Trabajo Práctico Nº 3: TRABAJO Y ENERGIA Problema 1: Calcule el

Facultad de Cs. Exactas
Departamento de Física
2º cuatrimestre 2006
Física 1
Trabajo Práctico Nº 3: TRABAJO Y ENERGIA
Problema 1: Calcule el trabajo necesario para: a) deslizar un cuerpo a 2 m de su posición
inicial mediante una fuerza de 10 N. b) elevar una bolsa de 70 kg a una altura de 2,5 m?
Problema 2: Un cuerpo cae libremente y tarda 3 s en tocar tierra. Si su peso es de 4 N,
¿qué trabajo deberá efectuarse para elevarlo hasta el lugar desde donde cayó?
Problema 3: La fuerza que actúa sobre una partícula varía, en función de la posición, como
muestra la figura. Encuentre el trabajo realizado por la fuerza sobre la partícula durante su
desplazamiento de x = 0m a x = 6m.
Fx (N)
4
2
-2
1
2
3
4
6
x (m)
Problema 4:
a) ¿Qué puede decirse de la velocidad de una partícula si el trabajo neto sobre ella es cero?
b) La energía cinética de una partícula, ¿puede ser negativa? Explique
c) La energía potencial de una partícula, ¿puede ser negativa? Explique
Problema 5: Una caja de 10 kg de masa es llevada hacia arriba, a lo largo de una pendiente, con una velocidad inicial de 1,5 m/s. La fuerza con que se arrastra es de 100N paralela a
la pendiente, la cual forma un ángulo de 20º con la horizontal. El coeficiente de rozamiento
cinético es 0,4 y la caja se arrastra 5m,
a) ¿Cuánto trabajo efectúa la gravedad?
b) ¿Cuánta energía se pierde por la fricción?
c) ¿Cuánto trabajo efectúa la fuerza de 100N?
d) ¿Cuál es el cambio en la energía cinética de la caja?
e) ¿Cuál es la velocidad de la caja después de haberla arrastrado los 5m mencionados?
Problema 6: Un proyectil de masa 80 kg es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 95 m/s. Se desea saber: a) ¿Qué energía cinética tendrá al cabo de 7s? b)
¿Qué energía potencial tendrá al alcanzar su altura máxima?
Problema 7: Energía cinética y potencial de un cuerpo que cae:
a) ¿Cuál es la energía potencial de una masa de 1 kg a una altura de 1 km por encima de la
Tierra?
b) ¿Cuál es la energía cinética en el momento preciso que la masa de 1 kg, que se ha soltado a 1 km de altura, toca la Tierra? (despreciar el roce con el aire).
c) ¿Cuál es la energía cinética de la misma masa cuando ha recorrido en su caída la mitad
del camino?
d) ¿Cuál es la energía potencial cuando dicha masa ha recorrido la mitad del camino?
e) ¿La suma de c) y d) debe ser igual a a) o a b)? ¿Por qué?
Problema 8: Un carrito de 5 N es desplazado 3 m a lo largo de un plano horizontal mediante una fuerza de 22 N. Luego esa fuerza se transforma en otra de 35 N a lo largo de 2m. Determinar: a) El trabajo efectuado sobre el carrito. b) La energía cinética final. c) La velocidad que alcanzó el carrito.
Problema 9: Un cuerpo de 2,45 kg de masa se desplaza sin rozamiento por un plano inclinado de 5 m y 1 m de altura, determinar: a) La distancia recorrida por el cuerpo, que parte
del reposo, en 1,5 s. b) La energía cinética adquirida en ese lapso. c) La disminución de la
energía potencial en igual lapso.
Problema 10: Un proyectil de 0,03 N de peso atraviesa una pared de 20 cm de espesor, si
llega a ella con una velocidad de 600 m/s y reaparece por el otro lado con una velocidad de
400 m/s. ¿Cuál es la resistencia que ofreció el muro?
Problema 11: Una masa m = 1 kg desliza sin rozamiento entre los puntos A y D del riel
que se muestra en la figura. Cuando se encuentra en el punto A la masa tiene una velocidad
vA=5,6 m/s, desliza hasta B y sube, alcanzando el punto C con velocidad vC=0. Sigue deslizando hasta llegar a D. En el tramo DE hay un coeficiente dinámico de rozamiento µ=0,35
por lo que en el punto E la masa se detiene.
a) ¿Cuál es la energía mecánica de m en el punto C?
b) ¿A qué altura se encuentra el punto A?
c) ¿Cuál es la velocidad del bloque en el punto B? ¿Y en el punto D?
d) ¿Cuál es el trabajo de la fuerza de roce? ¿Cuál es la distancia entre los puntos D y E?
Problema 12: Un bloque de masa m=2 kg está conectado a un resorte de constante elástica
k = 250 N/m (por medio de una cuerda liviana e inextensible que pasa por una polea ideal
sin fricción), como muestra la figura. Entre el plano inclinado y la masa hay un coeficiente
de rozamiento cinético µ = 0,3. Cuando el resorte está con su longitud natural la masa m está a 20 cm del borde inferior del plano inclinado. Se tira de m (y el resorte se estira 20 cm)
hasta que la masa se encuentra justamente en el borde inferior del plano, luego se suelta.
a) ¿Se conserva la energía mecánica del sistema? ¿Por qué?
b) ¿Cuál es la energía mecánica en
el momento en que se suelta?
c) ¿Qué velocidad tendrá la masa
cuando el resorte esté nuevamente en su longitud natural?
20 cm
m
37º
m
37º
d) Una vez que el resorte recupera su longitud natural deja de actuar sobre la masa (ya que
la cuerda “se afloja”). ¿A qué distancia del borde del plano se detiene la masa?
Problema 13: Una masa de 5,0 kg se une a una cuerda ligera que pasa sobre una polea sin
fricción y sin masa. El otro extremo de la cuerda se une a una masa de
3,5 kg, como se muestra en la figura. A partir del análisis de energía determinar:
a) si se conserva la energía mecánica del sistema formado por los dos
cuerpos
b) si se conserva la energía mecánica de cada cuerpo
5,0kg
c) la velocidad final de la masa de 5,0 kg después de que ha caído (desde el reposo) 2,5m.
2,5m
d) la aceleración del sistema
e) la tensión de la cuerda
Problema 14: Una grúa levanta 2000 kg a 15 m del suelo en 10 s: a) expresar la potencia
empleada en CV; W y HP. b) ¿Cuál será la potencia del motor aplicable si el rendimiento
es de 0,65?
Problema 15: Calcular la velocidad que alcanza un automóvil de 1500 kg. en 16 s, partiendo del reposo, si tiene una potencia de 100 HP.
Problema 16: La velocidad de sustentación de un avión es de 144 km./h y su masa es de
15000 kg. Si se dispone de una pista de 1000 m, ¿cuál es la potencia mínima que debe desarrollar el motor para que el avión pueda despegar?.
Problema 17: Un elevador tiene una masa de 1000 kg. y transporta una carga máxima de
800kg. Una fuerza de fricción constante de 4000N retarda su movimiento hacia arriba.
a) ¿Cuál debe ser la mínima potencia entregada por el motor para levantar el elevador a
una velocidad constante de 3 m/s?
b) ¿Qué potencia debe entregar el elevador en cualquier instante si se diseña para brindar
una aceleración hacia arriba de 1,0 m/s?
3,5kg