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67 DINÁMICA RECTILÍNEA - ROZAMIENTO TEMA 08 ¿QUÉ ES INERCIA? Es aquella propiedad de todos los cuerpos por la cual tienden a mantener su velocidad, es decir, tanto el módulo como la dirección de la velocidad tienden a mantenerse constantes. ¿CÓMO SE MANIFIESTA LA INERCIA? Para comprender ello examinemos los siguientes casos: a. Observamos La plataforma y el joven se mueven juntos; luego el obstáculo interrumpe el movimiento de la plataforma mientras que el joven por inercia tiende a seguir avanzando. b. Observamos Al tirar el joven B del cable, pone en movimiento a la plataforma mientras que el joven A por inercia se “resiste” a cambiar su estado de reposo y tiende a mantenerse en el mismo lugar. Tener presente 1. Galileo Galilei estableció la inercia en movimiento mientras que Isaac Newton fijó la inercia en reposo. 2. Un cuerpo en movimiento tiene que conservar su movimiento y otro en reposo tiende a conservar su reposo. 3. Los cuerpos con mayor masa presentan mayor tendencia a querer conservar su movimiento o reposo. 4. La masa (M) es una magnitud física (escalar) que sirve de medida de la propiedad inercia. Su unidad es el kilogramo (kg). SEGUNDA LEY DE NEWTON Newton se percató que la aceleración, que se genera a un cuerpo, no solamente depende de la fuerza. Aplicada al cuerpo, sino también de la masa del objeto; Newton estableció: El módulo de la aceleración que adquiere un cuerpo es directamente proporcional al módulo de la fuerza resultante e inversamente proporcional a la masa del cuerpo; además la dirección de la aceleración coincide con la dirección de la fuerza resultante. La ACELERACIÓN y la FUERZA RESULTANTE siempre tienen la misma dirección. ◊ MÁQUINA DE ATWOOD: “Controlando la gravedad” La máquina de Atwood consiste de dos masas m1 y m2 conectadas mediante una cuerda ligera a través de una polea. La diferencia de masas produce aceleración Considerando que m1 > m2 la aceleración de estas masas se halla con la segunda ley de Newton: FÍSICA 68 Representando el DCL del sistema de partículas: ROzAMIENTO Seguramente alguna vez usted habrá intentado arrastrar un bloque de cierto material, y habrá notado que no resbale. Esto se debe a que tanto la superficie del bloque como el piso presentan asperezas (rugosidades) y por ello se manifiesta una oposición al deslizamiento del bloque, surgiendo así una fuerza que recibe el nombre de “fuerza de rozamiento”. En el ejemplo: Tiende a deslizar o desliza fr: Fuerza de rozamiento FN : fuerza normal R : Reacción del piso sobre el bloque Luego: NOTA: Cuando un bloque resbala o intenta resbalar sobre una superficie, la fuerza total (R) sobre el cuerpo es inclinada respecto de la superficie de contacto y para facilitar el análisis se descompone en una fuerza normal (FN) y una de rozamiento (fr). ◊ CASOS PARTICULARES 1. Fuerza de Rozamiento Estático (fs) Esta fuerza se manifiesta cuando las superficies intentan resbalar pero no lo logran. Por ejemplo; si analizamos al bloque apoyado sobre el plano inclinado rugoso: Inicialmente Aumentamos el ángulo de Inclinación El bloque aumenta su tendencia a resbalar luego, también aumenta “fs” de modo que en algún momento el bloque estará a punto de deslizar (Movimiento inminente). En este instante, la fuerza de rozamiento estático alcanza su valor máximo (fsmáx). Luego: Donde: µs : Coeficiente de rozamiento estático (Adimensional) Además: Donde: q : Ángulo máximo que se puede inclinar la superficie de modo que el bloque aún no deslice. 2. Fuerza de Rozamiento Cinético (fc) Esta fuerza se manifiesta cuando las superficies en contacto deslizan una respecto de la otra. Su valor es prácticamente constante. µk : Coeficiente de rozamiento cinético (Adimensional) FÍSICA 69 NOTA: Entre dos superficies en contacto existen dos coeficientes de rozamiento (µs y µc) de modo que: µs > µc. EJERCICIOS RESUELTOS 1. La segunda ley de Newton relaciona las causas con el efecto. Las causas son las fuerzas exteriores que actúan sobre el cuerpo y el efecto es la aceleración. Conocida la aceleración se estudia el movimiento. La figura muestra dos bloques y uno de ellos se desliza por la superficie del plano sin rozamiento. Si las masas de los bloques son m1=10kg y m2=4kg, determina la magnitud de la aceleración de los bloques. (g = 10m/s2) ◊ SOLUCIÓN: Bloque m1 m1gsen37° Bloque m2 T - m2g m= m2a De (1) y (2) Rpta.: . 2. Se aplica una fuerza horizontal de magnitud 20N sobre dos bloques de masas de 4kg y 6kg respectivamente y ubicados sobre una superficie lisa, tal como se muestra en la figura. Determine la magnitud de la fuerza de contacto entre los bloques. ◊ SOLUCIÓN: Considerando al sistema como un solo bloque: 20 = (4+6)a ⇒ a=2m/s2 Analizando el bloque de 6 kg. R=6a=6(2)=12N Rpta.: 12N. 3. Una persona desplaza una mesa de masa 10 kg sobre una superficie horizontal rugosa desde el reposo con una fuerza horizontal constante de magnitud F = 21 N, tal como se muestra en la figura. Si la mesa se desplaza una distancia d = 5m durante 10s, determine el coeficiente de fricción entre la mesa (las patas de la mesa) y la superficie horizontal. ◊ SOLUCIÓN: Del MRUV: De la primera ley de Newton: N* = mg = (10)(10) = 100N De la segunda ley de Newton: Rpta.: 0,2. FÍSICA 70 PRÁCTICA DIRIGIDA 1. Si sobre uno de los bloques lisos actúa la fuerza de 100N, determine el módulo de la fuerza que el bloque A le ejerce al bloque B sabiendo que la aceleración del sistema es de 8 m/s2. (mB = 6kg) A) 80 N B) 48 N C) 60 N D) 50 N 2. Del sistema mostrado, determine la magnitud de la aceleración de la esfera luego de 0,01s de haber sido soltado. (Desprecie todo rozamiento, g = 10 m/s2) A) 3 m/s2 B) 4 m/s2 C) 5 m/s2 D) 6 m/s2 3. Un cubo es empujado por una fuerza de 90N hacia arriba, si la masa del cubo es de 3kg. Calcular la aceleración del cubo (g = 10m/s2). A) 10m/s2 B) 9m/s2 C) 3m/s2 D) 20m/s2 4. Un cuerpo de 100g que inicia su movimiento horizontal y recorre 3m bajo la acción de una fuerza horizontal adquiriendo una velocidad de 6m/s al final del recorrido. Determine la magnitud de dicha fuerza. A) 0,5N B) 0,6N C) 1N D) 1,5N 5. Un auto que parte del reposo adquiere una velocidad de 20m/s en 4s. Calcular el valor de la fuerza que actúa sobre el auto de masa 100kg. A) 100N B) 200N C) 300N D) 500N 6. Dos bloques son soltado sobre una plano inclinado liso de 8m de altura y formando un ángulo de 53° con la horizontal, determine la diferencia de sus magnitudes de sus aceleraciones si las masa de los bloques son de 2kg y 4 kg. .(g = 10m/s2). A) 6m/s2 B) 7m/s2 C) 0 m/s2 D) 9m/s2 7. En el mundo de la física introductoria, la segunda ley de Newton es una de las leyes más importantes, Sabemos que los objetos solo pueden acelerar si hay fuerzas actuando sobre ellos. La segunda ley de Newton nos dice exactamente cuánto puede acelerar un objeto para una fuerza neta dada. De la figura mostrada, calcular la aceleración del sistema, y la magnitud de la fuerza de interacción de las paredes verticales entre los objetos. A) 4,5 m/s²;52 N B) 0,5 m/s² ; 32 N C) 1,5 m/s² ;45 N D) 3,5 m/s² ;43 N 8. En la figura se muestran dos superficies ásperas en contacto en la cual una de ellas desliza sobre la otra. Calcular la aceleración que poseerá el bloque al ser arrastrado por la fuerza F = 50N. (g = 10m/s2). A) 5m/s2 B) 8m/s2 C) 10m/s2 D) 14m/s2 9. Un bloque de 10 N se coloca sobre un plano inclinado en 53° con respecto a la horizontal. Halle la fuerza paralela al plano inclinado de tal como que el bloque suba a velocidad constante. La fricción cinética es de 3 N. A) 6 N B) 8 N C) 9 N D) 11 N FÍSICA 71 10. Un bloque de 40 N de peso reposa en una superficie horizontal, si µS = 4/5, calcule la fuerza máxima “F” sin que el bloque resbale. A) 15 N B) 25 N C) 35 N D) 40 N 11. Un bloque cuyo peso es 100 N está en equilibrio sobre un plano inclinado. El coeficiente de fricción entre el bloquey el plano es µS. La fuerza que el plano ejerce sobre el bloque es: A) 100 N B) 80 N C) 64 N D) 60 N 12. Si el peso del bloque mostrado es 10 N, hallar el mínimo valor de la fuerza F que se debe aplicar al bloque con la condición de que conserve su estado de equilibrio estático. El coeficiente de rozamiento estático en la pared vertical es 0,5. A) 10 N B) 12 N C) 14 N D) 16 N 13.La figura muestra un bloque de peso 5 N, el coeficiente de rozamiento estático es 0,1. Determinar la mínima magnitud de la fuerza F, tal que el bloque se mantenga en reposo. F es perpendicular al plano inclinado. A) 17 N B) 27 N C) 37 N D) 50 N 14.La tabla B experimenta una aceleración constante de 5 m/s2. Si el bloque A está a punto de resbalar respecto de B. Calcule el coeficiente de rozamiento estático entre A y B. (g = 10 m/s2). A) 0,6 B) 0,4 C) 0,5 D) 0,8 15. A partir del grafico mostrado, determine la aceleración constante del coche y la tensión que soporta el hilo que está unido a la pequeña esfera de 1 kg la cual no se mueve respecto del coche. (g = 10 m/s2). A) 5 m/s2; 10 N B) 7,5 m/s2; 12,5 N C) 2 m/s2; 5 N D) 8 m/s2; 20 N
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