Diagnóstico Básico sobre Mecánica A Mechanics Baseline Test Originally published in The Physics Teacher, March 1992 by David Hestenes and Malcolm Wells Translated to Spanish by Julio C. Benegas Departamento de Física, Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales Universidad Nacional de San Luis Argentina Mechanics Baseline Test MBT - 1 Las primeras dos preguntas se refieren al movimiento representado por la siguiente figura. El diagrama representa una fotografía multiflash de un objeto moviéndose a lo largo de una superficie horizontal. Las posiciones indicadas en el diagrama están separadas por iguales intervalos de tiempo. El primer flash ocurre justo cuando el objeto comienza a moverse y el último en el instante en que se detiene. . 1. ¿Cuál de las siguientes gráficas A-E representa mejor la velocidad del objeto en función del tiempo? 2. ¿Cuál de las siguientes gráficas A-E representa mejor la aceleración del objeto en función del tiempo? 3. La gráfica de la derecha representa la velocidad de un objeto en función del tiempo. ¿Cuál de las gráficas A-E representa mejor la relación fuerza neta vs tiempo para este objeto? MBT - 2 Refiérase a la figura de la derecha al contestar las siguientes tres preguntas (preguntas 4 a 6). El diagrama representa un bloque desplazándose a lo largor de una rampa sin rozamiento. Las ocho flechas numeradas representan direcciones a las cuales debe referirse al contestar las preguntas 4 a 6. 4. Cuando el bloque está en la posición ¿cuál de las flechas representa mejor la dirección y sentido de su aceleración? (A) 1 (B) 2 (C) 4 (D) 5 (E) Ninguna de esas flechas puesto que la aceleración es cero. 5. Cuando el bloque está en la posición , ¿cuál de las flechas representa mejor la dirección y sentido de su aceleración? (A) 1 (B) 3 (C) 5 (D) 7 (E) Ninguna de esas flechas puesto que la aceleración es cero. 6. Después de que el bloque deja la rampa (posición ), ¿cuál de las flechas representa mejor la dirección y sentido de su aceleración? (A) 2 (B) 3 (C) 5 (D) 6 (E) Ninguna de esas flechas puesto que la aceleración es cero. 7. Una persona acarrea un bloque a lo largo de una superficie horizontal rugosa con velocidad constante aplicando una fuerza F. Las flechas del diagrama a la derecha representan la dirección y sentido de las fuerzas que actúan sobre el bloque, pero no necesariamente sus magnitudes correctas. ¿Cuál de las siguientes relaciones entre las magnitudes de las fuerzas W (peso), k (fricción), N (normal) y F es la correcta? (A) (C) (E) F=k y N=W (B) F=k y N>W F>k y N<W (D) F>k y N=W Ninguna de las relaciones anteriores es correcta. MBT - 3 8. Un pequeño cilindro de metal reposa sobre un plato giratorio circular. Elegir uno de los conjuntos de vectores A-E que represente mejor la velocidad, aceleración y fuerza neta que actúan sobre el cilindro en el punto indicado del diagrama. 9. Suponga que el cilindro de metal del problema anterior tiene una masa de 0.10 kg y que el coeficiente de rozamiento estático entre la superficie y el cilindro es de 0.12. Si el cilindro está a 0.20 m del centro del plato giratorio, ¿cuál será la máxima magnitud de la velocidad v a la que el cilindro puede moverse en su trayectoria circular sin deslizarse fuera del plato giratorio? (A) 0 < v 0.5 m/s (B) 0.5 < v 1.0 m/s (C) 1.0 < v 1.5 m/s (D) 1.5 < v 2.0 m/s (E) 2.0 < v 2.5 m/s 10. La niña de la figura desea seleccionar la rampa sin fricción que le otorgue la máxima velocidad cuando alcance el punto más bajo de la misma. ¿Cuál de los diagramas A-D ilustrados arriba debería elegir? (A) (E) A (B) B (C) C (D) No importa, la velocidad será la misma en cualquier rampa. D MBT - 4 REFIÉRASE A LA SIGUIENTE FIGURA CUANDO CONTESTE LAS PREGUNTAS 11 Y 12. X y Z marcan los puntos más altos e Y el punto más bajo de la trayectoria de un niño de 50 kg que se balancea como se ilustra en la figura. 11. ¿Cuál es la magnitud de la velocidad del niño en el punto Y? (A) 2.5 m/s (B) 7.5 m/s (C) 10.0 m/s (D) 12.5 m/s (E) Ninguna de las anteriores. 12. ¿Cuál es la tensión de la cuerda en el punto Y? (A) (E) 250 N (B) 525 N (C) Ninguna de las anteriores. 7 x 102 N (D) 1.1 x 103 N REFIÉRASE A LA SIGUIENTE FIGURA CUANDO CONTESTE LAS PREGUNTAS 13 Y 14. Los bloques y (de 1.0 kg de masa cada uno) cuelgan del techo de un ascensor por medio de las cuerdas 1 y 2. 13. ¿Cuál es la fuerza ejercida por la cuerda 1 sobre el bloque cuando el ascensor viaja hacia arriba a una velocidad constante de 2.0 m/s? (A) 2N (B) 10 N (C) 12 N (D) 20 N (E) 22 N 14. ¿Cuál es la fuerza ejercida por la cuerda 1 sobre el bloque cuando el ascensor está detenido? (A) 2N (B) 10 N (C) 12 N (D) 20 N (E) 22 N MBT - 5 REFIÉRASE A LA SIGUIENTE FIGURA CUANDO CONTESTE LAS PREGUNTAS 15 Y 16 La figura representa la colisión de dos bolas de acero, P y Q. 15. ¿Cuál de los siguientes conjuntos de flechas representa mejor el cambio en la cantidad de movimiento de cada una de las bolas? 16. ¿Cuál de las siguientes flechas representa mejor el impulso aplicado a la bola Q por la bola P durante la colisión? 17. Un automóvil tiene una aceleración máxima de 3.0 m/s2. ¿Cuál será su máxima aceleración si debe arrastar a un segundo automóvil cuya masa es el doble de la propia? (A) 2.5 m/s2 (B) 2.0 m/s2 C) 1.5 m/s2 (D) 1.0 m/s2 (E) 0.5 m/s2 18. Una mujer que pesa 6.0 x 102 N viaja en ascensor desde el piso 1 al 6. Cuando el ascensor se aproxima al piso 6, decrece su velocidad de 8.0 m/s a 2.0 m/s en 3.0 s. ¿Cuál es la fuerza promedio que el piso del ascensor ejerce sobre la mujer durante ese intervalo de 3.0 s? (A) 120 N (B) 480 N C) 600 N (D) 720 N (E) 1200 N MBT - 6 19. El diagrama que sigue representa un disco de hockey moviéndose sobre una superficie horizontal sin fricción en la dirección de la flecha más clara. La fuerza constante F, mostrada en el diagrama, actúa sobre el disco. El disco experimenta sin embargo una fuerza neta en la dirección de la flecha más clara, ¿cuál de las fuerzas A, B, C, D, E debe ser también aplicada sobre el disco para que esto ocurra? REFIÉRASE A LA SIGUIENTE FIGURA CUANDO CONTESTE LAS PREGUNTAS 20 A 22. El diagrama a continuación representa dos discos que se mueven sobre una mesa sin fricción. El disco tiene 4 veces la masa del disco . Partiendo del reposo, ambos discos son empujados por dos fuerzas iguales. 20. ¿Cuál de los discos tendrá la mayor energía cinética al arribar a la línea de llegada? (A) (B) (C) ambos tienen la misma energía cinética. (D) la información no es suficiente para responder. 21. ¿Qué disco llega primero a la línea de llegada? (A) (B) (C) llegan al mismo tiempo. (D) la información no es suficiente para responder. 22. ¿Cuál de los discos tiene la mayor cantidad de movimiento al arribar a la línea de llegada? (A) (B) (C) Ambos tienen la misma cantidad de movimiento. (D) la información no es suficiente para responder. MBT - 7 REFIÉRASE A LA SIGUIENTE FIGURA CUANDO RESPONDA LAS PREGUNTAS 23 A 25. La gráfica de arriba representa el movimiento de un objeto desplazándose en una dimensión. 23. ¿Cuál es la aceleración promedio del objeto entre t = 0 s y t = 6 s? (A) 3.0 m/s2 (B) 1.5 m/s2 C) 0.83 m/s2 2 (D) 0.67 m/s (E) ninguna de las anteriores. 24. ¿Cuánto se desplazó el objeto entre t = 0 s y t = 6 s? (A) 20.0 m (B) 8m C) 6m (D) 1.5 m (E) ninguno de los anteriores. 25. ¿Cuál fue la velocidad promedio del objeto durante los primeros 6 s? (A) 3.3 m/s (B) 3.0 m/s C) 1.8 m/s (D) 1.3 m/s (E) ninguna de las anteriores. REFIÉRASE A LA FIGURA A LA DERECHA PARA CONTESTAR LA SIGUIENTE PREGUNTA. La figura representa una fotografía multiflash de una pequeña esfera que es disparada hacia arriba por la acción del resorte. El resorte, con la esfera arriba, se comprime originalmente hasta el punto marcado con una X y luego es liberado. La esfera deja el resorte en el punto marcado con Y, alcanzando el punto más alto de su trayectoria en Z. 26. Suponiendo que la resistencia del aire es despreciable, (A) (B) (C) (D) (E) La aceleración de la esfera es más grande justo antes de alcanzar el punto Y (cuando todavía estaba en contacto con el resorte). La aceleración de la esfera decreció desde el punto Y al Z. La aceleración de la esfera fue cero en el punto Z. Todas las respuestas anteriores son correctas. La aceleración de la esfera fue la misma en todos los puntos de su trayectoria entre Y y Z. FIN MBT - 8