Fuerza - Ejercicios de física y matemática

FUERZA
1. Si el oro se vendiera por su peso, ¿lo compararía en Punta Arenas o en Arica?
Si se vendiera por masa, ¿lo compraría en Punta Arenas o en Arica?
2. Un pasajero sentado en la parte trasera de un autobús afirma que se lastimó
cuando el conductor aplicó precipitadamente los frenos, provocando que una
maleta saliera volando hacia él desde el frente del vehículo. Si usted fuera el
juez de este caso, ¿qué decisión tomaría?, ¿por qué?
3. Una exploradora espacial está en una nave que viaja por el espacio lejos de
algún planeta o estrella. Observa que una gran roca, tomada como muestra de
un planeta extraño, flota por la cabina de la nave espacial. ¿Debe empujarla
suavemente hacia un compartimiento de almacenamiento o dirigirla con fuerza
hacia el compartimiento?, ¿por qué?
4. ¿Cuánto pesa un astronauta en el espacio, lejos de cualquier planeta o
estrella?
5. Si un auto viaja hacia el este con una velocidad constante de 20 m/s, ¿cuál es
la fuerza resultante que actúa sobre él?
6. Una gran caja se sitúa sobre la plataforma de un camión sin amarrarla a éste.
A) Cuando el camión acelera hacia delante, la caja permanece en reposo
respecto de éste, ¿qué fuerza obliga a la caja a acelerar?, b) Si el conductor
del camión frena con brusquedad, ¿qué pasa con la caja?
7. ¿Qué está mal en el enunciado: “puesto que el auto está en reposo, no hay
fuerzas que actúen sobre él”?, ¿cómo corregiría usted esta oración?
8. ¿Qué causa que un rociador giratorio de césped rote?
9. Una fuerza F aplicada a un objeto de masa m 1 le produce una aceleración de 3
m/s 2 . La misma fuerza aplicada a un objeto de masa m 2 le produce una
aceleración de 1 m/s 2 . a) ¿Cuál es el valor de la proporción m 1 /m 2 , b) si se
combinan las dos masas, encuentre su aceleración bajo la acción de F. (1/3;
0,75m/s 2 )
10. Tres fuerzas, dadas por F 1 = (-2i – 2j) N, F 2 = (5i – 2j) N y F 3 (-45 i) N, actúan
sobre un objeto para producir una aceleración de magnitud 3,75 m/s 2 . a) ¿Cuál
es la dirección de la aceleración?, b) ¿cuál es la masa del objeto?, c) si el
objeto inicialmente está en reposo, ¿cuál es su velocidad después de 10s?, d)
¿Cuáles son las componentes de la velocidad después de 10 s?
11. Una fuerza dependiente del tiempo, F = (8i – 4tj) N (donde t está en segundos),
se aplica a un objeto de 2 kg inicialmente en reposo. A) ¿En qué tiempo el
objeto se moverá con una velocidad de 15 m/s?, b) ¿a qué distancia está, de
su posición inicial, cuando su velocidad es de 15 m/s?, c) ¿cuál es el
desplazamiento del objeto en ese tiempo? (2,4s; 18 m; (11,5i – 13,8j) m)
12. Una partícula de 3 kg parte del reposo y se mueve una distancia de 4 m en 2 s
bajo la acción de una fuerza constante única. Encuentre la magnitud de la
fuerza.
13. Una bala de 5 gr sale del cañón de un rifle con una velocidad de 320 m/s.
¿Qué fuerza promedio se ejerce sobre la bala mientras se mueve por el cañón
de lo 0,82 m de longitud? (312 N)
14. De manera simultánea se aplican fuerzas de 10 N al norte, 20 N al este y 15 N
al sur sobre un objeto de masa 4 kg. Obtenga su aceleración.
15. Un objeto de 4 kg tiene una velocidad de 3i m/s en un instante. 8 segundos
después su velocidad es 10j m/s. Si se supone que el objeto se sometió a una
fuerza neta constante, encuentre: a) las componentes de la fuerza, b) la
magnitud de la fuerza. ((-1,5i + 5j) N; 5,22 N)
Hernán Verdugo Fabiani
Profesor de Matemática y Física
www.hverdugo.cl
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16. Dos masas, m 1 y m 2 , situadas sobre una superficie horizontal sin fricción se
conectan mediante una cuerda sin masa. Una fuerza, F, se ejerce sobre una de
las masas a la derecha. Determine la aceleración del sistema y la tensión, T,
en la cuerda.
17. Un pequeño insecto es colocado ente dos bloques de masas m 1 y m 2 (m 1 > m 2 )
sobre una mesa sin fricción. Una fuerza horizontal, F, puede aplicarse ya sea a
m 1 , o a m 2 . ¿En cuál de los dos casos el insecto tiene mayor oportunidad de
sobrevivir? (F sobre m 1 )
18. Un bloque se desliza hacia abajo por un plano sin fricción que tiene una
inclinación de 15º. Si el bloque parte del reposo en la parte superior y la
longitud de la pendiente es 2 m, encuentre: a) la magnitud de la aceleración del
bloque, y b) su velocidad cuando alcanza el pie de la pendiente.
19. Un bloque de masa 2 kg se suelta del reposo a una altura de 0,5 m de la
superficie de una mesa, en la parte superior de una pendiente con un ángulo
de 30º. La pendiente está fija sobe una mesa de altura de 2m y no presenta
fricción. A) Determine la aceleración del bloque cuando se desliza hacia abajo
de la pendiente. B) ¿Cuál es la velocidad del bloque cuando deja la
pendiente?. C) ¿A qué distancia de la mesa el bloque golpeará el suelo?. D)
¿Cuánto tiempo ha transcurrido entre el momento en que se suelta el bloque y
cuando golpea el suelo?. E) ¿La masa del bloque influye en cualquiera de los
cálculos anteriores? (a) 4,9 m/s 2 , b) 3,13 m/s, c) 1,35 m, d) 1,14 s, e) no)
20. En la figura se muestran dos masas conectadas por medio de una cuerda sin
masa que pasa sobre una polea sin masa. Si la pendiente tampoco presenta
fricción y si m 1 = 2 kg, m 2 = 6k y α = 55º, encuentre: a) la magnitud de la
aceleración de las masas, b) la tensión en la cuerda, c) la velocidad de cada
masa 2 s después de que aceleran desde el reposo.
Hernán Verdugo Fabiani
Profesor de Matemática y Física
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21. Una fuerza horizontal neta F = A + Bt 3 actúa sobre un objeto de 3,5 kg, donde
A = 8,6 N y B = 2.5 N/s 3 . ¿Cuál es la velocidad horizontal de este objeto 3 s
después que parte del reposo? (21.8 m/s)
22. La masa m 1 sobre una mesa horizontal sin fricción se conecta a la masa m 2 por
medio de una polea sin masa P 1 y una polea fija sin masa P 2 como se muestra
en la figura. Si a 1 y a 2 son las magnitudes de las aceleraciones de m 1 y m 2
respectivamente, ¿cuál es la relación entre estas aceleraciones? Determine
expresiones para b) las tensiones en las cuerdas y c) las aceleraciones a 1 y a 2
en función de m 1 , m 2 y g.
23. Un bloque que cuelga, de 8,5 kg, se conecta por medio de una cuerda que
pasa por una polea a un bloque de 6,2 kg que se desliza sobre una mesa
plana. Si el coeficiente de roce durante el deslizamiento es 0,2, encuentre la
tensión en la cuerda. (36,9 N)
24. Un bloque de 25 kg está inicialmente en reposo sobre una superficie horizontal.
Se necesita una fuerza horizontal de 75 N para poner el bloque en movimiento.
Después de que empieza a moverse, se necesita una fuerza de 60 N para
mantener el bloque en movimiento con velocidad constante. Determine los
coeficientes de roce estático y cinético a partir de esta información.
25. Suponga que el coeficiente de roce entre las ruedas de un auto de carreras y la
pista es 1. Si el auto parte del reposo y acelera a una tasa constante por 335
m, ¿cuál es la velocidad al final de la carrera? (81 m/s)
26. ¿Qué fuerza debe aplicarse sobre un bloque A con el fin de que el bloque B no
caiga. El coeficiente de roce estático entre los bloques A y B es 0,55, y la
superficie horizontal no presenta fricción.
27. Un patinador de hielo que se mueve a 12 m/s se desliza por efecto de la
gravedad hasta detenerse después de recorrer una distancia de 95 m sobre
una superficie de hielo. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinético entre el hielo
y los patines? (0,07353)
28. Una masa de 2,2 kg se acelera a lo largo de una superficie horizontal mediante
una cuerda que pasa por una polea, como se muestra en la figura. La tensión
en la cuerda es de 10 N y la polea está 10 cm sobre la parte superior del
bloque. El coeficiente de la fricción de deslizamiento es 0,4. a) Determine la
aceleración del bloque cuando x = 0,4 m, b) determine el valor de x en el cual
la aceleración se vuelve cero.
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29. En la figura se muestran tres masas conectadas sobre una mesa. La mesa
tiene un coeficiente de fricción de deslizamiento de 0,35. Las tres masas son
de 4 kg, 1 kg y 2 kg respectivamente, y las poleas son sin fricción. A)
Determine la aceleración de cada bloque y sus direcciones, b) determine las
tensiones en las dos cuerdas. (a) a 1 = 2,31 m/s 2 hacia abajo, b) T izquierda = 30 N,
T derecha = 24,2 N)
30. ¿Qué fuerza horizontal debe aplicarse al carro mostrado en la figura con el
propósito de que los bloques permanezcan estacionarios respecto del carro?.
Suponga que todas las superficies, las ruedas y la polea son sin fricción. ( (M +
m 1 + m 2 )m 2 g/m 1 )
31. Los tres bloques de la figura están conectados por medio de cuerdas sin masa
que pasan por poleas sin fricción. La aceleración del sistema es 2,35 m/s 2 a la
izquierda y las superficies son rugosas. Determine: a) las tensiones en las
cuerdas y b) el coeficiente de fricción cinético entre los bloques y la superficie.
(T 1 = 74,5 N, T 2 = 34.7 N, µ = 0,572)
Hernán Verdugo Fabiani
Profesor de Matemática y Física
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