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