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Dinámica leyes de Newton, Ejercicios de Física

Institución Universitaria Colegio Mayor de Antioquia (COLMAYOR)Física

Leyes de Newton, problemas y preguntas, dinámica de particulas

Tipo: Ejercicios

2023/2024

Subido el 27/09/2024

catalina-restrepo-gomez
catalina-restrepo-gomez 🇨🇴

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I. DINÁMICA DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO
Preguntas conceptuales
1. ¿Un cuerpo puede estar en equilibrio si sólo una fuerza actúa sobre él? Explique su respuesta.
2. Una persona está de pie en la superficie de la Tierra. La masa de la persona es 𝑚, y la masa de la
Tierra es 𝑀. La persona salta hacia arriba, alcanzando una altura máxima ℎ sobre la Tierra. Cuando
la persona está a esta altura ℎ, ¿cuál es la magnitud de la fuerza que la persona ejerce sobre la
Tierra?
3. Si un automóvil se detiene repentinamente, los pasajeros tienden a moverse hacia adelante, en
relación con sus asientos. ¿Por qué? Ahora, si el auto toma una glorieta abruptamente, los pasajeros
tienden a deslizarse hacia un lado. ¿Por qué?
4. Un pasajero de un autobús en movimiento, sin ventanillas, ve que una pelota que estaba en
reposo en el pasillo comienza a moverse repentinamente hacia atrás. Piense en dos posibles
explicaciones y en cómo decidir cuál es correcta.
5. El Tornado es un juego de feria que consiste en un cilindro vertical que gira rápidamente alrededor
de su eje vertical. Al girar el Tornado, los pasajeros se oprimen contra la pared interior del cilindro
por la rotación, y el piso del cilindro se quita. La fuerza que apunta hacia arriba, evitando que los
pasajeros se caigan hacia abajo, es
a) la fuerza de fricción.
b) el peso.
c) una fuerza de tensión.
d) una fuerza normal.
TALLER DE TRABAJO
INDEPENDIENTE
CÓDIGO:
VERSIÓN: 01
Asignatura: Física
Código: FAI008
Grupo: 3931A, 3931B, 3931C,
3931D, 3931E, 3931F
Autor: Deiby Maya Rodríguez
Tema: Dinámica de una partícula
Subtemas: Dinámica del movimiento rectilíneo y dinámica del movimiento circular.
Objetivo: Fortalecer los conceptos y los procedimientos previamente expuestos en clase de la dinámica de una
partícula.
Competencia(s): Conceptualiza las leyes de Newton y las aplica de manera adecuada para establecer las causas del
movimiento de la partícula.
Fecha de modificación:
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¡Descarga Dinámica leyes de Newton y más Ejercicios en PDF de Física solo en Docsity!

I. DINÁMICA DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO

Preguntas conceptuales

  1. ¿Un cuerpo puede estar en equilibrio si sólo una fuerza actúa sobre él? Explique su respuesta.
  2. Una persona está de pie en la superficie de la Tierra. La masa de la persona es 𝑚, y la masa de la Tierra es 𝑀. La persona salta hacia arriba, alcanzando una altura máxima ℎ sobre la Tierra. Cuando la persona está a esta altura ℎ, ¿cuál es la magnitud de la fuerza que la persona ejerce sobre la Tierra?
  3. Si un automóvil se detiene repentinamente, los pasajeros tienden a moverse hacia adelante, en relación con sus asientos. ¿Por qué? Ahora, si el auto toma una glorieta abruptamente, los pasajeros tienden a deslizarse hacia un lado. ¿Por qué?
  4. Un pasajero de un autobús en movimiento, sin ventanillas, ve que una pelota que estaba en reposo en el pasillo comienza a moverse repentinamente hacia atrás. Piense en dos posibles explicaciones y en cómo decidir cuál es correcta.
  5. El Tornado es un juego de feria que consiste en un cilindro vertical que gira rápidamente alrededor de su eje vertical. Al girar el Tornado, los pasajeros se oprimen contra la pared interior del cilindro por la rotación, y el piso del cilindro se quita. La fuerza que apunta hacia arriba, evitando que los pasajeros se caigan hacia abajo, es a) la fuerza de fricción. b) el peso. c) una fuerza de tensión. d) una fuerza normal.

TALLER DE TRABAJO

INDEPENDIENTE

CÓDIGO: VERSIÓN: 0 1 Asignatura: Física Código: FAI Grupo: 3931A, 3931B, 3931C, 3931D, 3931E, 3931F Autor: Deiby Maya Rodríguez Tema: Dinámica de una partícula Subtemas: Dinámica del movimiento rectilíneo y dinámica del movimiento circular. Objetivo: Fortalecer los conceptos y los procedimientos previamente expuestos en clase de la dinámica de una partícula. Competencia(s): Conceptualiza las leyes de Newton y las aplica de manera adecuada para establecer las causas del movimiento de la partícula. Fecha de elaboración : 05 de abril de 2021 Fecha de modificación :

  1. Verdadero o falso: un libro de física sobre una mesa no se moverá en lo absoluto si y sólo si la fuerza neta es cero.

  2. ¿Cuál(es) de las siguientes observaciones sobre la fuerza de fricción es (son) incorrecta(s)? a) La magnitud de la fuerza de fricción cinética es siempre proporcional a la fuerza normal. b) La magnitud de la fuerza de fricción estática es siempre proporcional a la fuerza normal. c) La magnitud de la fuerza de fricción estática es siempre proporcional a la fuerza externa aplicada. d) El sentido de la fuerza de fricción cinética es siempre opuesta al del movimiento relativo del objeto respecto a la superficie sobre la que se mueve. e) El sentido de la fuerza de fricción estática es siempre opuesta al del movimiento inminente del objeto en relación con la superficie sobre la cual se Problemas

  3. Cuatro pesas, de masas 𝑚 1 = 6. 50 𝐾𝑔 , 𝑚 2 = 3. 80 𝐾𝑔 , 𝑚 3 = 10. 70 𝐾𝑔 y 𝑚 4 = 4. 20 𝐾𝑔 , cuelgan del techo como se muestra en la figura. Están conectados por cuerdas. ¿Cuál es la tensión en la cuerda que conecta las masas 𝑚 1 y 𝑚 2? Resp. 1. 83 N

  4. Una piñata de masa 𝑀 = 8. 0 𝐾𝑔 está atada a una cuerda de masa despreciable que está tendida entre las puntas de dos postes verticales. La distancia horizontal entre los postes es 𝐷 = 2. 0 𝑚, y la punta del poste derecho está a una distancia vertical ℎ = 0. 50 𝑚 más alta que la punta del poste izquierdo. La piñata está atada a la cuerda en una posición horizontal a mitad de camino entre los dos postes, y a una distancia vertical 𝑠 = 1. 0 𝑚 por debajo de la punta del poste izquierdo. Encuentre la tensión en cada parte de la cuerda debida al peso de la piñata. Resp. Izquierda: 44 N; Derecha: 57 N

  1. Una cuña de masa 𝑚 = 36. 1 𝑘𝑔 está ubicada en un plano inclinado un ángulo 𝜃 = 21 .3° respecto a la horizontal. Una fuerza 𝐹 = 302. 3 𝑁 en la dirección horizontal empuja la cuña, como se muestra en la figura. El coeficiente de fricción cinética entre la cuña y el plano es de 0. 159. ¿Cuál es la aceleración de la cuña a lo largo del plano? Resp. 2. 30 m/s^2
  2. Como se muestra en la figura, dos masas, 𝑚 1 = 3. 50 𝐾𝑔 y 𝑚 2 = 5. 00 𝐾𝑔, están sobre una mesa sin fricción, y la masa 𝑚 3 = 7. 60 𝑘𝑔 cuelga de 𝑚 1. Los coeficientes de fricción estática y cinética entre 𝑚 1 y 𝑚 2 son 0. 60 y 0. 50 , respectivamente. a) ¿Cuáles son las aceleraciones de 𝑚 1 y 𝑚 2? b) ¿Cuál es la tensión en la cuerda entre 𝑚 1 y 𝑚 3? Resp. a) 𝑎 1 = 5. 2 m/s^2 y 𝑎 2 = 3. 4 m/s^2 ; b) 35 N
  3. Un bloque de mármol de masa 𝑚 1 = 567. 1 𝐾𝑔 y un bloque de granito de masa 𝑚 2 = 266. 4 𝑘𝑔 se conectan entre sí mediante una cuerda que pasa por una polea, como se muestra en la figura. Ambos bloques están sobre planos inclinados, cuyos ángulos son 𝜃 = 39 .3° y 𝜃 = 53 .2°. Ambos bloques se mueven sin fricción, y la cuerda se desliza sobre la polea sin fricción. ¿Cuál es la aceleración del bloque de mármol? Observe que en la figura se indica la dirección 𝑥 positiva. Resp. 𝑎 = 1. 72 m/s^2
  1. Un bloque de masa 𝑚 1 = 2. 30 𝐾𝑔 se coloca en el frente de un bloque de masa 𝑚 2 = 5. 20 𝐾𝑔, como se muestra en la figura. El coeficiente de fricción estática ente 𝑚 1 y 𝑚 2 es de 0. 65 , y hay fricción despreciable entre el bloque mayor y la mesa. a) ¿Qué fuerzas actúan sobre 𝑚 1? b) ¿Cuál es la fuerza externa mínima 𝐹 que se debe aplicar a 𝑚 2 para que 𝑚 1 no caiga? c) ¿Cuál es la fuerza de contacto entre 𝑚 1 y 𝑚 2? d) ¿Cuál es la fuerza neta que actúa sobre 𝑚 2 cuando se aplica la fuerza que se determinó en el inciso b)?

II. DINÁMICA DEL MOVIMIENTO CIRCULAR

Preguntas conceptuales

  1. Un objeto se mueve en una trayectoria circular. Si repentinamente se quita la fuerza centrípeta, ¿cómo se moverá el objeto? a) Se moverá radialmente hacia fuera. b) Se moverá radialmente hacia dentro. c) Se moverá verticalmente hacia abajo. d) Se moverá en la dirección en la que señala su vector velocidad en el instante en que desaparece la fuerza centrípeta.
  2. La aceleración angular para un objeto sujeto a movimiento circular se grafica contra el tiempo en la figura. Si el objeto partió del reposo en 𝑡 = 0 𝑠, el desplazamiento angular neto del objeto en 𝑡 = 𝑡𝑓 a) es en dirección horaria. b) es en dirección antihoraria. c) es cero. d) no se puede determinar.
  1. Un pequeño bloque de masa 𝑚 está en contacto con la pared interior de un gran cilindro hueco. Suponga que el coeficiente de fricción estática entre el objeto y la pared del cilindro es 𝜇. Inicialmente, el cilindro está en reposo y el bloque se mantiene en su lugar mediante una repisa que soporta su peso. El cilindro comienza a girar alrededor de su eje central, como se muestra en la figura, con una aceleración angular ∝. Determine el intervalo mínimo de tiempo después de que el cilindro comienza a girar antes de que se pueda quitar la repisa sin que se deslice el bloque contra la pared.

Resp. ∆𝑡 = √

2 𝑔 𝜇𝑑∝^2

  1. Una pelota de masa 𝑚 = 0. 200 𝐾𝑔 está sujeta a una cuerda (sin masa) de longitud 𝐿 = 1. 00 𝑚 , y está en movimiento circular en el plano horizontal, como se muestra en la figura. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la pelota. b) ¿Cuál fuerza desempeña el papel de la fuerza centrípeta? c) ¿Cuál debe ser la rapidez de la masa para que 𝜃 sea de 45 .0°? d) ¿Cuál es la tensión en la cuerda?

  2. Una niña en la plataforma de un carrusel sostiene un péndulo en la mano. El péndulo está a 6. 0 𝑚 del eje de rotación de la plataforma. La rapidez de rotación de la plataforma es de 0. 020 𝑟𝑒𝑣/𝑠. Se encuentra que el péndulo cuelga con un ángulo 𝜃 respecto a la vertical. Encuentre 𝜃.

  3. Un juego mecánico popular de feria consiste en asientos colgados por cables de un disco central. Los pasajeros viajan en movimiento circular uniforme. Como se muestra en la figura, el radio del disco central es 𝑅 0 = 3. 00 𝑚, y la longitud del cable es 𝐿 = 3. 20 𝑚. La masa de uno de los pasajeros (incluyendo la silla en la que se sienta) es de 65. 0 𝐾𝑔. a) Si el ángulo 𝜃 que forma el cable con respecto a la vertical es de 30 .0°, ¿cuál es la rapidez, 𝑣, de este pasajero? b) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza que ejerce el cable sobre la silla? Resp. a) 𝑣 = 5. 10 m/s ; b) 𝑇 = 736 𝑁.

  1. Dos bloques de masas 𝑚 1 = 2. 3 𝐾𝑔 y 𝑚 2 = 1. 5 𝐾𝑔 unidas entre sí por una cuerda y a su vez unidas a un punto fijo 𝑂, describen un movimiento circular con velocidad angular constante 𝜔 = 4 𝜋 𝑟𝑎𝑑 𝑠 en un plano horizontal liso, tal como se muestra en la figura. Calcular las tensiones en las cuerdas, considerando que las cuerdas son ideales. Los radios valen: 𝑅 1 = 0. 78 𝑚 y 𝑅 2 = 1. 35 𝑚.