Física I - Lic. en Física Prof. en Física 2015 Trabajo Práctico Nº 2 Cinemática Cinemática en 1D 1) Una partícula se mueve según la ecuación: s = 4 t2 + 2 t + 3 en unidades MKS. Calcular: a) el desplazamiento en t = 0; b) la velocidad inicial vo; c) la velocidad en el instante t = 2 s; d) la aceleración del movimiento. . Demostrar que si no hay choque; pero si si lo hay. (Es instructivo dibujar cualitativamente las gráficas distancia-tiempo para cada tren). 2) Determinar las constantes de un movimiento uniformemente variado, si el móvil tiene una velocidad de 17 m/s a los 4 s de empezar a contar el tiempo; y, en los tiempos t1 = 2 s y t2 = 4 s dista del origen 12 y 40 m, respectivamente. Representar las gráficas s-t, v-t y a-t del movimiento. 7) Un automóvil parte del reposo y se mueve con una aceleración de 4 m/s2, y viaja durante 4 s. Durante los próximos 10 s, se mueve con movimiento uniforme. Se aplican los frenos y el automóvil desacelera a razón de 8 m/s 2 hasta que se detiene. Calcular: a) La posición del móvil al final de cada intervalo y su posición cuando se detiene. b) Hacer un gráfico de la velocidad en función del tiempo. c) Mostrar que el área comprendida entre la curva y el eje del tiempo mide el desplazamiento total del automóvil. 3) Un coche viaja de noche a 72 km/h y de repente encuentra un camión estacionado a 30 m de distancia. Frena con la máxima aceleración negativa de 5 m/s2. Calcular: a) el tiempo que tarda en detenerse; b) ¿choca con el camión? 4) Una pelota recorre 7 metros hacia arriba hasta detenerse ¿Con qué velocidad inicial fue lanzada y cuánto tiempo tardará en caer? 8) Un ciclista inicia una carrera a velocidad de 60 km/h a las 12 hs. del mediodía. Al cabo de 45 minutos se detiene durante 1 minuto, para recomenzar luego su carrera aumentando su velocidad de cero a 50 km/h en ½ minuto, manteniéndola durante 30 minutos más. a) ¿Cuál es el recorrido parcial que hizo hasta detenerse a descansar? b) ¿Cuál es la aceleración que experimentó al reiniciar la carrera? c) ¿Cuánto es el recorrido total del ciclista? d) Haga un gráfico de x vs. t, v vs. t y vs. t para este problema. 5) La posición de un objeto está relacionada con el tiempo por la ecuación: x = At2 – Bt + C, siendo A = 8 m/s2; B = 6 m/s y C = 4 m. Determinar: a) ¿El movimiento es uniformemente acelerado? ¿Por qué? b) ¿Cuál es la velocidad del móvil al cabo de 1 s? 6)* Un tren se desplaza con velocidad v1, y el maquinista observa que, a una distancia marcha un mercancías por la misma vía y en el mismo sentido, con velocidad menor v2, Frena y da a su tren una aceleración constante 9) Un globo asciende desde la superficie con velocidad constante de 40 km/h durante un minuto. Luego encuentra una corriente de aire 1 Física I - Lic. en Física Prof. en Física 2015 que lo hace ascender 100 metros más en solo 7 segundos. a) ¿A qué velocidad va el globo después de esos 7 segundos? b) ¿A qué altura está en ese momento? c) ¿Qué aceleración ascendente experimenta antes y después de encontrar la corriente? d) Después de esos 7 segundos mantiene su nueva velocidad constante. Si se arroja un saco de lastre, ¿cuánto tarda en llegar a tierra desde el momento en que es arrojado? Cinemática en 2D 1) Se lanza una pelota con velocidad inicial v de componentes: vx = 20 m/s, y vy = 16 m/s. Calcular: a) el tiempo que está subiendo; b) la altura que alcanza; c) la distancia a la que se debe encontrar otro jugador de la misma talla para devolver la pelota. con que debe correr para atrapar la pelota antes de que caiga al suelo. 6) Un movimiento plano referido al sistema (0, î, ĵ) viene descrito por las ecuaciones paramétricas: ; . Determinar la ecuación de la trayectoria, la velocidad y la aceleración del móvil. 2) En un duelo del lejano Oeste un pistolero dispara horizontalmente una bala con velocidad de 200 m/s desde una altura de 1,25 m. Calcular la distancia mínima entre los adversarios situados en plano horizontal, para que la presunta víctima no sea alcanzada. 7)* Un cazador apunta su flecha directamente hacia un mono que cuelga de una rama en un árbol, a determinada distancia. Al instante del disparo, el mono se deja caer de la rama, esperando evitar la flecha. Demuestre, con cálculos analíticos, que el mono SE EQUIVOCÓ!! No tenga en cuenta la resistencia con el aire. 3) El famoso cañón Berta (de la 1ª Guerra Mundial) tenía un alcance máximo de 100 km. Despreciando la resistencia del aire, calcular: a) la velocidad del proyectil al salir por la boca del cañón; b) la altura máxima del proyectil en tiro vertical. 8) Un avión en vuelo horizontal a la altura de 300 m y velocidad de 72 m/s desea batir un barco que se desplaza a 24 m/s en la misma dirección y sentido que el avión. Determinar a qué distancia, desde la vertical del avión, debe soltar la bomba para lograr el impacto. ¿Cuál sería esa distancia si el barco se moviera en sentido contrario hacia el avión? 4) Un avión de bombardeo baja en picado a una velocidad de 700 km/h, formando un ángulo de 45º con la horizontal. Cuando está a una altura de 400 m sobre el suelo suelta una bomba. Calcular; a) el tiempo que tarda en llegar al suelo; b) la velocidad con que llega; c) el punto en que cae (distancia a la vertical del avión en el instante de lanzamiento). 9) Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba con una velocidad de 20 m/s desde la azotea de un edificio de 50 m de altura. La pelota además es empujada por el viento, produciendo un movimiento horizontal con una aceleración de 2 m/s 2. Calcular: a) La distancia horizontal entre el punto de lanzamiento y el de impacto. b) La altura máxima. c) El valor de las componentes tangencial y normal de la aceleración 5) Un jugador lanza una pelota formando un ángulo de 37º con la horizontal y con velocidad inicial de 14,5 m/s. Un segundo jugador que está a 30,5 m de distancia del primero en la dirección del lanzamiento inicia una carrera para encontrar la pelota, en el instante de ser lanzada. Hallar la velocidad 2 Física I - Lic. en Física Prof. en Física 2015 cuando la pelota se encuentra a 60 m de altura sobre el suelo. altura a la que ha ocurrido el choque. Dibujar en la misma gráfica la trayectoria de la piedra y de la botella. 10) Un proyectil es disparado con una velocidad de 600 m/s, haciendo un ángulo de 60º con la horizontal. Calcular: a) La ecuación de la trayectoria, ¿Qué representa? b) El alcance horizontal. c) La altura máxima. 12) Se dispara un proyectil desde lo alto de una colina de 300 m de altura, haciendo un ángulo de 30º por debajo de la horizontal. Determinar la velocidad de disparo para que el proyectil impacte sobre un blanco situado a una distancia horizontal de 119 m, medida a partir de la base de la colina. Calcular las componentes tangencial y normal de la aceleración cuando el proyectil se encuentra a 200 m de altura. 11) Una botella se deja caer desde el reposo en la posición x=20 m e y=30 m. Al mismo tiempo se lanza desde el origen una piedra con una velocidad de 15 m/s. Determinar el ángulo con el que tenemos que lanzar la piedra para que rompa la botella, calcular la Cinemática Rotacional 1) Una centrifugadora se mantiene girando uniformemente en un régimen de 60000 rpm. En estas condiciones, determine: a) La velocidad angular correspondiente. b) El período del movimiento. c) Si se emplea esta centrifugadora para hacer girar una muestra de 10 g, en un radio de 0,05 m, ¿a qué aceleración centrípeta estará sometida la muestra? 4) Un niño de 20 kg de masa subido a una calesita está girando una vuelta cada 15 segundos. a) Si la calesita tiene un radio de 3 metros, ¿cuál es la fuerza que necesita hacer el niño para no caerse de la calesita? b) Si el chico deja caer un objeto al suelo fuera de la calesita, ¿qué trayectoria describe el mismo vista por un observador en reposo cerca de la calesita? 2) Una "centrifugadora" empleada para experimentar la tolerancia humana a la aceleración tiene la cabina a 16 m del eje vertical de rotación. a) Determine la velocidad angular de la cabina para lograr una aceleración horizontal de 3 g. b) Encuentre el período de ese movimiento. c) ¿Qué velocidad tangencial corresponde a esta situación? 5) La velocidad angular de un volante disminuye uniformemente de 900 a 800 vueltas por minuto en 5 s. Calcular: a) la aceleración angular del movimiento; b) el número de vueltas que da en esos 5 s; c) el tiempo que tarda en detenerse, a partir de ese instante. 6) Una rueda de 10 cm de radio está girando con una frecuencia de 120 rpm, se aplican los frenos y se detiene en 4 s. Calcular: a) la aceleración angular (supuesta constante la fuerza de frenado), b) el ángulo girado a los 4 s. Al cabo de 1 s. después de aplicar los frenos: c) la velocidad angular y la velocidad lineal de un punto de la periferia de la rueda, d) la aceleración tangencial, la aceleración normal, la aceleración resultante y el ángulo que forma con la dirección radial. 3) El radio de la Tierra es de aproximadamente 6400 km. a) Encuentre la velocidad angular respecto a su propio eje. b) ¿Cuál es la aceleración centrípeta en el Ecuador? c) Si un hombre pesa 700 N en el polo norte, ¿cuál es su peso efectivo en el ecuador? d) En realidad, la Tierra es un cuerpo ligeramente achatado en los polos y ensanchado en el ecuador. ¿Qué efecto cualitativo tendría este hecho sobre la respuesta en el punto (c)? 3 Física I - Lic. en Física Prof. en Física 2015 7) Dos móviles describen una trayectoria circular en el mismo sentido. El primer móvil parte del origen, inicialmente en reposo, con aceleración angular constante de 2 rad/s2; el segundo móvil parte de la posición π/2 rad, y está animado de un movimiento uniforme con frecuencia constante de 120 rpm. Determinar el instante y la posición de encuentro por primera vez de ambos móviles. 8) El plato de una bicicleta tiene 35 cm de radio y está unido mediante una cadena a un piñón de 7 cm de radio, que mueve una rueda de 75 cm de radio. Si la velocidad angular constante del plato es de 2 rad/s. Calcular: la velocidad angular del piñón y la velocidad (lineal) de un diente del piñón. La velocidad de un punto de la periferia de la rueda. a) Escribir las ecuaciones del movimiento de cada uno de los móviles. b) Hallar el instante y la posición de encuentro por primera vez de ambos móviles. c) Hallar la velocidad lineal, la velocidad angular, las componentes tangencial y normal de la aceleración de cada uno de los móviles en el instante de encuentro. d) Realice un esquema en el que se especifique los vectores velocidad, aceleración, en dicho instante de encuentro. 11) Una rueda parte del reposo y acelera de tal manera que su velocidad angular aumenta uniformemente a 200 rpm en 6 s. Después de haber estado girando por algún tiempo a esta velocidad, se aplican los frenos y la rueda toma 5 min en detenerse. Si el número total de revoluciones de la rueda es de 3100, calcular el tiempo total de rotación. 9) Una partícula se está moviendo en una circunferencia, su velocidad angular en función del tiempo está dada por la expresión ω=3t2-2t+2 rad/s. Sabiendo que en el instante t=0 s el móvil se encontraba en el origen θ=0. Calcular: a) la expresión de la aceleración angular en función del tiempo, b) los valores de la velocidad y aceleración angular en el instante t=2 s. 12) Un disco D está rotando libremente alrededor de su eje horizontal. Una cuerda está enrollada alrededor de la circunferencia exterior del disco, y un cuerpo A, unido a la cuerda, cae bajo la acción de la gravedad. El movimiento de A es uniformemente acelerado, pero, su aceleración es menor a la de la gravedad. Cuando t=0, la velocidad del cuerpo A es de 0,04 m s-1, y dos segundos más tarde A ha caído 0,2 m. Encontrar las aceleraciones tangencial y normal, en cualquier instante, de un punto cualquiera del borde del disco. 10) Dos vehículos describen la misma trayectoria circular de radio 0.75 m. El primero está animado de un movimiento uniforme cuya frecuencia es 60 rpm y sale de la posición A cuando se empieza a contar el tiempo. El segundo móvil está animado de un movimiento uniformemente acelerado cuya aceleración angular es -π/6 rad/s2, pasa por B dos segundos más tarde con una frecuencia de 120 rpm. 13) Un volante de 4 pies de radio está girando con respecto a un eje horizontal mediante una cuerda enrollada en su borde y con un peso en su extremo. Si la distancia vertical recorrida 4 Física I - Lic. en Física Prof. en Física 2015 por el peso está dada por la ecuación x = 40 t2, donde x se mide en pies y t en segundos, calcular la velocidad angular y la aceleración angular en cualquier instante. tuerca. La tuerca gira a 237 rev/min. ¿Cuánto tiempo le tomará a la tuerca moverse 1,50cm a lo largo de la barra? 16) Un disco de radio R rueda con velocidad constante a lo largo de un plano horizontal. Demostrar que la posición de cualquier punto sobre su borde está dada por las ecuaciones e donde es la velocidad angular del disco y t se mide desde el instante en que el punto se encuentra en contacto con el plano. Encontrar también las componentes de la velocidad y la aceleración del punto. 14) Mientras espera para abordar un helicóptero, usted observa que el movimiento del rotor cambió de 315 rpm a 225 rpm en 1.00 min. a) Halle la aceleración angular durante el intervalo. b) Suponiendo que esta aceleración permanece constante, calcule el tiempo que tarda el rotor en detenerse. c) ¿Cuántas revoluciones dará el rotor después de la segunda observación que usted realice? 15) Una barra roscada con 12 vueltas/cm y un diámetro de 1,18 cm está montada horizontalmente. Se atornilla a la barra una 5