Fisica_Mecatronica

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Física Mecatrónica 
Taller Trabajo y Energía 
1) Responder las siguientes preguntas justificando la respuesta: 
 
a) Falso o verdadero: 
 Solo la fuerza resultante puede realizar trabajo. 
 Una persona en una rueda de ferris se mueve en un círculo a velocidad constante. Con lo cual no hay 
ninguna fuerza que haga trabajo sobre la persona. 
 Solo las fuerzas conservativas realizan trabajo. 
 El trabajo realizado por una fuerza conservativa coincide con la disminución de la energía potencial 
asociada con esa fuerza. 
 La fuerza gravitatoria no puede realizar trabajo ya que actúa a distancia. 
 El trabajo realizado por una fuerza no conservativa en un ciclo cerrado es cero (Punto de inicio igual a 
punto final) 
b) Un trabajo negativo significa: 
 La energía cinética del objeto aumenta. 
 La fuerza aplicada es variable. 
 La fuerza aplicada es perpendicular al desplazamiento. 
 El ángulo entre la fuerza aplicada y el desplazamiento es mayor de 90°. 
 Nada, el trabajo nunca es negativo porque es un escalar. 
c) En que factor se modifica la energía cinética de un automóvil al duplicar su velocidad. 
d) Las carreteras en la montaña rara vez suben en línea recta la ladera de la montaña, sino que la suben 
serpenteando gradualmente. Explique por qué (desde el punto de vista de energía y potencia) 
e) Un automóvil se mueve a lo largo de una carretera. El conductor frena bruscamente y el automóvil patina 
hasta detenerse. ¿En qué forma aparece la energía cinética perdida por el automóvil? 
f) En los casos que se muestran en la figura 1, el objeto se suelta desde el reposo en la parte superior y no 
sufre fricción ni resistencia del aire. ¿En cuál situación, la masa tendrá i) la mayor rapidez en la parte de 
inferior y ii) el mayor trabajo efectuado sobre ella iii) el menor tiempo en llegar a la parte inferior? 
 
 Figura 1 
2) Un vagón de montaña rusa viaja sobre una vía sin fricción como se muestra en la figura 2. a) Si su rapidez 
en el punto A es de 5.0 m/s, .que rapidez tendrá en B? b) .Llegara al punto C? c) .Que rapidez mínima 
debe tener en el punto A para llegar al punto C? 
Figura 2 
 
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3) Una excursionista planea columpiarse en una cuerda para cruzar un barranco en las montañas, como se 
ilustra en la figura 3, y soltarse cuando este justo sobre la otra orilla. a) .Con qué rapidez horizontal 
debería moverse cuando comience a columpiarse? b) .Por debajo de que rapidez estaría en peligro de 
caerse al barranco? 
Figura 3 
4) Un bloque de 0.30 kg que se desliza sobre una superficie horizontal sin fricción con una rapidez de 2.5 
m/s, como se muestra en la figura 4, choca con un resorte ligero, cuya constante de resorte es de 3x103 
N/m. a) Calcule la energía mecánica total del sistema. b) .Que energía cinética K1 tiene el bloque cuando 
el resorte se ha comprimido una distancia x1 = 1.0 cm? (Suponga que no se pierde energía en el choque.) 
Figura 4 
5) Un bloque de 263 g se deja caer sobre un resorte vertical con una constante de fuerza k = 2.52 N/cm 
(figura 5). El bloque se pega al resorte, y el resorte se comprime 11.8 cm antes de alcanzar el reposo 
momentáneamente. Mientras el resorte está siendo comprimido, .cuanto trabajo efectúan: (a) la fuerza 
de gravedad y (b) el resorte? (c) .Cual era la velocidad del bloque inmediatamente antes de que alcanzara 
al resorte? 
 
 Figura 5 
6) Los frenos de un camión de masa m=5500kg fallan al bajar por una carretera hacia abajo. (Figura 6). 
Inicialmente, el camión baja con rapidez v0=54m/s. Después de bajar una distancia L=20m por una rampa 
con ángulo 𝛼 = 250, el conductor guía el camión desbocado hacia una rampa de seguridad con ángulo 𝛽 = 300. Las superficies y el camión tienen un coeficiente de fricción 𝜇𝑘 = 0.3. (a)¿Qué distancia sube el 
 
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camión por la rampa antes de detenerse? Use métodos de energía.(b)¿Cuál debe ser el coeficiente 
fricción para que el camión se detenga a los 7m de distancia? 
Figura 6 
 
7) En un puesto de carga de camiones de una oficina de correos, un paquete pequeño de 0.200 kg se suelta 
del reposo en el punto A de una vía que forma un cuarto de círculo con radio de 1.60 m (figura 7). El 
paquete es tan pequeño relativo a dicho radio que puede tratarse como partícula. El paquete se desliza 
por la vía y llega al punto B con rapidez de 4.80 m/s. A partir de aquí, el paquete se desliza 3.00 m sobre 
una superficie horizontal hasta el punto C, donde se detiene. a) ¿Qué coeficiente de fricción cinética tiene 
la superficie horizontal? b) ¿Cuánto trabajo realiza la fricción sobre el paquete al deslizarse éste por el 
arco circular entre A y B? 
Figura 7 
8) Un resorte (k=75 N/m) tiene una longitud en equilibrio de 1.00 m. El resorte se comprime a una longitud 
de 0.50 m y una masa de 2.0 kg se coloca en su extremo libre, sobre una pendiente sin fricción que forma 
un ángulo de 41° con respecto a la horizontal (figura 8). Después se libera el resorte. a) Si la masa no se 
une al resorte, ¿cuán alto sobre la pendiente se moverá la masa antes de llegar al reposo? b) Si la masa se 
une al resorte, ¿cuán alto sobre la pendiente se moverá la masa antes de llegar al reposo? c) Ahora el 
plano inclinado tiene un coeficiente de fricción cinética k. Si se observa que el bloque, unido al resorte, 
se detiene justo cuando alcanza la posición de equilibrio del resorte, ¿cuál es el coeficiente de fricción k? 
Figura 8 
 
9) Un bloque de 20.0 kg se conecta a un bloque de 30.0 kg mediante una cuerda que pasa sobre una polea 
ligera. El bloque de 30.0 kg se conecta a un resorte que tiene masa despreciable y una constante de 
 
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fuerza de 250 N/m, como se muestra en la figura 9 .El resorte no está estirado cuando el sistema esta 
como se muestra en la figura 15, y el plano inclinado y el bloque de 20kg tiene un coeficiente de fricción 
de 0.2. El bloque de 20.0 kg se jala 30 cm hacia abajo del plano (de modo que el bloque de 30.0 kg esta 
50.0 cm sobre el suelo) y se libera desde el reposo. Encuentre la rapidez de cada bloque cuando el bloque 
de 30.0 kg esta 20.0 cm arriba del suelo (esto es: cuando el resorte no está estirado). 
Figura 9 
10) Una automóvil deportivo de 1400 kg acelera desde el reposo hasta 95 km/h en 7.4 s. ¿Cuál es la potencia 
promedio del motor? 
11) Un paracaidista antes de abrir su paracaídas cae en caída libre con una velocidad constante (velocidad 
limite) de 192Kn/h. (a) Si su masa es de 55Kg. Calcular la magnitud de la potencia de la fuerza de arrastre. 
(b)Después de la apertura del paracaídas, su velocidad disminuye hasta 24Km/h ¿Cuál es ahora la 
potencia disipada por la fuerza de arrastre? 
12) Dos masas, mA = 35.0 kg y mB = 38.0 kg, están conectadas por una cuerda que cuelga alrededor de una 
polea (como en la figura 10). La polea es un cilindro uniforme de radio 0.38 m y masa de 3 kg. 
Inicialmente mA está en el piso y mB descansa 2.5 m arriba del piso. Si se libera el sistema, use la 
conservación de la energía para determinar la rapidez de mB justo antes de que ésta toque el piso. 
Suponga que la polea no tiene fricción. 
 Figura 10 
 
13) Dos discos metálicos, con radios R1=2.50 cm y R2=5.00 cm, y masas M1=0.80 kg y M2=1.60 kg, se 
sueldan juntos y se montan en un eje sin fricción que pasa por su centro común (figura 11). a) Un cordón 
ligero se enrolla en el disco más chico y se cuelga de él un bloque de 1.50 kg. Si el bloque se suelta del 
reposo a una altura de 2.00 m sobre el piso, ¿qué rapidez tiene justo antes de golpear el piso? b) Repita el 
inciso a) pero ahora con el cordón enrollado en el disco grande. 
 
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Figura 11 
14) La polea de la figura 12 tiene radioR y momento de inercia I. La cuerda no resbala sobre la polea y ésta 
gira sobre un eje sin fricción. El coeficiente de fricción cinética entre el bloque A y la mesa es k. El 
sistema se suelta del reposo y el bloque B desciende. La masa de A es mA; y la de B, mB. Use métodos de 
energía para calcular la rapidez de B en función de la distancia d que ha descendido. 
Figura 12 
15) Un bloque con masa m = 5.00 kg baja deslizándose por una superficie inclinada 36.9° con respecto a la 
horizontal (figura 13). El coeficiente de fricción cinética es 0.25. Un cordón atado al bloque está enrollado 
en un volante con masa de 25.0 kg y con su eje fijo en O, y momento de inercia con respecto al eje de 
0.500kg.m2 . El cordón tira sin resbalar a una distancia perpendicular de 0.500 m con respecto a ese eje. 
Cual el la velocidad del bloque después de bajar 0.5m 
Figur13