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En la figura mostrada a continuación K=0,20 entre m1 y m2. Si la superficie de contacto entre el bloque m2 y el plano inclina do es lisa. Determine: a) La fuerza F con la que debe halarse la cuerda para que m3 se mueva a razón de 7 m/s2; b) Las tensiones en cada una de las cuerdas ; c) La fuerza que ejerce el suelo al bloque m2. Para resolver los ejercicios de dinámica se deben seguir las recomendaciones indicadas en la teoría. Si el sistema tiene mas de un cuerpo se deben identificar los mismos (en el caso de este ejercicio ya estos están identificados como m1; m2 y m3) 1. Procedemos a realizar los diagramas de cuerpo libre (DCL) para cada uno de los cuerpos, recordemos que a pesar de que consideramos el cuerpo aislado las interacciones con el entorno permanecen. En el DCL identificamos todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, y la dirección y sentido en que estas lo hacen. Se coloca el sistema de referencia (se considera positivo el sentido del movimiento del cuerpo). Para el primer cuerpo consideramos positivo el sentido del movimiento en el eje X, como en el eje Y no hay movimiento es indiferente hacia donde colocamos el sentido positivo (en este caso se colocó hacia arriba). Procedemos a identificar las fuerzas actuantes: Peso P1 (siempre es verticalmente dirigido hacia abajo) como este no esta sobre los ejes, se debe descomponer; Tensión (La llamaremos T1, porque en el sistema hay varias cuerdas por lo tanto existen varias tensiones) la tensión hala al cuerpo en el sentido de las X+; Normal (N1), siempre es perpendicular a la superficie de contacto en la dirección del cuerpo, Fuerza de fricción (FFK1) en este caso la fuerza de fricción es cinética porque hay movimiento del cuerpo, esta siempre se opone al deslizamiento del mismo. m3= 2Kg F K=0,20 30° DCL 1 m1=1kg P1 P1y 30° En este caso el cuerpo se mueve hacia abajo del plano inclinado, por lo que el eje de las X se considera positivo en ese sentido, como en el eje Y no hay movimiento es indiferente hacia donde colocamos el sentido positivo (en este caso se colocó hacia arriba). Procedemos a identificar las fuerzas actuantes: Peso P2 (siempre es verticalmente dirigido hacia abajo) como este no esta sobre los ejes, se debe descomponer; Tensión, en este caso hay dos tensiones la que ejerce la cuerda 1 (T1) y la de la cuerda 2 (T2 que hala al cuerpo hacia abajo del plano inclinado); Normal, el bloque 2 tiene 2 superficies de contacto, por lo cual tiene 2 normales N1 hacia abajo y N2 verticalmente dirigida hacia arriba que es la que el plano inclinado le ejerce al cuerpo; Fuerza de fricción, como el cuerpo tiene 2 superficies de contacto debemos verificar cuales generan fricción, como el plano inclinado es liso, este no provoca fricción, pero el bloque 1 sobre el 2 si lo hace, por lo cual FFK1 se refleja en el diagrama, siempre opuesto al deslizamiento del cuerpo. DCL 2 m2=3kg P2 30° X (+) DCL 3 m3=2kg Y(+) T2 T3 P3 Este cuerpo se mueve verticalmente hacia abajo por lo cual se considera el eje Y (+) en ese sentido, como no hay movimiento en el eje x es indiferente hacia donde se coloque el positivo. Identificamos las fuerzas; en este caso el cuerpo no esta en contacto con ninguna superficie por ende no tenemos fuerza de fricción, ni fuerza normal; el P3 verticalmente dirigido hacia abajo, tenemos dos tensiones la T2 hacia arriba y la T3 que hala el cuerpo hacia abajo. Cálculos. Partiendo de los diagramas de cuerpo libre aplicamos las leyes de Newton. DCL 1 m1=1kg P1 P1y 30° 𝐹𝑦 = 0 𝑁1 − 𝑃1𝑦 = 0 𝑁1 = 𝑃1𝑦 = 𝑚1 ∙ 𝑔 ∙ cos 30° 𝑁1 = 1𝐾𝑔 ∙ 9,8 𝑚 𝑠2 ∙ 𝑐𝑜𝑠30° 𝑁1 = 8,49 𝑁 𝐹𝑥 = 𝑚1 ∙ 𝑎 𝑇1 − 𝑃1𝑥 − 𝐹𝐹𝐾1 = 𝑚1 ∙ 𝑎 𝑇1 −𝑚1 ∙ 𝑔 ∙ 𝑠𝑒𝑛30° − 𝜇𝐾 ∙ 𝑁1 = 𝑚1 ∙ 𝑎 𝑇1 − 1𝐾𝑔 ∙ 9,8 𝑚 𝑠2 ∙ 𝑠𝑒𝑛30° − 0,20 ∙ 8,49𝑁 = 1𝑘𝑔 ∙ 7𝑚/𝑠2 𝑇1 − 4,90𝑁 − 1,70𝑁 = 7𝑁 𝑇1 = 4,90𝑁 + 1,70𝑁 + 7𝑁 𝑻𝟏 = 𝟏𝟑, 𝟔𝟎𝑵 DCL 2 m2=3kg P2 30° 𝐹𝑦 = 0 𝑁2 − 𝑃2𝑦 −𝑁1 = 0 𝑁2 = 𝑃2𝑦 + 𝑁1 𝑁2 = 𝑚2 ∙ 𝑔 ∙ cos 30° + 𝑁1 𝑁2 = 3𝐾𝑔 ∙ 9,8 𝑚 𝑠2 ∙ 𝑐𝑜𝑠30° + 8,49𝑁 𝑁2 = 33,95𝑁 𝐹𝑥 = 𝑚2 ∙ 𝑎 𝑇2 +𝑃2𝑥 −𝐹𝐹𝐾1 − 𝑇1 = 𝑚2 ∙ 𝑎 𝑇2 +𝑚2 ∙ 𝑔 ∙ 𝑠𝑒𝑛30° − 𝜇𝐾 ∙ 𝑁1 − 𝑇1 = 𝑚2 ∙ 𝑎 𝑇2 + 3𝐾𝑔 ∙ 9,8 𝑚 𝑠2 ∙ 𝑠𝑒𝑛30° − 0,20 ∙ 8,49𝑁 − 13,60𝑁 = 3𝑘𝑔 ∙ 7𝑚/𝑠2 𝑇2 + 14,70𝑁 − 1,70𝑁 − 13,60𝑁 = 21𝑁 𝑇2 = 21𝑁 − 14,70𝑁 + 1,70𝑁 + 13,60𝑁 𝑻𝟐 = 𝟐𝟏, 𝟔𝟎𝑵 Como en el eje de las Y no hay movimiento la Fy=0 En el eje de las X hay movimiento y sabemos que el sistema tiene aceleración por lo que aplicamos la 2da Ley de Newton Como en el eje de las Y no hay movimiento la Fy=0 En el eje de las X hay movimiento y sabemos que el sistema tiene aceleración por lo que aplicamos la 2da Ley de Newton DCL 3 m3=2kg Y(+) T2 T3 P3 X (+) 𝐹𝑦 = 𝑚3 ∙ 𝑎 𝑇3 + 𝑃3 − 𝑇2 = 𝑚3 ∙ 𝑎 𝑇3 +𝑚3 ∙ 𝑔 − 𝑇2 = 𝑚3 ∙ 𝑎 𝑇3 + 2𝑘𝑔 ∙ 9,8 𝑚 𝑠2 − 21,60𝑁 = 2𝐾𝑔 ∙ 7𝑚 𝑠2 𝑇3 + 19,60𝑁 − 21,60𝑁 = 14𝑁 𝑇3 = 14𝑁 − 19,60𝑁 + 21,60𝑁 𝑻𝟑 = 𝟏𝟔 𝑵 𝑻𝟑 = 𝟏𝟔 𝑵 = 𝐅 Este cuerpo se mueve en el eje de las Y y tiene aceleración por lo cual se aplica la Segunda Ley de Newton Fy=m.a Respuestas: a) F=16N b) T1=13,60N; T2=21,60N y T3=16N c) N2=33,95N
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