Resonancia acústica. Tubo de Quincke. UNIDAD 12: Hidrostática 1- Definición de fluido y flujo perfecto. Presión. Principio de Pascal. Teorema general de la hidrostática. Vasos comunicantes. Presión atmosférica. Barómetros y manómetros. 2- Principio de Arquímedes en líquidos y gases. Flotación. Determinación de pesos específicos en sólidos y líquidos. Densímetros. Fuerzas contra un dique. Tensión superficial. Capilaridad. UNIDAD 13: Hidrodinámica 1- Movimientos de líquidos ideales. Definiciones. Movimiento laminar y turbulento. Ecuaciones de continuidad. Caudal. Teorema de Bernoulli. Teorema de Torricelli. Tubo de Venturi. 2- Movimiento de líquidos viscosos. Definición de coeficiente de viscosidad mediante el viscosímetro de Ostwall. Ley de Stokes. Aplicación a la determinación de la viscosidad. UNIDAD 14: Termometría, dilatación y calorimetría 1- Estado térmico. Equilibrio térmico: temperatura. Escalas de temperaturas: Celsius, Kelvin y Fahrenheit. Puntos fijos. Relaciones entre distintas escalas. Parámetros de cuerpos termométricos: termómetros, distintos tipos. Dilatación de sólidos y líquidos. Dilatación lineal, superficial y cúbica. Fatiga de origen térmico. Termómetro de gas ideal. 2- Calorimetría. Calor, principio de conservación. Unidades de calor. Ecuación fundamental de la calorimetría. Calor especifico.Capacidad calorífica. Equivalente en agua de un cuerpo. Calorímetro de las mezclas. Experiencia de Joule. BIBLIOGRAFÍA 1. RESNICK, Robert - HALLIDAY, David. (1998) Física. Tomo I. CESCA. México 2. RESNICK, Robert - HALLIDAY, David - KRANE, Kenneth (2007). Física. Tomo I. Grupo Editorial Patria. México. 3. ALONSO, Marcelo - FINN, Edward. (1970) Física. Tomo I. Fondo Educativo Interamericano. Bogotá. 4. ALONSO, Marcelo - FINN, Edward. (1970) Física. Tomo II. Fondo Educativo Interamericano. Bogotá. 5. ALONSO, Marcelo - FINN, Edward. (2000) Física. Tomo I. Fondo Educativo Interamericano. Bogotá. 6. SEARS, Francis Weston - ZEMANSKY, Mark W.(1971) Física General. Ed. Aguilar. México. 7. SEARS, Francis Weston - ZEMANSKY, Mark W. - YOUNG, Hugh D. y otros. (2004). Física Universitaria. Pearson Educación. México. 8. SERWAY, Raymond A. (1999). Física. Tomo I. McGraw-Hill. México. Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 6 TRABAJO PRÁCTICO Nº 1: Magnitudes Físicas – Vectores A- PARA ANALIZAR 1- ¿Puede usted encontrar dos vectores con diferente longitud que sumados den cero? Justifique su respuesta 2- ¿Puede usted encontrar un vector de magnitud cero cuyas componentes sean distintas de cero?. Justifique su respuesta 3- La magnitud de un vector puede ser menor que la magnitud de cualquiera de sus componentes? . Justifique su respuesta. B- PROBLEMAS 1- i) Clasifica en escalares y vectoriales las siguientes magnitudes físicas: a) tiempo b) volumen c) fuerza d) desplazamiento e) velocidad f ) temperatura g) masa ii) Completar la siguiente tabla: MAGNITUD NOMBRE MAGNITUD NOMBRE BASICA UNIDADES(S.I) DERIVADA UNIDADES(S.I) longitud metro m velocidad metro /segundo m/s kilogramo m/s 2 tiempo N A joule Cd energia temperatura calor mol watt SIMBOLO DE LA UNIDAD SIMBOLO DE LA UNIDAD 2- Indicar cuantas cifras significativas tiene cada una de las medidas que siguen: a) 0,00350[m] b) 0,01047[cm] c) 0,005[kg] d) 0,350[cm] e) 3,50 . 10 2 [mm] f) 3,128 .10 -7 [km] g) 18,006[m] h) 2500 (km) i) 2,0150.105 (kg) j)1,00 (kg) 3- Una plancha rectangular de aluminio mide 5,1 cm de longitud y 1,90 cm de ancho. Calcular el perímetro y la superficie de la plancha teniendo en cuenta las cifras significativas correspondientes en el resultado. 4- Un observador realiza mediciones de longitud con un instrumento que aprecia 0,1 mm. Después de realizar las mediciones, registra los datos para distintas longitudes: a) 8,6 cm b) 45,2 mm c) 7,80 cm d) 6,42 mm e) 2 cm f) 0,26 cm Indique si hay medidas mal registradas, indicando por qué. Exprese el valor acotado de las medidas bien registradas. 5- Una ecuación en el estudio de los fluidos se denomina Ecuación de Bernoulli, que dice: P + g h + ½ v2 = constante donde “P” es la presión, “” su densidad, “g” la aceleración de la gravedad, “h” la altura del fluido sobre el nivel de referencia 0 y “v” la velocidad del fluido. Demuestre que la ecuación es dimensionalmente correcta. Utilice la tabla que se adjunta para conocer las dimensiones de los parámetros físicos que intervienen en la ecuación donde M , L , T, indican masa, longitud y tiempo respectivamente Velocidad (v) [L]/ [T] Aceleración (a) [L]/ [T] 2 Fuerza (F) [M].[L]/ [T] 2 Energia( E) [M].[L]2 / [T]2 Potencia (P) [E]/ [T] Presión (p) [F]/ [L] 2 Densidad(δ) [M]/ [L]3 6- Seleccionar la respuesta correcta a) Al multiplicar un vector por un número real negativo, se altera la magnitud del vector b) Al multiplicar un vector por un número real negativo, se altera la magnitud y el sentido del vector c) Al multiplicar un vector por un número real negativo, se altera la magnitud y dirección del vector: d) Al multiplicar un vector por un número real negativo, se altera la magnitud, dirección y sentido del vector. 7- Calcule la magnitud y dirección del vector representado por los siguientes pares de componentes: a) Ax = - 8,60cm Ay= 5,20 cm, b) Ax = - 9,70m, Ay = - 2, 45m Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 7 8- Se tienen 2 vectores que forman entre ellos un ángulo de 60º. Uno de los vectores tiene un módulo doble que el otro. Si el valor de la resultante es de 7 unidades, hallar el módulo del vector menor. 9- Un científico está explorando una cueva y sigue un pasadizo 180m al oeste, luego 210m 45° al este del sur, y después 280m 30° al este del norte. Tras un cuarto desplazamiento no medido, vuelve al punto inicial. Use el método de componentes para determinar la magnitud y la dirección del cuarto desplazamiento. 10- Dados los vectores A = 4u ̂ = 53° y B = 5u ̂ = 130° Calcular el producto escalar y el módulo del producto vectorial 11- El vector A tiene componentes Ax = +4 unidades y Ay = +3,2 unidades y el vector B tiene componentes Bx = +2,5 unidades y By = +5,5 unidades. El ángulo entre los dos vectores es: a) 24° b) 65° c) 27° d) 39° e) 14° 12- ¿Cuál es el valor del vector A, si la resultante del sistema tiene dirección horizontal? PROBLEMAS ADICIONALES 1- Una esfera maciza de oro puro de densidad 19,324 g/cm3 tiene una masa de 42,50 g. Con cuántas cifras significativas debe expresarse el diámetro de esta esfera? 2- La operación entre los vectores indicada como A – B , es equivalente a : a) B – A b) A– ( – B) c) A + ( – B) d) B – ( – A) 3- Un auto viaja 7 Km hacia el norte; cambia entonces de rumbo en su viaje y finalmente se detiene cuando está a 17 Km al suroeste del punto de partida. Encuentre el desplazamiento del auto en el segundo tramo del viaje. 4- Tres fuerzas actúan sobre una masa. Una fuerza de 16 N hace un ángulo de 45º con el eje x, otra fuerza de 20 N hace un ángulo de 135º con el eje x. La fuerza neta que actúa sobre la masa es de 12 N y está dirigida a lo largo del eje y. Encuentre la magnitud y dirección de la tercera fuerza. 5- Se tienen dos vectores de 5 y 7 unidades ¿Qué ángulo deben formar entre ellos para que su resultante tenga la magnitud igual al: a) vector mayor b) menor vector y 7 5.31/2 37º 60º 10 x A Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 8 TRABAJO PRÁCTICO Nº 2: Cinemática en una dimensión A- PARA ANALIZAR 1- Si la velocidad media vm de una partícula es cero, ¿la partícula estuvo necesariamente en reposo en el intervalo considerado? Sí ___, no ___. Explique. 2- La existencia de movimiento, ¿está siempre determinada por el cambio de velocidad? Sí ___, no ___. Explique. 3- Un proyectil es disparado con una velocidad v0 = a i + b j m/s. La velocidad, en m/s, en la parte más alta de la trayectoria es: a) – a i – b j. b) a i + b j. c) a i. d) Ninguna de las respuestas anteriores es correcta. B- PROBLEMAS 1. Un automovilista viaja hacia el Este con velocidad de 90 km/h durante 10 minutos. Regresa luego al Oeste con velocidad de 54 km/h durante 20 minutos y finalmente vuelve hacia el Este 27 000 m viajando con velocidad de 108 km/h. Calcule el espacio total recorrido (en km) y la rapidez media (km/h) del viaje completo. 2. ¿Qué tipo de movimiento tiene una partícula que se mueve en el eje x, de acuerdo con el siguiente gráfico? Describa por intervalos. a) t0 – t1 ______________________________. b) t1 – t2 ______________________________.c) t2 – t3 ______________________________. d) t3 – t4 ______________________________. e) t4 – t5 ______________________________. 3. El gráfico muestra la posición de un cuerpo en movimiento, en función del tiempo. Calcular, completar o responder según corresponda: a) Intervalo de tiempo, cuando el cuerpo se mueve en sentido positivo: b) Intervalo de tiempo cuándo el movimiento es acelerado: c) Intervalo de tiempo donde el móvil está detenido: d) La velocidad media en el intervalo (3; 5) s: e) El desplazamiento entre (0; 5) s: 4. El subte tiene una aceleración de arranque en la parada de 5 m/s². ¿En qué tiempo alcanzará una rapidez de 20 m/s? Considere que la aceleración es constante. 5. ¿Con qué velocidad debo lanzar verticalmente una pelota hacia arriba para que llegue a una altura de 15,2m? ¿Cuánto tiempo estará en el aire hasta que vuelva a mis manos? 6. Un cohete de juguete lanzado verticalmente demora 0,15 s en pasar por una ventana de 2 m de altura. El borde inferior de la ventana está a 10 m sobre el piso. a) ¿Cuál fue la velocidad de lanzamiento del cohete? b) ¿Cuál es la altura máxima que alcanza el mismo? 7. Una roca se deja caer verticalmente desde el reposo dentro de un pozo. Si el sonido del contacto con el agua se oye 2,40 s después, ¿Cuál es la distancia entre la parte superior y la superficie del agua? Considere la velocidad del sonido en el aire de 336 m/s. 8. Un chico deja caer piedritas desde el balcón de su casa. El portero, que está en la vereda, observa que una de las piedras tarda 0,2 segundos en recorrer la altura de la puerta que tiene 2 m. Con esta información, hallar a qué altura se encuentra el balcón. 9. Un móvil que pasa por un punto a 32 m/s comienza a ser perseguido por otro móvil que estaba detenido en ese punto, y que desarrolla una aceleración de 1 m/s2. Si el móvil que comenzó a perseguir al primero tarda 9 segundos en comenzar a acelerar: a) ¿Cuánto tiempo tarda en alcanzarlo? b) ¿Cuántos metros recorre hasta alcanzarlo? Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 9 c) ¿Qué velocidad alcanza al encontrar al otro móvil? 10. Un vehículo viaja a 90 km/h cuando el conductor ve un animal en la ruta 40 m adelante. Si el tiempo de reacción del conductor es de 0,48s (o sea frena 0,48 s después de ver el animal) y la desaceleración máxima de los frenos es de 7,6 m/s2 ¿el automóvil chocará con el animal? PROBLEMAS ADICIONALES 1. Señalar la aseveración correcta: a) “un coche va con una velocidad de 80 km/h” b) “un coche va con una rapidez de 80 km/h”. 2. En las graficas siguientes (X vs t) determinar el tipo de movimiento, utilizando el concepto de pendiente: (Δx/Δt) 3. Las tres graficas siguientes representan la posición en función del tiempo para dos móviles (1 y 2). Para cada una de las tres graficas señalar: a) ¿Qué movimiento realiza cada uno? b) Indicar cuál de los móviles tiene mayor velocidad. c) Indicar cual recorrió mayor camino. d) Escribir la ecuación de posición en función de tiempo para cada uno. A B C 4. La figura muestra la aceleración de un objeto en la dirección de x como función del tiempo. Suponga que para t=0(s), v=0 y x=0. Realice: a) una gráfica de la velocidad y posición en función del tiempo. b) Calcular el desplazamiento, la distancia recorrida y la velocidad media entre 0 y segundos. 5. Si un cuerpo recorre la mitad de su distancia total de caída libre durante el último segundo de su movimiento a partir del reposo, calcular el tiempo y la altura desde la que cae. 6. Un muchacho lanza una pelota verticalmente hacia arriba con una velocidad de 9 m/s desde la parte superior de un cobertizo de 2,40 m de altura. Otro muchacho desde el suelo lanza al mismo instante otra pelota hacia arriba con una velocidad de 12 m/s. Determinar el instante y la altura desde el suelo en que las dos pelotas se encuentran. 7. Un objeto cae desde un puente que se encuentra a 45m sobre el agua, y cae directamente en una lancha que se mueve con velocidad constante y se encontraba a 12m del punto de impacto cuando se soltó el objeto. ¿Cuál era la rapidez de la lancha? 8. María avanza por un camino recto y a velocidad constante de 1,5 m/s y entra a la casa por una puerta a las 15:30:00. 4 segundos después por una puerta opuesta entra a la casa José, moviéndose también a velocidad constante de 2 m/s. Si se encuentran a los 5,45 segundos de haber ingresado María, ¿cuál es la distancia que separa ambas puertas? Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 10 TRABAJO PRÁCTICO Nº 3: Cinemática en dos dimensiones: Mov. Especiales A-PARA ANALIZAR 1. Califique de verdadero o falso las siguientes aseveraciones, justificando su respuesta: a) Un proyectil tiene velocidad nula en algún punto de su trayectoria b) Si se considera el rozamiento con el aire el proyectil tendrá un alcance mayor c) Un movimiento circunferencial uniforme no es acelerado d) Existe un movimiento en el que permaneciendo constante el módulo de la velocidad tiene aceleración e) Si la variación de velocidad es constante, el movimiento será circular uniformemente acelerado o uniformemente retardado. f) La velocidad que alcanza un avión en vuelo es independiente de la velocidad del viento circulante. 2. Corrija la siguiente afirmación: El coche de carreras da una vuelta al circuito con una velocidad constante de 100 kilómetros por hora B- PROBLEMAS 1. a) Un insecto sobre una caja se arrastra con una aceleración constante de a0 = (0,34i – 0,2j) cm/s2 Este sale desde un punto r0 = (-4 , 2) cm en t = 0s con una velocidad v0 = ( 1 j) cm/s. ¿cuáles son la magnitud y la dirección de los vectores posición y velocidad en t = 10 s? b) Para t=0, una partícula se mueve en el plano XY con una aceleración constante, tiene una velocidad vi = (3,00 i - 2,00 j) m/s y se encuentra en el origen. Para t = 3,00 s, la velocidad de la partícula es v = (9,00 i + 7,00 j) m/s. Encontrar: i) la aceleración de la partícula y ii) su coordenada para cualquier tiempo t. 2. Un avión de rescate deja caer un paquete de provisiones a un grupo de exploradores perdidos. Si el avión viaja horizontalmente a 40 m/s y a una altura de 100 m sobre el suelo. a) ¿Dónde cae el paquete en relación al punto en que se soltó b) con que velocidad el paquete choca el piso. 3. a) Un objeto es lanzado desde la azotea de un edificio con una velocidad de 4,5 m/s y con una inclinación de 40º por arriba de la horizontal. Impacta contra el vidrio de una ventana de un departamento del edificio de enfrente. En el punto de impacto, la rapidez del objeto es de 5 m/s. Calcular la distancia (medida horizontalmente) entre el punto de lanzamiento y el punto de impacto. b) Un coche está estacionado en un plano inclinado que termina en un precipicio sobre el mar. El plano inclinado forma un ángulo de 37º por debajo de la horizontal. El imprudente conductor deja al coche en punto muerto y los frenos están algo estropeados. El coche desciende desde la posición de reposo por el plano inclinado, con una aceleración constante de 4,00 m/s2, recorriendo 50,0 m hasta el borde de un precipicio vertical.. El precipicio se encuentra 30,0 m por encima del agua. Hallar: i) la magnitud de la velocidad del coche cuando alcanza el borde del precipicio y el tiempo que tarda en llegar allí. ii) la rapidez del coche cuando choca contra el agua. iii) el tiempo total que el coche se encuentra en movimiento, y iv) la posición del coche cuando se sumerge en el mar, respecto de la base del precipicio. 4. Un cazador con una cerbatana desea disparar un dardo a un mono que cuelga de una rama. El cazador apunta directamente al mono sin tener en cuentaque el dardo seguirá una trayectoria parabólica y pasará, por tanto, por debajo del mono. Sin embargo, el mono, viendo salir el dardo de la cerbatana, se suelta de rama y cae del árbol, esperando evitar el dardo. Demostrar que el mono será alcanzado independientemente de cuál sea la velocidad inicial del dardo, con tal que sea suficientemente grande como para recorrer la distancia horizontal que hay hasta el árbol antes de dar contra el suelo. Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 11 5. Se dispara un cañón con una inclinación de 45º con la horizontal y con una velocidad inicial de 490 m/s. Calcular: a) el alcance, la altura máxima y el tiempo empleado para alcanzar dichos puntos. b) la posición del proyectil y la velocidad al cabo de 2 s de efectuado el disparo. c) Suponiendo que el cañón está colocado en la cima de un acantilado de 50 m de altura determinar el tiempo que tarda el proyectil en llegar a la superficie del mar, la velocidad en ese instante y el tiempo transcurrido desde que se efectúa el disparo hasta que se oye el sonido de la explosión en el punto de lanzamiento. La velocidad del sonido es de 330 m/s. 6. Un ciclista parte del reposo y pedalea de modo que las ruedas de la bicicleta tengan una aceleración angular constante de 0,58 s-2. Calcular: a) Cuantas revoluciones dieron las ruedas en 10 s. b) La velocidad tangencial a los 10 segundos si el radio de las ruedas es de 60cm. 7. a) Calcular la velocidad angular que tiene un disco, si es capaz de triplicar su velocidad luego de dar 600 vueltas en 20 segundos. b) Un móvil se desplaza con movimiento circular uniforme acelerado (M.C.U), con una aceleración angular de 3 s-2. Calcule la velocidad tangencial del móvil en el instante en que la aceleración total forma un ángulo de 37º con su aceleración centrípeta. El radio de la trayectoria es de 9 m 8. Un volante parte del reposo con aceleración constante. Después de dar 100 vueltas su velocidad es de 300 rpm. Calcular: a) la aceleración angular. b) la aceleración tangencial de un punto situado a 20 cm del eje. 9. La figura representa la aceleración total de una partícula que se mueve en la dirección de las agujas de un reloj en un círculo de 2,50 m de radio en cierto instante de tiempo. Para ese instante encuentre a) la aceleración radial, b) la rapidez de la partícula, c) su aceleración tangencial. 10. Una rueda que gira a razón de 120 rpm incrementa uniformemente su velocidad hasta 660 rpm en 6s Calcular: a) La aceleración angular en rev/s2 b) La aceleración centrípeta a los 6s c) La aceleración tangencial en un punto situado a 80cm del eje d) La aceleración total de ese punto a los 6 s e) La cantidad de vueltas que gira la rueda en los 6s f) Realizar un gráfico esquematizando cada aceleración. 11. Dos autos se desplazan en caminos perpendiculares viajan hacia el norte y el este respectivamente Si sus velocidades con respecto a la tierra son de 60 km/h y 80 km/h, calcular la velocidad relativa de B respecto de A. ¿depende la velocidad relativa de la posición de los autos en sus respectivos caminos?. Repetir el problema, suponiendo que el segundo auto se desplaza hacia el oeste. 12. Un hombre atraviesa un río de 0,20 km de ancho, en un bote a remos y lo hace a 4 km/h, siempre perpendicularmente a la corriente. Las aguas del río se mueven con una rapidez de 6 km/h. a. ¿Cuál es la orientación del bote respecto a la orilla? b. ¿Cuánto tiempo empleará el bote para cruzar el río? c. ¿A qué distancia aguas abajo del punto de partida desembarca? d. ¿Cuánto tiempo emplearía en atravesar el río si no hubiera corriente? 13. .La velocidad de un avión con respecto al aire es de 600km/h. Si sopla un viento procedente del oeste, con una velocidad de 100km/h, determinar el rumbo que debe poner el piloto del avión para dirigirse hacia el norte y calcular cuál será entonces la velocidad del avión con respecto a tierra. 14. Un Avión vuela a 250 km/h respecto al aire. Un viento sopla a 80 km/h en dirección SE (es decir en dirección 45º al este del sur) Calcular: a) ¿En qué dirección debe volar el avión para que su rumbo sea directo hacia el norte?. b) ¿Cuál es la velocidad del avión respecto del suelo? Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 12 PROBLEMAS ADICIONALES 1. Un proyectil disparado describe un ángulo de 60º sobre la horizontal y alcanza un edificio situado a 30 m en un punto localizado 15 m sobre el punto de proyección. a) Calcule la magnitud de la velocidad de disparo. b) Calcule la magnitud y la dirección de la velocidad del proyectil cuando golpea el edificio. 2. Un muchacho patea una piedra en sentido horizontal estando sobre un precipicio de 40,0 m de altura y luego la piedra cae en un charco de agua. Si el muchacho escucha el sonido de la salpicadura 3,00 s más tarde. ¿Cuál fue la rapidez inicial proporcionada a la piedra?. Suponga que la rapidez del sonido en el aire es de 343 m/s. 3. Un jugador patea la pelota formando un ángulo de 45º con la horizontal y una velocidad de 19,6 m/s. En el momento de ser lanzada, un segundo jugador que se encuentra a una distancia de 54,7 m del primero, inicia una carrera en la misma dirección y sentido del lanzamiento para encontrar la pelota. ¿Con qué velocidad ha de correr para agarrar la pelota antes de que llegue al suelo?. 4. Un ciclista parte del reposo y pedalea de modo que las ruedas de su bicicleta tenga una aceleración angular constante. Al cabo de 10 s las ruedas han realizado 5 rev. a) ¿cuál es la aceleración angular de las ruedas? b) ¿cuál es su velocidad al cabo de 10 s?. c) si el radio es de 36 cm y rueda sin deslizamiento ¿qué distancia ha recorrido el ciclista en 10 s?. 5. Un pequeño avión vuela hacia el norte desde Córdoba hasta Oran (dos ciudades de Argentina que están sobre el mismo meridiano). Durante el vuelo sopla un viento constante del noroeste a 80 km/h, si la velocidad de crucero del avión es de 175 km/h. a) ¿Cuál es el rumbo del avión?. b) Con ese viento ¿cuál es la velocidad del avión respecto al suelo?. 6. Un nadador que cruza un río perpendicularmente desde A hasta B, nadando siempre a la misma velocidad, todos los días y en el mismo lugar, solo una de las siguientes afirmaciones es verdadera ¿Cuál es?. a) Sólo nada en forma oblicua a la orilla cuando el río va rápido. b) Tarda más cuando el río va más lento. c) Tarda menos cuando el río va más rápido. d) El río nunca va más rápido que lo que nada el nadador. e) En cada cruce el desplazamiento es diferente. f) Tarda siempre lo mismo no importa la corriente. 7.- Un avión desarrolla una velocidad de 200 km/h con respecto al aire. Necesita desplazarse exactamente hacia el norte en un día en que sopla viento del oeste a 20 km/h respecto a tierra. Para conseguirlo el piloto debe desviar su rumbo un ángulo θ de la dirección Sur-Norte, de modo que: sen θ = 0,1 hacia el Este tg θ = 0,1 hacia el Este cos θ = 0,1 hacia el Oeste cos θ = 0,1 hacia el Este sen θ = 0,1 hacia el Oeste tg θ = 0,1 hacia el Oeste Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 13 TRABAJO PRÁCTICO Nº 4: DINÁMICA DE LA PARTÍCULA A-PARA ANALIZAR 1- Cuando se jala bruscamente un mantel de una mesa sobre el que está apoyado un vaso, el vaso queda en su lugar. Explique este comportamiento. 2- ¿Es posible tener un movimiento sin que haya una fuerza?. Justifique su respuesta. 3- ¿La primera ley de Newton vale para todo sistema de referencia? Explique 4- ¿Cuando una partícula está sujeta a una fuerza constante la velocidad cambia en dirección paralela a la fuerza aplicada?. Justifique5- Si empujamos con la mano una caja apoyada sobre una mesa, considerando todas fuerzas actuantes solo hay dos pares de acción reacción actuando sobre la caja. ¿Es correcta la afirmación?. Explique B- PROBLEMAS 1. Tres fuerzas que actúan sobre un cuerpo están dadas por F1= (-3i + 2j) N, F2= (5i - 12j) N, F3= -37i N. El cuerpo experimenta una aceleración de magnitud 3,75 m/s2. Calcule a) La dirección de la aceleración. b) La masa del objeto. c) Su velocidad después de 2 s, si su velocidad inicial era (1 , 0,8) m/s. d) La posición inicial, si en ese instante se encuentra en el punto (5 , -2) m. 2. Cuatro fuerzas actúan sobre una partícula de masa 3,0 kg, como se indica en la figura. Determine. a) La aceleración de la partícula. b) Las ecuaciones cinemáticas de posición y velocidad, si la partícula parte del origen con velocidad inicial cero. c) La ecuación de la trayectoria. 3. Para cada uno de los siguientes sistemas sin rozamiento que se muestran en la figura de abajo. Donde PA=10N, PB=20N y F=10N. a) Realizar el diagrama de cuerpo libre (DCL), especificando cuales son pares de interacción. b) Determinar el módulo de la fuerza de contacto (Normal) entre las superficies de apoyo y los bloques. c) Determinar la aceleración de los bloques. 4. Tres bloques de masas m1=20,0 kg, m2=15,0 kg y m3=8,0 kg, están unidos con cuerdas tensas ideales. Si sobre el primer bloque actua una fuerza vertical hacia arriba de 620 N. Calcular: a) La aceleración del sistema. b) Las fuerzas que actúan en cada cuerda. 5. Un bloque de 40,0 kgf se encuentra apoyado sobre un plano inclinado sin rozamiento que forma una ángulo de 30º con la horizontal. Una fuerza horizontal de 300 N actúa sobre el bloque. Determinar a) La fuerza normal que plano inclinado ejerce sobre el bloque. b) La aceleración del bloque. 6. En el laboratorio de Física los alumnos armaron el dispositivo (máquina de Atwood) de modo que al colocar dos cuerpos de 200 g en cada uno de los extremos de la cuerda, se encuentran en reposo a la misma altura. Se les pide que calculen a) La sobrecarga que hay que agregar en uno de los extremos para que se desnivelen 160 cm en 2s. b) La tensión de la cuerda. 7. Calcular la aceleración de los cuerpos de la figura a) y b) y la tensión en la cuerda. Suponiendo que no hay rozamiento y masas despreciable de la cuerda y la polea. m1 = 60 g, m2= 100 g y F= 1,2 x 105 dinas. 8. Un hombre aplica una fuerza F, constante y horizontal sobre el bloque A, que empuja al bloque B con una fuerza de 25 N, ambos bloques están en contacto sobre una superficie sin fricción. Al aplicar la misma fuerza F al bloque B este ejerce una fuerza de 12 N sobre el bloque A, Si los dos bloques juntos tienen una masa de 10 kg. Calcular: a) La aceleración de los bloques. b) La intensidad de la fuerza F. c) La fuerza neta que actúa sobre cada bloque. Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 14 9. Una persona de 70 kg se coloca sobre una balanza ubicada dentro de un ascensor. Determinar la lectura de la misma en cada uno de los siguientes casos: a) El ascensor arranca moviéndose hacia arriba con aceleración de 1,0 m/s2. b) El ascensor continúa subiendo a una velocidad constante de 4,0 m/s. c) El ascensor frena con aceleración de 2,0 m/s2. d) El ascensor está detenido. e) Se corta la cuerda que sostiene el ascensor y cae libremente. 10. Se tienen dos cuerpos de masa m1=10,0 kg y m2= 20,0 kg situados a ambos lados de un doble plano inclinado y unidos por una cuerda inextensible como muestra la figura: a) ¿En qué dirección se moverá el sistema bajo esas condiciones y cuál es su aceleración?. b) Si se corta la cuerda determinar qué cuerpo experimenta mayor aceleración. Las superficies de contacto son lisas, la polea y la cuerda tienen masa despreciable. PROBLEMAS ADICIONALES 1. Desde la base de un plano inclinado y liso, que forma un ángulo de 30º con la horizontal, se lanza un bloque de masa 500 g, con una velocidad de 15,0 m/s. a) Realice el diagrama de cuerpo libre para el bloque. b) Determine la aceleración del bloque. c) Calcule la fuerza que la superficie ejerce sobre el bloque. d) Hasta qué altura del plano inclinado sube el bloque antes de detenerse. 2. Si se retira el bloque de masa m del sistema, la aceleración: a) Aumenta un 25%. b) Aumenta en un 20%. c) No varía. d) disminuye en un 20%. e) Disminuye en un 25%. No existe rozamiento entre la mesa y el bloque. 3. Un ascensor pesa 800 kgf. El ascensor inicialmente desciende a una velocidad de 5 m/s. a) Determinar la tensión del cable cuando es detenido con una desaceleración constante, en un recorrido de 12,50 m. b) Si en el ascensor hay un pasajero de 80 kg, determinar la fuerza que sus pies ejercerán sobre el piso, cuando aquel va frenando. 4. Dos bloques A y B de masa 3,0 kg y 1,5 kg respectivamente están en contacto sobre un plano inclinado liso, el bloque A esta unido mediante una cuerda a través de una polea al bloque C de 5,0 kg, como se muestra en la figura. Determine a) la aceleración de las masas. b) La tensión de la cuerda. c) La fuerza de contacto entre los bloques. 5. Un hombre se eleva en una plataforma aplicando una fuerza vertical a la cuerda que tiene en las manos, como se muestra en la figura. Si la masa total del hombre y la plataforma es de 140 kg y se desprecia la masa de la cuerda, de la polea y el rozamiento en esta última. Calcular la fuerza que debe ejercer el hombre para subir: a) Con velocidad constante. b) Con una aceleración de 0,50 m/s2. 6. Un automóvil de 1300kg está siendo remolcado por un plano inclinado de 15º, por medio de un cable sujeto a la parte trasera de un camión-grúa. El cable forma un ángulo de 27º con el plano inclinado. ¿Cuál es la mayor distancia que el automóvil puede ser arrastrado en los primeros 5s después de arrancar desde el reposo si el cable tiene una resistencia a la rotura de 4,2 kN? Despreciar todas las fuerzas resistivas sobre el automóvil. 7. Determinar la fuerza F aplicada al bloque de masa M de la figura, para que los bloques de masas m1 y m2 apoyados en M, no se muevan respecto de M. Todas las superficies son lisas y la polea y el cable tienen masa despreciable. Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 15 TRABAJO PRACTICO Nº 5: Dinámica de la partícula – Fuerzas de rozamiento A- PARA ANALIZAR 1. Califique de verdadero o falso, justificando su respuesta: a) La fuerza de rozamiento entre dos superficies es proporcional a la fuerza Normal entre dichas superficies b) La fuerza de rozamiento dinámico siempre vale Fd = d . Peso c) Es lógico que el rozamiento dependa de la rugosidad del par de superficies enfrentadas B - PROBLEMAS 1. En un sistema como el que se muestra en la figura, la caja C de 5 kg y el balde B de 2 kg están y permanecen en reposo. Se puede despreciar el rozamiento entre la cuerda y la polea, y sus respectivas masas. Determinar la intensidad y el sentido de la fuerza de roce entre la caja y el plano, en este caso. Se echando arena dentro del balde hasta totalizar con el mismo un peso de 40 N. En esas condiciones el sistema comienza a moverse y adquiere una aceleración de 0,4 m/s2. Calcular los coeficientes de rozamiento entre la caja y el plano. 3. Los tres bloques de la siguiente figura están conectados por medio de cuerdas ligeras que pasan sobre las poleas sin fricción. La aceleración del sistema es de 2 m/s2 hacia la izquierda y las superficies son ásperas. Determine a) las tensiones en las cuerdas y b) el coeficiente de rozamiento cinético entre los bloques y las superficies (suponga que es la misma para ambos bloques) 4. Para el diagrama mostrado, hallar la intensidad máxima que podrá tener la fuerza F antes que algún bloque se mueva, y la aceleración que adquierenuna vez iniciado el movimiento, si se mantiene aplicada F con la intensidad calculada. Las masas son m1 = 30 kg y m2 = 20 kg, y los coeficientes de rozamiento entre bloques y con el piso son µe = 0,6 µd = 0,25. 5. El sistema de la figura está compuesto de dos bloques, A y B, de masa 16 kg y 4 kg respectivamente. La superficie horizontal no presenta fricción y el coeficiente de rozamiento estático entre los bloques es 0,5. ¿Cuál es la mínima fuerza F que se debe aplicar al bloque A para que B no caiga por acción de la gravedad? (usar g = 10 m/s2 ) a) 50 N b) 100 N c) 200 N d) 400 N e) 800 N f) 1600 N 6. Un plato cuya masa es “m”, viaja sobre la bandeja del mozo del restaurante. Hallar el coeficiente de rozamiento necesario entre el plato y la bandeja para que no se deslice, cuando la bandeja se acelera a 2 m/s2 en la dirección indicada, manteniéndose horizontal 7. La Ruta Nacional Nº9 entre las localidades de SS de Jujuy y El Carmen tiene un ancho de calzada de 7,20 m. Para que un automóvil pueda circular a 80 km/h por una curva de 600 m de radio sin experimentar esfuerzos laterales (sin rozamiento), la diferencia de nivel entre los bordes de la calzada debe ser: a) 0,082 m b) 4,7 m c) 0,82 m d) 0,59 m e) 1,06 m f) falta la masa del automóvil. (usar g = 10 m/s2 ) 8. Un coche circula por la curva de una carretera de 500 m de radio, donde el coeficiente de rozamiento entre las ruedas del automóvil y el asfalto seco es de 0.75. Realizar el diagrama de cuerpo libre indicando las fuerzas actuantes y calcular la máxima velocidad con la cual el automóvil puede describir la curva con seguridad, si la curva tiene un peralte de 15º 9. Una piedra cuya masa es de 0.8 Kg descansa sobre un tablero horizontal que gira alrededor de un eje vertical, encontrándose la piedra a 0,15 m del eje. ¿Cuál es la máxima velocidad angular con que puede girar el tablero sin que la piedra resbale? El coeficiente de fricción de la piedra con el tablero es 0,4 F 30 a F Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 16 10. Considere un péndulo cónico con un peso de 80,0 kg sujetado a un alambre de 10,0 m que forma un ángulo de 5,00º con la vertical. Determine a) las componentes horizontal y vertical de la fuerza ejercida por el alambre en el péndulo y b) la aceleración radial del peso. 11. El tambor de un lavarropas tiene 60 cm de diámetro, y gira a 600 rpm alrededor de un eje vertical. Calcular la intensidad de la fuerza horizontal que sus paredes hacen sobre el botón suelto de una camisa, cuya masa es 5 g. Comparar con el peso del botón. PROBLEMAS ADICIONALES 1. Se debe construir una cinta transportadora para elevar cajas de cartón. La inclinación de la cinta es de 30° y las cajas pesan 30 kgf. Se dispone de tres materiales para construir la cinta: tela plástica µe = 0,4 y µd = 0,3 lona µe = 0,6 y µd = 0,4 goma µe = 0,8 y µd = 0,5 Elegir el material, que resultaría más adecuado, teniendo en cuenta que la goma es más cara que la lona y esta que la tela plástica, justificando la respuesta. Calcular la fuerza de roce que actúa sobre la caja mientras, está subiendo e indique claramente el sentido de la misma. 2. Un bloque pequeño de masa m descansa sobre una mesa horizontal sin fricción a una distancia r de un agujero en el centro de la mesa. Un hilo atado al bloque pequeño pasa por el agujero y está atado por el otro extremo a un bloque suspendido de masa M. Se imprime al bloque pequeño un movimiento circular uniforme con radio r y rapidez v. ¿qué v se necesita para que el bloque grande M quede inmóvil una vez que se le suelta? 3. Se hace girar un objeto mediante una cuerda de 0,5 m de longitud, atada al techo en el extremo libre, de modo que la cuerda forma un ángulo constante de 37° con la vertical (péndulo cónico). Se solicita: a) Realice un Diagrama de cuerpo libre indicando las fuerzas actuantes en el sistema. b) Calcular el período del movimiento circular uniforme que describe el objeto. c) Analizar si dependerá de su masa. d) Analizar qué valor tiene el período, para un ángulo menor que 5° 4. Se aprieta un borrador, de m = 200 g, contra un pizarrón como se indica en la figura. ¿Cuál es la fuerza mínima que hay que aplicarle para que no se caiga? Siendo µe= 0,4 para los casos: a) Fuerza aplicada horizontal. b) Fuerza aplicada con un ángulo 45º respecto al pizarrón Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 17 TRABAJO PRÁCTICO Nº 6: Trabajo y energía A-PARA ANALIZAR 1- En una competencia, se juega la cinchada, que consiste que dos equipos tiren de la cuerda con el fin de que uno de ellos atraviese una marca en el suelo. Si sucede que los dos equipos que jalan de la cuerda están equilibrados, de manera que no hay ningún movimiento. ¿se realiza trabajo sobre la cuerda?. ¿sobre los concursantes?¿sobre el suelo?. Justifique 2- Dos niños en un patio de juego, se suben a sendos toboganes cuyas parte superior e inferior del primero y del segundo se encuentran a la misma altura. Si las longitudes de los toboganes son distintas, y la fricción es despreciable, ¿la rapidez de salida de ambos niños será mayor en el que tiene mayor longitud?. Explique 3- Un camión tiene el doble de masa que un automóvil, si los dos se mueven con la misma rapidez. Si la energía cinética del camión es K joules, ¿la energía cinética del camión es el doble que la del automóvil?. Explique. 4- ¿Cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas, sobre un carro de montaña rusa moviéndose con velocidad constante en un rulo de la misma?, a) el carro está acelerando, b) la suma de todas las fuerzas es cero, c) la fuerza de la gravedad es la única fuerza que realiza trabajo sobre el carro, d) hay dos fuerzas actuando sobre el carro pero ninguna de ellas realiza trabajo. 5- Una persona sube a una rueda gigante, luego de dar una vuelta completa, ¿el trabajo realizado por la fuerza gravitatoria es positivo, negativo o nulo? Justifique. B- PROBLEMAS 1. Una persona arrastra un cuerpo sobre una superficie horizontal lisa, ejerciendo una fuerza constante de 10kgf, como se muestra en la figura. Sabiendo que se desplaza de A hacia B; a) ¿cuál es el valor del ángulo entre la fuerza F y el desplazamiento?; b) ¿cuál es el trabajo realizado por la persona?; c) ¿cuáles son los ángulos que forman el vector desplazamiento con las fuerzas Peso y Normal? d) Calcule el trabajo de dichas fuerzas. 2. Tres remolcadores llevan un barco hacia su dársena, tirando cada uno con una fuerza constante de 3.105 N en un recorrido de 500m, como se muestra en la figura. Si la fuerza de rozamiento que ejerce el agua sobre el barco es de 105N, determinar: a) La resultante de las fuerzas que actúan sobre el barco, b) El trabajo que realiza la fuerza resultante, c) el trabajo que realiza cada una de las fuerzas que actúan, d) La suma de los trabajos calculados en c. Comparar este resultado con el del inciso b) 3. Un piano de 380 kg resbala 3,5 m por una rampa de 27º y un hombre le impide acelerar empujándolo hacia arriba paralelamente a la rampa. Si μ = 0,4. Calcule a) la fuerza ejercida por el hombre, b) el trabajo hecho por el hombre sobre el piano, c) el trabajo hecho por la fuerza de fricción, d) el trabajo realizado por la normal, e) el trabajo realizado por la fuerza gravitatoria, f) el trabajo realizado por la fuerza resultante y g) el trabajo neto hecho sobre el piano. 4. María pesa 60 kgf, y desciende en un ascensor desde el 4° piso hasta la planta baja. Calcular el trabajo que realiza la fuerza que hace el piso del ascensor («normal»)sobre ella, en los siguientes tramos de 4 m de longitud cada uno: a) Arranque con aceleración constante, de 0,5 m/s². b) Descenso con velocidad constante de 2 m/s. c) Frenado con aceleración constante, de 0,5 m/s². 5. En un partido de beisbol un jugador bateó una pelota (181 gramos) tan fuerte que salió del campo de juego. En un punto de su trayectoria, la pelota estaba a 28,8 m sobre el suelo y se movía a una velocidad de 19,7 m/s. Determine la energía mecánica total de la pelota. 6. Un cuerpo de 2 kg se lanza verticalmente hacia arriba con una velocidad de 12,52 m/s desde una altura de 1m. Calcule su energía potencial, cinética y mecánica: a) en su posición de lanzamiento, b) en su posición más alta c) al tocar el suelo. 7. ¿Cuánto trabajo se requiere para detener un electrón (m=9,11.10-31kg) que se mueve a una velocidad de 1,90.106 m/s? Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 18 8. El gráfico de energía potencial de una masa m unida a un resorte horizontal se muestra a la derecha. Donde x representa la elongación o compresión del resorte respecto de su posición no deformada. Si el sistema no presenta rozamiento ni otra fuerza no conservativa. Señala las opciones correctas: a) La constante elástica del resorte vale 3 x 104 N/m. b) El trabajo de la fuerza elástica entre x=-2cm y x=2cm es 0J. c) La fuerza elástica en x=-2cm es de 600N. d) El trabajo de la fuerza elástica x=-2cm y x=0cm es -6J. 9. Una fuerza constante F = (15,0 i) [N] actúa sobre un tronco de 10,0kg que se desplaza en cada caso como se muestra en la figura. Calcule el trabajo que efectúa esa fuerza al desplazar el tronco. 10. Una fuerza variable actúa sobre un cuerpo de 5kg como se muestra en la figura mientras este se desplaza horizontalmente. a) Calcule el trabajo realizado por dicha fuerza F sobre el cuerpo, b) Si el cuerpo se encuentra en reposo sobre una superficie plana sin fricción, calcule la rapidez del cuerpo después de que se realiza el trabajo calculado anteriormente. 11. Calcular el trabajo efectuado por un hombre que arrastra un saco de harina de 65 kg por 10 m a lo largo del piso con una fuerza de 25 kgf y luego lo levanta hasta un camión cuya plataforma está a 75 cm de altura. ¿Cuál es la potencia promedio desarrollada si el proceso entero tomó 2 minutos?. 12. Las pistas de esquí en Bluebird Mountain utilizan cuerdas de arrastre para transportar snowboarders y esquiadores a la cima de la colina. Una de las cuerdas de remolque es impulsada por un motor de 22 kW que arrastra a los esquiadores con una cuerda inclinada de 14° con respecto a la superficie de la colina a velocidad constante. Supongamos que 18 esquiadores con una masa promedio de 48 kg se aferran a la cuerda y supongan que el motor funciona a plena potencia. a) Determine el peso total de esos esquiadores, b) determine la fuerza requerida para llevar a los esquiadores sobre colina de 14º a una velocidad constante, c) determine la velocidad a la cual los esquiadores ascenderán por la colina. PROBLEMAS ADICIONALES 1. Un fisiculturista levanta una pesa de 350N desde el suelo hasta una posición sobre su cabeza, a una distancia vertical de 2,000m. ¿Cuánto trabajo realizó el fisiculturista suponiendo que mueve la pesa con rapidez constante?. ¿Cuál es la variación de energía potencial producida?. 2. Un bloque de masa 6 kg se coloca en reposo sobre un plano rugoso inclinado 27º con respecto a la horizontal. Los coeficientes de roce estático y cinético son respectivamente 0,30 y 0,20. a) Haga un diagrama de cuerpo libre del bloque y justifique porqué éste se moverá a lo largo del plano, b) calcular el trabajo realizado por cada fuerza sobre el bloque, cuando éste se desplaza 2,00m a lo largo del plano, c) Determinar el trabajo neto efectuado sobre el bloque, d) ¿Qué velocidad tiene el cuerpo al final del recorrido de 2m? 3. Cuando un objeto de 2,50kg se cuelga verticalmente de cierto resorte ligero, el mismo se estira 2,76cm al llegar al equilibrio, a) ¿cuál es la constante de fuerza del resorte?, b) Si se quita el cuerpo de 2,50kg y se coloca un bloque de 1,25kg ¿cuánto se estirará el resorte?, c) ¿cuánto trabajo deberá realizar un agente externo para estirar el resorte 8,0cm a partir de su posición sin estirar?. Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 19 4. Un auto de 1425 kg parte del reposo sobre una pista horizontal. Suponiendo que la fuerza de rozamiento es constante y vale 15 kgf, calcule: a) la aceleración que es preciso comunicar al auto para alcanzar una velocidad de 120 km/h en 800 m. b) El trabajo que habrá realizado el motor desde el momento en que parte hasta el instante que alcanza los 120 km/h. c) la potencia que desarrolla el motor en el instante que alcanza la velocidad de 120 km/h. d) La distancia que recorrerá hasta pararse si cuando va a 120 km/h se desconecta el motor. 5. Un cajón de 50 N es arrastrado hacia arriba del plano inclinado por una fuerza de 70 N, paralela al plano de modo que al desplazarse de A a B se efectúo sobre el cajón un trabajo neto de 600 J. ¿cuál es la medida del ángulo θ?. Desprecie el rozamiento. Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy–U.N.Ju 20 TRABAJO PRÁCTICO Nº 7: Conservación de la energía A-PARA ANALIZAR a) ¿Siempre que aumenta la energía cinética de un cuerpo disminuye su energía potencial? Justifique b) Cuando se comprime un resorte a partir de su estado de equilibrio su energía potencial elástica aumenta y cuando se lo estira disminuye? Explique. c) La ley de conservación de la energía establece que la variación de energía total de un determinado sistema es: Esist = Eentrada Esalida? Explique. d) ¿Las pérdidas de energía se transforman en calor? e) ¿Las fuerzas no conservativas violan el principio de conservación de la energía? B- PROBLEMAS 1- Se lanza una pelota hacia arriba en el aire. a) ¿En qué posición es máxima su energía cinética? b) ¿en qué posición es máxima su energía potencial gravitacional? 2- Una persona deja caer una pelota desde lo alto de un edificio, mientras que otra persona que se encuentra abajo observa su movimiento. a) ¿Estarán de acuerdo estas dos personas acerca del valor de la energía potencial gravitatoria del sistema pelota- tierra? b) ¿y sobre el cambio de la energía potencial? c) ¿Y sobre la energía cinética? 3- Una partícula de masa “m” parte del reposo y se desliza hacia abajo por un tramo sin fricción, como se muestra en la figura. Abandona el tramo en forma horizontal y golpea en el suelo a 1,00 m de distancia del borde de la rampa . Determine la altura “H” desde la cual fue lanzado el objeto. 4- Una partícula de 0,500 kg de masa se dispara desde P con una velocidad inicial v0 que tiene una componente horizontal de 30,0 m/s. La partícula asciende hasta una altura máxima de 20,0 m sobre P. Con los principios de la conservación de la energía determine: a) La componente vertical de v0. b) El trabajo efectuado por la fuerza gravitacional sobre la partícula durante su movimiento de P a B c) Las componentes horizontal y vertical del vector velocidad cuando la partícula llega a B. 5- En la figura se ve un bloque de 10,0 kg que se suelta desde el punto A. La pista no ofrece fricción excepto en la parte BC de 6,00 m de longitud. El bloque se mueve hacia abajo por la pista y golpea un resorte de constante de fuerza k igual a 2250 N/m y lo comprime 0,300 m a partir de su posición de equilibrio antes de quedar momentáneamente en reposo. Determine el coeficiente de fricción cinético entre la superficie BC y el bloque. 6- En la figura se muestra un bloque que tiene una velocidad inicial v0 = 6 m/s y se desliza a lo largode una vía de un nivel a otro nivel más alto, moviéndose en un valle intermedio libre de fricción. La diferencia de altura es de 1,1 m. El bloque llega al nivel más alto, en donde el coeficiente de fricción dinámico es 0,6. Calcule la distancia que recorre el bloque hasta detenerse. 7- Un cuerpo pequeño se suelta en A luego de deslizarse hacia abajo por la superficie esférica de 8 m de radio, ingresa en un plano inclinado rugoso (µ = 0,25). Determinar hasta que altura h subirá el cuerpo por el plano. 8- Un cuerpo de masa m es soltado desde el punto A. Si su velocidad en B es de 20 m/s y no existe fricción, hallar la máxima velocidad que puede adquirir la masa m. Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy–U.N.Ju 21 9- Una bolita de masa m = 4 kg que pende de un hilo de longitud L se desvía hacia un lado de manera de que dicho hilo ocupa la posición horizontal A y desde ese punto se suelta la bolita. Abajo a una distancia h = 2/3L del punto de suspensión O hay un clavo C ¿cuál es la tensión del hilo en instante que ocupa la posición horizontal B 10- Un pequeño cuerpo es soltado desde A e ingresa a una cavidad esférica lisa de radio 8m para luego ingresar desde B a un plano inclinado donde e = ¼. ¿Hasta qué altura ascenderá el cuerpo sobre el plano inclinado? 11- Por el plano inclinado de la figura se deja caer un cuerpo con una velocidad de 2 m/s. Sabiendo que = 0,2, calcular por métodos energéticos la distancia d para que el cuerpo llegue al punto C con una velocidad de 3 m/s. 12- Un péndulo de 1m de longitud está amarrado en lo alto de una alacena, y está inicialmente mantenido formando un ángulo de 30º con la formará con la vertical, cuando la masa suspendida alcance el punto más alto, bajo la alacena? Desprecie los efectos de fricción PROBLEMAS ADICIONALES 13- Un resorte cuya constante elástica es 1000N/m se comprime 40 cm como indica la fig. Hallar el máximo alcance horizontal de la esfera de 10 kg, después que se suelta el resorte. 14- Una pequeña esfera de masa “m” se desliza desde el punto A. ¿Cuál es la reacción de la pista semicircular lisa en B. 15- Un resorte ideal y sin masa S puede comprimirse 1,0 m con una fuerza de 100 N. El mismo resorte se coloca en la base de un plano inclinado sin fricción que forma un ángulo de 30º con la horizontal. Se suelta una masa M de 10 kg que estaba en reposo en la parte superior del plano inclinado y ésta queda momentáneamente en reposo después de comprimir el resorte en 2,0 m. a. ¿Qué distancia recorrerá la masa antes de detenerse b. ¿Cuál es la rapidez de la masa justo antes de tocar el resorte? 16- ¿Qué velocidad debe tener la bolita en A para que entre al tubo horizontal en B, si el radio de la pista semicircular lisa es 0,5 m? x 1 0 m 6 m C d B A 30º 1 m 30º 0,5 m S M A h R R B 31º h Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 22 TRABAJO PRÁCTICO Nº 8: Centro de masa – cantidad de movimiento A- PARA ANALIZAR 1- Si un camión grande y pesado choca con un auto, es más probable que se lesionen los ocupantes del auto que el conductor del camión. ¿Por qué? 2- Un obús con una trayectoria parabólica (ignorando la resistencia del aire) estalla en vuelo dividiéndose en dos fragmentos de igual masa. Los fragmentos siguen nuevas trayectorias parabólicas, pero el centro de masa sigue la trayectoria parabólica original, igual que si la masa aún estuviera concentrada ahí. El centro de masa en la continuará en la misma trayectoria parabólica incluso después de que uno de los fragmentos golpee el suelo? ¿Por qué? 3- Se dispara una ametralladora hacia una placa de acero. ¿La fuerza media que actúa sobre la placa por los impactos es mayor si las balas rebotan o si se aplastan y pegan a la placa? Explique. B- PROBLEMAS 1. Calcular el centro de masa de un sistema formado por tres partículas m1=2kg; m2=4kg y m3=6kg; cuyas posiciones son (0, 0); (0, 3) y (4, 0) respectivamente. 2. Una tabla uniforme se corta en la forma indicada en la figura. ¿Cuáles son las coordenadas del centro de masa? 3. Un trineo de 6kg avanza horizontalmente sobre el hielo con una velocidad de 9m/s, cuando se deja caer sobre él verticalmente un paquete de 12 kg. ¿Cuál es la velocidad final que adquiere el trineo? 4. Considere un sistema de dos partículas en el plano xy, la masa m1=2kg tiene posición ⃗⃗⃗ m y velocidad ⃗⃗⃗⃗ m/s y la masa m2 = 3kg posición ⃗⃗ ⃗ m y velocidad ⃗⃗⃗⃗ – m/s: a) Graficar la posición de las partículas, b) encuentre y grafique la posición del centro de masa del sistema, c) Determine la velocidad del centro de masa, d) calcule el ímpetu lineal total del sistema. 5. Una pelota de 0,40 kg de masa es lanzada horizontalmente contra una pared a una velocidad de 30 m/s, al rebotar lo hace horizontalmente hacia la derecha a 20 m/s. a) Calcular el impulso de la fuerza ejercida por la pared sobre la pelota, b) si el tiempo de colisión es 1ms, calcular la fuerza ejercida por la pared sobre la pelota. 6. La fuerza que actúa sobre una partícula de 3kg varia con el tiempo como se muestra en la figura, calcule: a) el impulso de la fuerza, b) la velocidad final de la partícula si inicialmente esta en reposo, c) su velocidad final si al principio se mueve a lo largo del eje x con una velocidad de -2m/s, d) la fuerza promedio ejercida sobre la partícula en el intervalo de tiempo t1=0s a t2=5s. https://es.wikipedia.org/wiki/Ob%C3%BAs Facultad de Ingeniería FÍSICA I AÑO: 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 23 7. Un sistema de tres partículas de masa m1 = 8kg, con posición ⃗⃗⃗ m, m2 = 4kg con posición ⃗⃗ ⃗ – m y m3 = 4kg en ⃗⃗ ⃗ m; sobre las que actúan las fuerzas F1=16 N paralela al eje y(+), F2=14 N paralela al eje x(+) y F3=6N paralela al eje x(-), respectivamente. Encontrar: a) la posición del centro de masa del sistema; b) la aceleración del centro de masa del sistema; c) la dirección de la fuerza resultante. 8. Un helicóptero que se desplaza horizontalmente a una velocidad de 120 km/h efectúa una persecución a una lancha de masa 200kg que se desplaza a 100 km/h sin fricción en la misma dirección en línea recta que el helicóptero; en determinado momento un hombre de masa 70kg salta sobre la lancha en movimiento, suponiendo que el hombre permanece en la lancha sin caerse. ¿Cuál será la velocidad final de la lancha? 9. Con un taco se le pega a una bola de billar ejerciendo una fuerza media de 50 N durante un tiempo de 10ms. Si la bola tiene una masa de 0,20kg. ¿Qué velocidad tiene después del choque? 10. Un jugador de golf le pega a una pelota comunicándole una velocidad inicial de 5000cm/s. Suponiendo que la masa de la pelota sea de 25 g y que el palo y la pelota están en contacto durante 0,01 s, encontrar: a) el impulso aplicado a la pelota; b) el impulso aplicado al palo; c) la fuerza media ejercida sobre la pelota por el palo 11. Una pelota de masa m y velocidad v pega perpendicularmente contra una pared y rebota sin disminuir su velocidad. Si el tiempo que dura el choque es t; ¿cuál es la fuerza media ejercida por la pelota sobre la pared? 12. Dos bolas A y B de masas diferentes pero desconocidas chocan. A se encuentra inicialmente en reposo cuando B tiene una velocidad v. Después del choque B tiene una velocidad v/2 y se mueve perpendicularmente a su dirección original. Encontrar la direcciónen que se mueve la bola A después del choque. ¿Puede determinar la velocidad de A a partir de la información dada? 13. Un vaso en reposo explota, rompiéndose en tres pedazos. Dos de ellos que tienen igual masa vuelan en direcciones perpendiculares entre si y con la misma velocidad de 30 m/s. El tercer pedazo tiene una masa triple de la de cada una de las otras. Cuál es la dirección y magnitud de su velocidad inmediatamente después de la explosión? 14. Un hombre colocado sobre patines arroja una piedra que pesa 80 N mediante una fuerza de 15 N que actúa durante 0,8 s. ¿con que velocidad sale la piedra y cuál es la velocidad de retroceso del hombre si su masa es de 90 Kg? PROBLEMAS ADICIONALES 1. Con una escopeta se dispara un cartucho de 100 perdigones de 0,4 g cada uno, los que adquieren una velocidad de 280 m/s. ¿Cuál es la velocidad de retroceso del arma si pesa 5 Kg? 2. Una pelota de futbol de 850 g de masa, adquiere una velocidad de 40 m/s mediante un puntapié de 0,2 s de duración. ¿Qué fuerza recibió la pelota? 3. Un hombre de 70 Kg se encuentra sobre un trineo de 20 Kg en reposo sobre una superficie helada. El hombre tiene en sus manos una escopeta, con la cual desea acelerar el trineo para que este adquiera una velocidad de 0,2 m/s. Si en el disparo la escopeta ejerce un impulso de 25 Kgm/s sobre el proyectil. ¿En qué dirección debe apuntar? (Despreciar la masa de la escopeta frente a la del hombre). Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 24 TRABAJO PRÁCTICO Nº 9: Choques A- PARA ANALIZAR 1- Se tiene tres pelotas de diferentes materiales, se las coloca a las tres a una misma altura H y se las deja caer de manera que choquen con el piso. La primera bola rebota y llega hasta la misma altura desde donde se soltó. La segunda pelota solo alcanza la 2/3 de altura luego de rebotar en el piso. La tercera queda pegada al piso sin rebotar. Identificar si los choque son plásticos, inelásticos o elástico. Justificar la respuesta. 2- En las experiencias de cuerpos que caen al piso son problemas de choques, independientemente de que el cuerpo rebote o no: a) ¿Cuáles serían los cuerpos que estarían chocando? b) El principio fundamental en choque es la conservación de momento lineal del sistema, en este tipo experiencias, ¿qué cuerpos conforman “el sistema”? ¿se cumple el principio de conservación de la cantidad de movimiento? 3- Se tiene dos bolas, la bola A se encuentra inicialmente en reposo, mientras que la bola B viene con una velocidad inicial VB y choca elásticamente, y frontalmente, la bola A. Como deben ser las relaciones entre las masas mA y mB para que después del choque: a) la bola B quede en reposo y la bola A adquiera velocidad, b) la bola B siga con una velocidad en el mismo sentido que venía y c) para que la bola B rebote. 4- Supón que estas patinando en el hielo en línea recta a una velocidad relativamente alta. De repente te encuentras con que un niño distraído viene inevitablemente a colisionar contigo, ¿qué harías?: a) En el momento de la colisión agarrarías al niño de forma que después del choque ambos queden juntos con la misma velocidad, b) simplemente esperarías el choque en una actitud pasiva, o c) al momento del impacto empujarías al niño, tratando de producir como un rebote del niño contigo. Justifica la respuesta. B- PROBLEMAS 1. Una bolilla de 10 g de masa se dirige hacia la izquierda a 0,4 m/s sobre una superficie horizontal, y choca, elásticamente, de frente con otra bolilla de 30 g que se mueve a 0,2m/s en la misma dirección pero sentido opuesto. a) Calcule la magnitud y sentido de la velocidad de cada bolilla inmediatamente después que se produce el choque. b) Evalúe el cambio de energía cinética de cada bolilla debido al choque entre ellas. 2. Un automóvil, de 1200 kg, circula a 90 km/h por una ruta recta y horizontal. Debido a un descuido del conductor choca desde atrás a un camión, de 9000 kg de masa, que circulaba a 20 m/s en la misma dirección y sentido que automóvil. Inmediatamente después del choque, el automóvil se mueve en la misma dirección y sentido que tenía antes de la colisión, pero ahora con una rapidez de 18 m/s. a) Calcular la magnitud de la velocidad del camión justo después del choque. b) Determine si se trata de un choque elástico, semi-elástico ó totalmente inelástico. b) Calcule el coeficiente de restitución. c) ¿Qué cantidad de energía se perdió en el proceso del choque? ¿Cómo se disipó? 3. Una bala de 20 g choca y se incrusta contra un bloque de 180 g que está sujeto al extremo de una barra de masa despreciable de 20 cm de longitud, sobre una superficie horizontal. Despreciando rozamientos y sabiendo que la barra resiste una fuerza máxima de 400 N sin romperse, determinar la máxima velocidad con que puede llegar a chocar la bala para evitar que se rompa la barra. 4. Los objetos que aparecen en la tabla se sueltan desde una altura de 85 cm. Se ha registrado la altura a la que pueden llegar después del primer rebote. Determinar: a) el coeficiente de restitución para cada objeto, b) ¿cuál de las pelotas alcanzará la mayor altura en su segundo rebote y que valor tendrá la misma? Objeto H (cm) h1 (cm) e Pelota de golf 85,0 62,6 Pelota de tenis 85,0 43,1 Bola de billar 85,0 54,9 Bola de acero para rodamiento 85,0 30,3 Bolilla de vidrio 85,0 36,8 Pelota de goma 85,0 58,3 Facultad de Ingeniería FISICA I AÑO 2019 Universidad Nacional de Jujuy – U.N.Ju 25 5. Se deja caer una esfera como se muestra en la figura, esta colisiona con el bloque de masa 10 kg y el bloque se desplaza 1 m antes de quedar en reposo. El coeficiente de fricción dinámico entre el bloque y la superficie es de 0,22. Si el coeficiente de restitución vale 0,75. a) ¿Desde qué altura se soltó la esfera de masa 3 kg? b) Determinar si después del choque la esfera rebota o no. c) ¿Qué altura alcanza la esfera después de golpear al bloque? 6. Dos esferas, chocan. Antes de la colisión, una de las esferas, de 2 kg, se mueve con una velocidad ⃗⃗ ⃗ ( ̂ ̂) mientras que la otra, de 3 kg, lo hace con ⃗⃗⃗⃗ (- ̂ ̂) . Luego del choque, la esfera de 2 kg sale con una velocidad ⃗⃗ ⃗ ( ̂ ̂) . a) Calcule la velocidad después del choque de la esfera de 3 kg. b) Determine si se trata de un choque elástico, semi - elástico o totalmente inelástico. 7. Un gran tiburón blanco tiene una masa de 1750 kg, mientras está nadando ve que justo debajo hay un apetitoso pez de 95 kg que nada horizontalmente a 8,0 m/s. El gran tiburón inicia su cacería yendo verticalmente en picada hacia su presa alcanzando los 3 m/s y lo engulle de un solo bocado. a) ¿Cuál es el ángulo , respecto a la vertical, del tiburón después de haber obtenido su bocadillo? b) ¿Cuál es la rapidez final del tiburón? (despreciar rozamiento con el agua). 8. Física forense 1: en la intersección de la Av. Alte. Brown y J. Manuela Gorriti de San Salvador de Jujuy, se produce un siniestro vial entre dos vehículos. Un sedán cuatro puertas de 950 kg que circulaba de oeste a este por Gorriti colisiona con una camioneta utilitaria, de 1900 kg de masa, que transitaba por Alte. Brown de sur a norte. Los dos vehículos quedan enganchados después del choque, y se deslizan con una rapidez de 16 m/s en dirección 24° al este del norte. a) Calcular las magnitudes de las velocidades de cada vehículo justo antes del choque. b) Determinar la pérdida de energía mecánica debido a la colisión. 9. El deporte olímpico curling se trata enteramente de colisiones. Un jugador desliza una “piedra” de granito de 19,0 kg por el hielo, a una distancia de 40 m del área del blanco (círculos concéntricos). Los equipos se turnan para deslizar piedras, y gana la piedra que al final queda más cercana al centro del blanco.
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