Din_Roce_TP N 5 CICLO 2020

Vista previa del material en texto

Facultad de Ingeniería FÍSICA1 AÑO 2020 Universidad Nacional de Jujuy – UNJu 
TRABAJO PRACTICO Nº 5: Dinámica de la partícula – Fuerzas de rozamiento 
A- PROBLEMAS CON RESOLUCION EN AULA VIRTUAL 
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 
 
2. En un sistema como el que se muestra en la figura, la caja C de 5kg y el balde B de 2 kg 
están y permanecen en reposo. Se puede despreciar el entre la cuerda y la polea, y 
despreciar sus respectivas masas. Determinar la intensidad y sentido de la fuerza de 
rozamiento entre la caja y el plano, en este caso. Se va echando arena en el 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 adquieren una 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: (usar g = 10 m/s2 ) 
 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. 
 
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 
 
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. 
B A 
F 
 
 30 
 a 
 
F 
Facultad de Ingeniería FÍSICA1 AÑO 2020 Universidad Nacional de Jujuy – UNJu 
 
 
 
B - PROBLEMAS ADICIONALES PARA RESOLVER EN CASA 
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 angulo 45º respecto al pizarrón 
 
5. 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. 
 
6. Los coeficientes de rozamiento estático y dinámico entre un cuerpo y el suelo son 0,4 y 0,3, respectivamente. La masa del cuerpo 
es de 60 kg e inicialmente se encuentra en reposo apoyado sobre el suelo. 
 a) ¿Se lo puede mover aplicando una fuerza paralela al piso de módulo igual a 300 N? 
 b) En caso afirmativo, ¿cuál sería la aceleración del cuerpo? 
 
7. Un cuerpo A gira en el plano horizontal mantenido por una cuerda ideal que pasa por una polea 
(también ideal) , por un tubo vertical y de la que cuelga el cuerpo B, como se muestra en la figura 
adjunta. El cuerpo A realiza un movimiento circular uniforme alrededor del tubo, siendo su radio de 
giro de r = 30 cm. Si el cuerpo B permanece en reposo, ¿cuál es la velocidad con la que gira el 
cuerpo A? 
 
La respuesta correcta es: 
a) 1,5 m/s b) 2 m/s c) 4 m/s d) 5 m/s e) 8 m/s f) 10 m/s 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Facultad de Ingeniería FÍSICA1 AÑO 2020 Universidad Nacional de Jujuy – UNJu 
 
 
C – CUESTIONARIO PARA RESOLVER EN EL AULA VIRTUAL Y TENER PRESENTE EN EL PRÁCTICO 
1) Una curva de autopista de 300 m de radio no tiene peralte. Suponer que el coeficiente de fricción entre los neumáticos y el asfalto 
seco es de 0,75, con el asfalto mojado 0,50 y con asfalto helado 0,25. Determinar la máxima velocidad con que puede pasar la curva 
un automóvil con toda tranquilidad (sin deslizarse) los días con: 
Tipo Vmáx 
Asfalto seco 
Asfalto mojado 
Asfalto helado 
(Elegir la letra correspondiente dela tabla de la derecha) 
 
2) Un estudiante desea determinar los coeficientes de fricción estático y dinámico entre una caja y un tablón. Para ello coloca la caja 
sobre un tablón y gradualmente eleva un extremo del tablón. Cuando el ángulo respecto a la horizontal alcanza 30° la caja comienza a 
deslizar y desciende 4 m en 4 s. De acuerdo a estos datos: 
a) El coeficiente de roce estático es: μe = 
 Coeficiente 
 A 0,45 
 B 0,58 
b) El coeficiente de roce dinámico es: μd = 
 C 0,52 
 D 0,65 
 
(Indicar los valores colocando en los cuadros la letra de la tabla de la derecha correspondiente a los valores correctos) 
 
3) un explorador de 85 Kg de masa trata de cruzar un río balanceándose en una liana, que tiene 10 m de longitud. Si la velocidad que 
alcanza en la parte más baja del movimiento es de 8 (m/s) , en ese punto entonces: 
(Resaltar con lapicera las respuestas correctas) 
 
a) La aceleración es: a = 
4,6 m/s2 
6,4 m/s2 
5,5 m/s2 
 
b) La tensión de la liana es: T = 
544 N 
856 N 
1030 N 
 
c) Teniendo en cuenta que la liana soporta una carga máxima de 1000 N, ¿El explorador puede cruzar el río? 
Si 
No 
 
4) Una piedra de 0,9 (Kg) es atada a una cuerda de 0,8 (m), la misma se rompe si su tensión excede los 500 (N). La piedra gira en un 
círculo horizontal sobre una mesa sin rozamiento. El otro extremo de la cuerda se encuentra fijo sin romper la cuerda, entonces: 
(Resaltar con lapicera las respuestas correctas) 
a) La aceleración centrípeta máxima que alcanza la piedra es: ac = 
605,0 m/s2 
345,6 m/s2 
555,5 m/s2 
 
b) La máxima rapidez que puede alcanzar la piedra, es: vmáx = 
21,1 m/s 
15,0 m/s 
25,6 m/s 
Letra Velocidad máxima (km/h) 
A 50 
B 137 
C 170 
D 180 
E 98 
Facultad de Ingeniería FÍSICA1 AÑO 2020 Universidad Nacional de Jujuy – UNJu 
 
5) Un grupo de estudiantes de ingeniería tienen que determinar la distancia de frenado de de un vehículo a distintas 
velocidades en condiciones de asfalto seco. Ya saben que los coeficientes de fricción entre los neumáticos y el 
asfalto son: μe = 0,85 y μd = 0,7 (distancia de frenado es la distancia recorrida en línea recta por el vehículo 
desde que comienza a frenar hasta que se detiene completamente). 
A cada velocidad inicial de la de la izquierda relacionar con la distancia de frenado de la derecha, llenando los 
casilleros vacíos con las letras correspondientes. 
 
Velocidad inicial (km/h) df 
40 
60 
90 
110 
 
 
 
 
6) ¿Cuál(es) de las siguientes observaciones sobre la fuerza de fricción es (son) incorrecta(s)? 
 (marcar en los cuadros de la izquierda, pueden ser mas de una) 
 
 
La magnitud de la fuerza de fricción cinética es siempre proporcional a la fuerza normal. 
 
 
 
La magnitud de la fuerza de fricción estática es siempre proporcional a la fuerza externa aplicada. 
 
 
 
El sentido de la fuerza de fricción cinética es siempre opuesta al del movimiento relativo del objeto respecto a la superficie sobre 
la que se mueve. 
 
 
El sentido de la fuerza de fricción estática es siempre opuesta al del movimiento inminente del objeto en relación con la 
superficie sobre la cual se apoya. 
 
 
La magnitud de la fuerza de fricción estática es siempre proporcional a la fuerza normal 
 
 
 
7) Si empujas un gran cajón por el suelo ejerciendo una fuerza horizontal F = 100 N y el cajón se mueve con rapidez constante. 
Entonces la fuerza de fricción tiene una magnitud que es: 
 a) Menor a 100 N b) Mayor a 100 N c) Igual a 100 N 
 d) Igual a 0 N (cero) e) Imposible de indicar, se necesita mayor información. 
 
8) Un cuerpo se desliza por una superficie horizontal rugosa con velocidad constante cuando se aplica una fuerza de 1,35 N. ¿Cuál es 
la magnitud de la fuerza de rozamiento cinética? 
a) Un poco más de 1,35 N. b) Igual a 3 N c) Algo menos de 1,35 N d) Igual a 1,35 N 
 
9) Un bloque de madera con un peso de 1 Kg esta sobre otro idéntico que se halla en la parte superior de una mesa plana de plástico. 
El coeficiente de fricción estática entre las superficies de madera es y el de plástico . Se aplica una fuerza F sólo al bloque 
superior y aumenta hasta que el bloque de arriba empieza a deslizarse. El de abajo se deslizará con el de arriba sí y sólo sí : 
a) < 
 
 
 b) 
 
 
 < < c) = d) 2 < 
 
 Distancia de frenado (m) 
A 13,5 
B 24,7 
C 45,45 
D 68,0 
E 20,25 
F 9,0