Fuerzas y movimiento lineal. Leyes del movimiento de Newton.
1. Investigue la biografía de Isaac Newton.
2. Defina fuerza y al menos 5 diferentes tipos de
fuerzas.
3. Defina la unidad de fuerza “ Newton”
mencionando 3 objetos que pesen 1 N.
4. Enuncie las leyes del movimiento de Newton.
5. ¿Qué es la inercia?
6. ¿Cuál es la diferencia entre masa y peso?
7. ¿Dónde es más fácil empujar un elefante? ¿En la
Tierra o en la Luna? Explique.
8. ¿Qué significado tienen los siguientes enunciados?
a) La aceleración es directamente proporcional a la
fuerza.
b) La aceleración es inversamente proporcional a la
masa.
9. ¿Cómo se comparan físicamente las siguientes
ecuaciones?
a = ( Vf – Vo ) /
t
a = F / m
10. Defina:
a) Fricción y los diferentes tipos.
b) Coeficiente de fricción estática y cinética.
c) Fuerza normal.
11. Elabore un cuadro con los valores aproximados de
coeficiente de fricción estática y coeficiente de fricción cinética de cinco
diferentes superficies.
12. ¿Puede un cuerpo poseer fuerza?
13. Si las fuerzas de acción y reacción son de la misma
magnitud y de sentido contrario ¿porqué no se anulan?
14. Elabore 5 dibujos que representen la tercera ley de
Newton.
15. ¿Cuál es el peso de una piedra de 1 Kg?
16. Calcule su propio peso en Newton
17. ¿Cuál es la masa de una piedra que pesa 9.8 N en la
superficie de la luna?
18. Suponga que un cuerpo es impulsado en una
trayectoria rectilínea por una fuerza aplicada. ¿En cuánto se incrementaría su
ganancia de rapidez si la fuerza se duplicara? ¿Qué pasaría si se duplicara su
masa?
19. ¿Porqué es más difícil deslizar una caja desde una
posición en reposo sobre el piso, que mantenerla en movimiento una vez que ha
comenzado a deslizarse?
20. La fuerza gravitacional en la luna es solo 1/6
parte de la que se experimenta en la Tierra. ¿Cuál sería el peso de un cuerpo
de 10 Kg sobre la luna y sobre la Tierra?
21. ¿Contiene fuerza un cartucho de dinamita?
22. Algunas veces se hace referencia a la primera ley
de Newton del movimiento como la ley de la inercia. Una medida de la
inercia de un objeto se obtiene por su: a) tamaño, b) rapidez, c) forma, d)
masa.
23. ¿Porqué un objeto que viaja en el asiento trasero
de un automóvil cae de éste si el auto frena de repente?
24. ¿Es posible que un objeto en la Tierra acelera
hacia abajo con una aceleración mayor que g = 9.8 m/s2?.
EJERCICIOS:
5.1 Cierto automóvil de 1500
Kg acelera desde el reposo hasta alcanzar 20 m/s en 8.0 s. a) ¿Cuál es la
aceleración?, b)¿Qué magnitud debe tener una fuerza para producir esa
aceleración? R: 2.50 m/s2,
3750 N
5.2 Se necesita una fuerza de
52 N para deslizar una caja a lo largo de un piso plano, con una rapidez
constante de 0.36 m/s. ¿Qué magnitud tiene la fuerza de fricción que se opone
al movimiento?
5.3 ¿De qué magnitud debe ser
una fuerza horizontal ejercida sobre una bala de 7 g para comunicarle una
aceleración de 20 000 m/s2?. Con esta aceleración, ¿qué rapidez
alcanzará la bala después de recorrer 1.50 cm desde el reposo? R:
140 N y 24.5 m/s
5.4 Una fuerza horizontal y
sin equilibrar de 6 700 N acelera un automóvil de 1 000 Kg desde el reposo a lo
largo de una carretera recta horizontal. a) ¿cuál será la aceleración del
automóvil? b) ¿Cuánto tarda en alcanzar una rapidez de 14.0 m/s?
5.5 Si un cable de remolque se
tira hacia arriba en un ángulo de 20º en dirección horizontal con una fuerza de
300 N, puede deslizar una caja de 40 Kg. a lo largo del piso con una rapidez
constante de 25 cm/s. ¿Qué magnitud tendrá una fuerza de fricción que resiste
el movimiento de la caja? R: 282 N
5.6 Un esquiador es tirado por
un bote a una rapidez constante de 13.0 m/s. La tensión en el cable que lo jala
es de 285 N. ¿Qué magnitud tendrá la fuerza de retardo que ejercen sobre el
esquiador el agua y el aire?
5.7* Un anuncio afirma que
cierto automóvil de 950 Kg. de masa puede ser acelerado desde el reposo hasta
alcanzar 60 Km/h en 8.0 s. ¿De qué tamaño debe ser una fuerza neta que actúa
sobre él para comunicarle esta aceleración? R: 1980 N
5.8 Un automóvil de 1700 Kg.
se desplaza a 20 m/s y debe ser frenado en 75 m. ¿ Qué magnitud debe tener la
fuerza que lo detenga?. Suponga una desaceleración uniforme.
5.9 En la figura, el peso del
bloque es de 70 N, T = 60 N y el coeficiente de fricción es de 0.35. ¿Cuál es
la fuerza de fricción en cada caso? ¿cuál es la aceleración del bloque?
a)
b)
c)
5.10 Los bloques de la
siguiente figura pesan 60 N y P = 20 N. Encuentre la fuerza normal en cada
caso.
a)
b)
c)
5.11 En la
figura anterior suponga que el bloque pesa 45 N, P = 50 N y que el
coeficiente de fricción sea de 0.30. a) ¿Cuál es la fuerza de fricción en
cada caso? b)¿Cuál es la aceleración del bloque?
5.12 * Un
niño está corriendo sobre el piso resbaloso con una rapidez de 6.2 m/s,
cuando decide resbalar. Si el coeficiente de fricción entre sus zapatos y
el piso es de 0.250, ¿Qué distancia recorrerá resbalando antes de
detenerse?
5.13* Si
el coeficiente de fricción entre las llantas de un automóvil y una
carretera es de 0.70, ¿Cuál será la distancia mínima que puede recorrer
al acelerar desde el reposo y alcanzar una rapidez de 15 m/s? R:
16.4 m
5.14* Un
automóvil de 900 Kg que va a 20 m/s choca contra un árbol y
recorre 1.60 m antes de detenerse. ¿Qué magnitud tendrá la fuerza de
retardo ejercida por el árbol sobre él?
R:
-112,500 N.
5.15* a)
Calcule la aceleración de un bloque de 4.0 Kg. de la siguiente figura, si
el coeficiente de fricción entre él y la superficie es de 0.60. b) repita
el ejercicio si la fuerza de 50 N empuja hacia abajo al bloque en un
ángulo de 30º debajo de la horizontal (es decir, si la fuerza
que aparece en la figura sigue una dirección inversa)
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5.16 La
fuerza de fricción que retarda el movimiento de una caja
de 150 Kg de masa a lo largo de un piso plano es de 400
N. a) ¿Cuál es el coeficiente de fricción entre la caja y
el piso?, b) Suponiendo que el coeficiente de fricción no
cambie al aumentar la velocidad, ¿ qué aceleración puede
comunicarse a una caja empujándola con una fuerza de 750
N inclinada en un ángulo de de 53 ° sobre la horizontal?
5.17*
Una mujer de 50 Kg de masa está parada sobre una báscula
de resorte ( la báscula registra la fuerza con que empuja
la mujer hacia arriba). ¿Cuál será la lectura en la
báscula cuando el elevador esté acelerando a)hacia arriba
con 3.0 m/s2 y b) hacia abajo con la
misma rapidez. R: 640 N, 340 N
5.18* En
la siguiente figura, el bloque 1 posee una masa de 2.50
Kg y el bloque 2 una masa de 1.60 Kg. a) Ignorando la
fricción, ¿cuáles son la aceleración de los bloques y la
tensión en la cuerda? b) Repita el problema con una
fuerza de fricción de 10.0 N que retarda al bloque 1.
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5.19**
Un bloque de cemento se encuentra en el piso de una
camioneta que desciende una pendiente de 20º mientras
disminuye su rapidez en 1.5 m/s2. ¿Cuál debe
ser el coeficiente de fricción estático entre el piso y
el bloque para que éste no resbale? R: 0.162
5.20* En
la figura del problema 5.18, el objeto 1 tiene una masa
de 1 000 g y el objeto 2 es una masa de 2 000 g. Cuando
se libera el sistema, el objeto 2 cae 85 cm en 1.50 s.
¿Cuál es la fuerza de fricción que resiste el movimiento
del objeto 1? Suponga que no hay fuerzas de fricción en
el resto del sistema.
5.21**
En la siguiente figura, la tensión de la cuerda que tira
de los dos bloques es de 40 N. Calcule la aceleración de
ellos y la tensión en la cuerda si es despreciable la
fuerza de fricción. Repita el ejercicio si el coeficiente
de fricción entre los bloques y la superficie es de
0.20.
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espacio
5.22* En
la siguiente figura, calcule la tensión de la cuerda y el
tiempo que tardan las masas en recorrer 200 cm a partir
del reposo. Suponga que la polea no causa fricción y que
no tiene masa.
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5.23 En la siguiente figura, ¿qué tan grande
debe ser la fuerza horizontal que tira del bloque
A, además de T, para darle una aceleración de 0.75
m/s2 hacia la izquierda?. Suponga
que m
= 0.20, que mA = 25 kg, mB =
15 Kg.
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5.24 Si para el caso de la siguiente
figura hubiera una fuerza friccional de 3.4 N
actuando sobre m1, ¿cuál sería la aceleración del
sistema?
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5.25 Despreciando
la fricción, ¿ Cuál es la aceleración de las
masas de la figura del problema anterior?
5.26 Un montacargas
es diseñado para dar una aceleración máxima
de 0.45 m/s2 a una carga
máxima de 9.5 x 10 2 Kg.
¿Cuál es la tensión en el cable de soporte
cuando esta carga viaja. a) hacia arriba, b)
hacia abajo?
5.27* Un
automóvil de 700 Kg. se encuentra en estado
de reposo sobre una colina con una
inclinación de 12º respecto a la horizontal.
¿ Qué distancia recorrerá en los primeros
10.0 s después de quitar los frenos a) si
rueda libremente colina abajo y b) si una
fuerza de fricción de 1 000 N retarda su
movimiento? R: 102 m, 30.4 m
5.28* Calcule la
aceleración de los bloques en la siguiente
figura y la tensión de ella a) si hay una
fricción despreciable y b) si m =
0.18.
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5.29 Encontrar lo que se te
pide:
a) a = ? , T =
? si W1 = 50 N, f =
2.5 N, W2 = 10 N, ángulo =
43º.
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b) f 1 = f 2
= f = ?, a
= ? . Si T
= 35 N, W1 = 180 N, W2 = 40
N
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FORMULARIO
F =
m.a Para
plano inclinado:
Wx = W sen q
S F = m.a
a = (Vf - Vo)/
t
Wy = W cos q
1
N = Kgm / s2
fc = msFN
fk = mkFN
W = m.g , donde g = 9.8 m/s2
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