1. No category

Física I - Lic. en Física
Prof. en Física
2015
Trabajo Práctico Nº 5
Tabajo y Energía
1) Considere una fuerza de 20 N de módulo,
actuando sobre un objeto que se mueve sobre
la mesa, una distancia de 2 m según la
dirección x. Determine el trabajo que realiza
dicha fuerza para cada caso que se indica
(distintos valores para el ángulo comprendido
entre la fuerza y el eje x):
a) θ=0o. b) θ=30o. c) θ=90o. d) θ=140o. e)
θ=180o. f) θ=220o. g) θ=270o. h) θ=320o.
2) Un caballo, que se mueve por la costanera
(paralela a la orilla de un canal) arrastra un
bote mediante una cuerda cuya tensión es de
1000 N. La cuerda forma un ángulo de 10º
con las direcciones de movimiento del
caballo y del bote. (a) ¿Qué trabajo efectúa el
caballo al arrastrar el bote 50 m contra la
corriente a velocidad constante? (b) ¿Cuál es
la fuerza neta sobre la barcaza?
3) Una persona empuja horizontalmente una
silla que puede deslizar sobre el suelo,
ejerciendo una fuerza de 100 N. Encuentre el
trabajo realizado sobre la silla en los
siguientes casos: (a) la silla se mueve 4m
paralelamente a la fuerza aplicada; (b) la silla
se mueve 2m en sentido opuesto a la fuerza
(explique cómo interpreta esta situación); (c)
la silla no se mueve. Si la persona decide
mover la silla tirando de ella con una cuerda
que forma un ángulo de 30º con la horizontal,
ejerciendo la misma fuerza de 100N ¿qué
trabajo ha efectuado sobre la silla cuando ha
logrado arrastrarla una distancia de 4m?
4) Una motocicleta se detiene después de
deslizar una distancia de 5 m con las ruedas
"frenadas". Sabiendo que durante ese frenado,
la fuerza sobre la moto debida al pavimento
es de 200 N, determine el trabajo que efectúa
el pavimento sobre la moto.
5) Un niño arrastra a velocidad constante
sobre el suelo, una caja de 4 kg de masa una
distancia de 10m en línea recta. ¿Cuánto
trabajo realiza el niño, si el coeficiente de
rozamiento cinético entre la caja y el suelo es
0.25?
6) Escriba la definición de energía cinética.
Observe que dicha energía tiene dimensiones
de fuerza por distancia.
7) Determine la energía cinética de (a) un
auto de F1, de 550kg de masa a una velocidad
de 385 km/h; (b) un auto de NASCAR , de
1300 kg, a la misma velocidad del punto
anterior; (c) un camión (con carga), de 20 tn
de masa, a 80 km/h. Compare los resultados
obtenidos en los tres casos mencionados.
8) Encuentre el valor de la energía cinética de
una piedra de 0.8kg que se ha dejado caer
libremente desde un acantilado, para los
instantes t=0.0 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 y 5.0 s
Grafique los resultados obtenidos: Ec vs t
para la caída libre. (Suponga que 5s después
de ser liberada, la piedra aún no llega al
suelo)
9) Una pelota de béisbol de 0.15 kg de masa
se lanza a una velocidad de 30 m/s (a)
Determine la energía cinética de la pelota al
instante de soltarla el lanzador. (b) Si la
persona que lanza emplea una distancia de
1.5 m para proporcionarle a la pelota esa
velocidad, ¿qué fuerza media ha ejercido
durante el lanzamiento?
10) Un pez espada de 200 kg, que nada a una
velocidad de 18 km/h, embiste a un yate de
madera que se encuentra en reposo. Cuando
su espada ha penetrado 1m en el casco del
yate, el pez ha perdido toda su velocidad. (a)
Física I - Lic. en Física
Prof. en Física
2015
¿Cuál es la energía cinética inicial del pez?
(b)¿Cuánto trabajo ha realizado el pez?
17) En un parque de juegos de agua existe
una rampa ondulada sobre la cuál una persona
desciende deslizando hasta alcanzar el suelo
desde una altura inicial de 40 m. Suponga que
el coeficiente de rozamiento sobre la rampa
es nulo. a) ¿Con qué velocidad llega una
persona a la base de la rampa, habiéndose
dejado deslizar sobre ella desde su altura
máxima? b) ¿Qué distancia horizontal sobre
el suelo necesita para detenerse (al haber
llegado a la base de la rampa), si el
coeficiente de rozamiento correspondiente es
0.5?
11) En los carretes de tanza para pesca, el
fabricante informa sobre la tensión máxima
que resiste dicha tanza en condiciones
normales de uso. ¿Qué fuerza deberá resistir
una línea de pesca para poder capturar un
salmón de 5kg que nada a 4m/s y es detenido
por la tanza actuando en la misma dirección
de nado, (en sentido opuesto al del
movimiento del pez), en una distancia de 20
cm?
18) Un trineo desliza una distancia de 100 m
por una ladera que forma una ángulo de 30º
con la horizontal. Si el trineo llega a la base
de la ladera con una velocidad de 20 m/s,
¿qué fracción de la energía se ha perdido por
rozamiento?
12) En general, las rutas en zonas montañosas
son bastante tortuosas, en vez de subir en
línea recta. Comente a qué se debe este
hecho.
13) Un automóvil que viaja a 100 km/h choca
contra un muro de hormigón. ¿Desde qué
altura debería dejarse caer este vehículo sobre
un suelo de hormigón para conseguir los
mismos resultados que en el primer caso?
19) Una persona de 70kg sube a una montaña
de 3000 metros de altura. a) ¿Cuánto trabajo
realiza? (b) Teniendo en cuenta que 1 kg de
lípidos suministra aproximadamente 3.8×107
J de energía, y considerando que se convierte
lípidos en energía con un rendimiento del
20%, ¿qué cantidad de dichos lípidos
consumirá en la ascensión?
14) Una trucha de 0.4 kg nada una distancia
de 5m a velocidad constante, remontando la
rampa de un paso piscícola de 0.5m de altura.
La fuerza disipativa debida al agua se ha
estimado en 1.3 N (a) ¿Cuánto trabajo debe
realizar el pez para contrarrestar la fuerza
disipativa? (b) ¿Cuál es el cambio de energía
potencial gravitatoria que experimenta el pez?
(c) ¿Cuál es el trabajo total realizado por el
pez para remontar el paso?
20) Si un hombre puede realizar trabajo
mecánico a razón de 8 W por kg de masa de
su cuerpo durante una actividad continua, a
qué velocidad puede subir las escaleras?
21) El motor de un montacargas empleado
para transportar verticalmente objetos de gran
peso de un nivel a otro en una fábrica,
desarrolla una potencia de 2000 W. ¿A qué
velocidad constante transporta una carga de
1000 kg?
15) Una pelota de béisbol lanzada
verticalmente hacia arriba alcanza una altura
de 50m. Despreciando el rozamiento con el
aire, determine la velocidad inicial con que
fue lanzada, a partir de un análisis puramente
energético.
22) El motor de una bomba de agua puede
desarrollar una potencia de 1 kW. Si el
cambio de energía cinética es despreciable,
¿cuántos kg de agua puede subir por segundo
esta bomba, desde un pozo de 20m de
profundidad?
16) A un dado instante de tiempo, se
determina que la velocidad con la que desliza
un disco de hockey sobre el hielo es de 4.5
m/s. El coeficiente de rozamiento dinámico
entre el disco y el hielo es 0.1, encuentre la
distancia que recorre hasta detenerse.
2
Física I - Lic. en Física
Prof. en Física
2015
23) ¿Cuánto dinero cuesta mantener
encendida simultáneamente una lámpara de
40 W y un calefactor de 1 kW durante 12
horas, si la energía eléctrica cuesta 5 centavos
por kilowatt-hora? Determine qué porcentaje
de ese dinero corresponde a la lámpara.
8º con la horizontal, sabiendo que la masa del
auto es de 1000 kg.
26) La cascada de La Herradura del río
Niágara en Canadá tiene aproximadamente 50
m de altura y 800 m de ancho. La velocidad
con que el agua llega a la cascada es de 10m/s
y su profundidad, inmediatamente antes de la
caída es de 1m. a) ¿Qué volumen de agua por
segundo cae por la cascada? b) ¿Cuál es
cambio de energía potencial de ese volumen
de agua, debido a la cascada? c) Si esta
energía potencial se convirtiese totalmente en
energía eléctrica, ¿qué potencia eléctrica se
produciría? d) La capacidad total de
producción de potencia eléctrica de Estados
Unidos es aproximadamente de 5×1011 W.
¿Qué porcentaje de esa potencia podría
producirse si se aprovechara el 80% de la
energía de la cascada?
24) Sabiendo que el motor de un avión de una
sola hélice proporciona una potencia de 200
hp, durante un vuelo a altura constante de 300
m y a velocidad crucero (constante) de 270
km/h, determine la fuerza de resistencia del
aire.
25) El motor de cierto automóvil produce una
potencia máxima aprovechable de 110 hp. Si
se desprecian las fuerzas disipativas,
encuentre a qué velocidad constante podrá
subir una pendiente que forma un ángulo de
3