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Taller General Del Tercer Corte
Taller General Del Tercer Corte
Taller General Del Tercer Corte
Taller 03
Instrucciones generales
En este taller las respuestas deben ser dadas en el Sistema Internacional de unidades y la
aceleración de la gravedad sera asumida como 9.8 m/s2
2. Dos masas mA =2.0 kg y mB =5.0 kg están sobre planos inclinados y se conectan entre
sí mediante una cuerda (figura 2). El coeficiente de fricción cinética entre cada masa y su
plano es µk =0.30. Si mA se mueve hacia arriba y mB se mueve hacia abajo, determine su
aceleración.
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Figura 2: Distribución de masas
4. Un bloque de 3.0 kg está encima de otro bloque de 5.0 kg, que permanece sobre una superficie
horizontal. El bloque de 5.0 kg es jalado hacia la derecha con una fuerza como se muestra en
la figura 4. El coeficiente de fricción estática entre todas las superficies es 0.60 y el coeficiente
de fricción cinética es 0.40. a) ¿Cuál es el valor mínimo de F necesario para mover los dos
bloques? b) Si la fuerza es un 10 % mayor que su respuesta para a), ¿cuál será la aceleración
de cada bloque?
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Figura 4: Distribución de masas
5. Una mujer en un aeropuerto arrastra su maleta de 20.0 kg con rapidez constante al jalar
de una correa en un ángulo θ sobre la horizontal (figura 5). Ella jala de la correa con una
fuerza de 35.0 N, y la fuerza de fricción sobre la maleta es 20.0 N. (a) Dibuje un diagrama
de cuerpo libre de la maleta. (b) ¿Qué ángulo forma la correa con la horizontal? (c) ¿Cuál es
la magnitud de la fuerza normal que el suelo ejerce sobre la maleta?
6. Tres objetos se conectan sobre una mesa, como se muestra en la figura 6. El coeficiente de
fricción cinética entre el bloque de masa m2 y la mesa es 0.350. Los objetos tienen masas
de m1 = 4,00 kg, m2 = 1,00 kg y m3 = 2,00 kg, y las poleas no tienen fricción. a) Dibuje
un diagrama de cuerpo libre para cada objeto. b) Determine la aceleración de cada objeto,
incluyendo su dirección. c) Determine las tensiones en las dos cuerdas.
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Figura 6: Sistema de masas
Trabajo
11. Un bloque de masa m = 2,50 kg es empujado una distancia d = 2,20 m sobre una mesa
horizontal sin fricción por una fuerza constante de magnitud F = 16,0 N dirigida a un
ángulo de 25,0o con la horizontal. Determine el trabajo realizado sobre el bloque por (a) la
fuerza aplicada, (b) la fuerza normal que ejerce la mesa, (c) la fuerza gravitacional y (d) la
fuerza neta sobre el bloque.
12. Un obrero empuja horizontalmente una caja de 30.0 kg una distancia de 4.5 m en un piso
plano, con velocidad constante. El coeficiente de fricción cinética entre el piso y la caja es
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de 0.25. (a) ¿Qué magnitud de fuerza debe aplicar el obrero? (b) ¿Cuánto trabajo efectúa
dicha fuerza sobre la caja? (c) ¿Cuánto trabajo efectúa la fricción sobre la caja? (d) ¿Cuánto
trabajo realiza la fuerza normal sobre la caja? ¿Y la gravedad? (e) ¿Qué trabajo total se
efectúa sobre la caja?
13. Cuando un objeto de 4.00 kg cuelga verticalmente en cierto resorte ligero descrito por la ley
de Hooke, el resorte se estira 2.50 cm. Si se quita el objeto de 4.00 kg, (a) ¿cuánto se estirará
el resorte si se le cuelga un objeto de 1.50 kg? (b) ¿Cuánto trabajo debe efectuar un agente
externo para estirar el mismo resorte 4.00 cm desde su posición sin estirar?
14. Un ciclista parte del reposo y desciende sin pedalear por una pendiente a 4.0°. La masa del
ciclista más la bicicleta es de 85 kg. Después de que el ciclista ha recorrido 250 m, (a) ¿cuál
fue el trabajo neto efectuado por la gravedad sobre el ciclista? (b) ¿Qué tan rápido va el
ciclista? Desprecie la resistencia del aire.
16. Un carro de montaña rusa, de 1000 kg, inicialmente está en lo alto de un bucle, en el punto
A. Luego se mueve 135 pies a un ángulo de 40.0° bajo la horizontal, hacia un punto inferior
B. (a) Elija el carro en el punto B como la configuración cero para la energía potencial
gravitacional del sistema montaña rusa-Tierra. Determine la energía potencial del sistema
cuando el carro está en los puntos A y B, y el cambio en energía potencial conforme se mueve
el carro entre estos puntos. (b) Repita el inciso (a), pero haga la configuración cero con el
carro en el punto A.
17. Un resorte ideal de masa despreciable tiene 12.00 cm de longitud cuando nada se une a él.
Cuando usted cuelga un peso de 3.15 kg del resorte, mide que la longitud de éste es de 13.40
cm. Si usted quisiera almacenar 10.0 J de energía potencial en este resorte, ¿cuál sería su
longitud total? Suponga que sigue obedeciendo la ley de Hooke.
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Conservación de la energía
18. Un bloque de masa m = 5,00 kg se libera desde el punto A y se desliza sobre la pista sin
fricción que se muestra en la figura 7. Determine (a) la rapidez del bloque en los puntos B y
C y (b) el trabajo neto hecho por la fuerza gravitacional sobre el bloque cuando se mueve de
A a C.
19. Dos objetos se conectan mediante una cuerda ligera que pasa sobre una polea ligera sin
fricción, como se muestra en la figura 8. El objeto de masa m1 = 5,00 kg se libera desde el
reposo, a una altura h = 4,00 m arriba de la mesa. Con el modelo de sistema aislado, (a)
determine la rapidez del objeto de masa m2 = 3,00 kg justo cuando el objeto de 5.00 kg
golpea en la mesa. (b) Encuentre la altura máxima arriba de la mesa a la que llega el objeto
de 3.00 kg
20. Un resorte horizontal unido a una pared tiene una constante de fuerza k = 850 N/m. Un
bloque de masa m = 1,00 kg se une al resorte y descansa sobre una superficie horizontal
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sin fricción, como en la figura 9. (a) El bloque se jala a una posición xi = 6,00 cm desde la
posición de equilibrio y se suelta. Encuentre la energía potencial elástica almacenada en el
resorte cuando el bloque está a 6,00 cm de la posición de equilibrio y cuando el bloque pasa
por la posición de equilibrio. (b) Encuentre la rapidez del bloque cuando pasa por el punto
de equilibrio. (c) ¿Cuál es la rapidez del bloque cuando está en una posición xi /2 = 3,00 cm?
(d) ¿Por qué la respuesta al inciso (c) no es la mitad de la respuesta del inciso (b).
21. Una bola se suelta desde un altura de 2.0 m y rebota de vuelta hasta una altura de 1.5 m.
(a) ¿Qué fracción de la energía inicial se pierde durante el rebote? (b) ¿Cuál es la rapidez de
la bola justo cuando deja el suelo después del rebote? (c) ¿A dónde se va la energía?
22. Un bloque de 2.00 kg se empuja contra un resorte con masa despreciable y constante de
fuerza k = 400 N/m, comprimiéndolo 0.220 m. Al soltarse el bloque, se mueve por una
superficie sin fricción que primero es horizontal y luego sube a 37.0° (figura 10). (a) ¿Qué
rapidez tiene el bloque al deslizarse sobre la superficie horizontal después de separarse del
resorte? (b) ¿Qué altura alcanza el bloque antes de pararse y regresar?
23. Un bloque de 5.00 kg se lanza hacia arriba de un plano inclinado con una rapidez inicial
vi = 8,00 m/s. El bloque llega al reposo después de viajar d=3.00 m a lo largo del plano, que
está inclinado en un ángulo de 30.0° con la horizontal. Para este movimiento, determine a)
el cambio en la energía cinética del bloque, b) el cambio en la energía potencial del sistema
bloque–Tierra y c) la fuerza de fricción que se ejerce sobre el bloque (supuesta constante).
d) ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética?
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24. El motor eléctrico de un tren a escala acelera al tren desde el reposo a 0.620 m/s en 21.0
ms. La masa total del tren es 875 g. Encuentre la potencia entregada al tren por transmisión
eléctrica desde los rieles de metal durante la aceleración.
25. Una cierta nube de lluvia a una altura de 1.75 km contiene 3,20 × 107 kg de vapor de agua.
¿Cuánto tiempo le tomaría a una bomba de 2.70 kW elevar la misma cantidad de agua desde
la superficie de la Tierra a la posición de la nube?
27. Una pelota de croquet de 0.280 kg tiene una colisión elástica frontal contra una segunda
pelota inicialmente en reposo. La segunda pelota sale con la mitad de la rapidez original de
la primera pelota. (a) ¿Cuál es la masa de la segunda pelota? (b) ¿Qué fracción de la energía
cinética original ∆K/K) se transfiere a la segunda pelota?
28. Una bola de masa 0.220 kg que se mueve con una rapidez de 7.5 m/s sufre una colisión frontal
elástica contra otra bola inicialmente en reposo. Inmediatamente después de la colisión, la
primera bola rebota hacia atrás con una rapidez de 3.8 m/s. Calcule (a) la velocidad de la
bola blanco después de la colisión, y (b) la masa de la bola blanco
29. El automóvil A choca contra el automóvil B (inicialmente en reposo y de igual masa) por
atrás mientras viaja a 35 m/s. Inmediatamente después del choque, el automóvil B se mueve
hacia delante a 25 m/s y el automóvil A queda en reposo. ¿Qué fracción de la energía cinética
inicial se pierde en el choque?
30. Una pelota de béisbol de 144 g se desplaza a 28.0 m/s y choca contra un ladrillo estacionario
de 5.25 kg que descansa sobre pequeños rodillos, de manera que puede moverse sin fricción
considerable. Después de golpear el ladrillo, la pelota rebota en línea recta hacia atrás,
mientras que el ladrillo se mueve hacia delante a 1.10 m/s. (a) ¿Cuál es la rapidez de la
pelota de béisbol después del choque? (b) Calcule la energía cinética total antes y después
de la colisión.
31. Una bola de masa m sufre una colisión frontal elástica contra una segunda bola (en reposo)
y rebota con una rapidez igual a 0.350 de su rapidez original. ¿Cuál es la masa de la segunda
bola?