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1
MANUAL DE DINÁMICA
Por: Gregorio Coello
2
Prólogo
El presente manual ha sido estructurado de tal manera que sea de fácil lectura
y comprensión, donde los estudiantes de bachillerato puedan acceder al
conocimientodelafísica, preparándose así a entender de una manera fácil.
Los profesores podrán encontrar una ayuda didáctica en la organización y el
contenido de sus clases, de tal manera que se logre homogeneidad en la
simbología y lenguaje físico utilizados.
Los problemas resueltos tienen como objetivo que el estudiante profundice
sus conocimientos conforme los va adquiriendo, han sido escogidos y
desarrollados de manera tal que progresivamente se los aplique, empezando
por lo más elemental, hasta llegar a lo más complejo.
Adicionalmente, la orientación del texto fomenta la investigación de los
temas tratados, avanzando así en el conocimiento hacia su consolidación.
3
Autor
Gregorio Coello Muñoz
Títulos:
Profesor de Física y Matemática
Universidad de Guayaquil-Ecuador
Master Universitario en Didácticas de las Matemáticas para Secundaria y Bachillerato
Universidad La Rioja-España.
4
REVISIÓN TÉCNICA
Ing. Ricardo Vera Indio
Ingeniero Automotriz de la Universidad Internacional del Ecuador Docente de Física y Mecánica
Automotriz
Unidad Educativa San Benildo La Salle Guayaquil-Ecuador
Ing. Gustavo Coello Sánchez
Ingeniero en Mecánica y Ciencias de la Producción ESPOL
Guayaquil-Ecuador
Dra. Julia Espinoza Beltrán
Catedrática Unidad Educativa Nueva Semilla
Guayaquil-Ecuador
Elaborado
Diciembre-2020
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un
sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o
electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.
El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus
representantes.
5
Contenido
DINÁMICA ..........................................................................................................................................6
INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................6
DINÁMICA ..........................................................................................................................................6
FUERZA...............................................................................................................................................6
PESO...................................................................................................................................................6
MASA Y PESO .....................................................................................................................................7
NORMAL.............................................................................................................................................7
ROZAMIENTO.....................................................................................................................................7
TENSIÓN.............................................................................................................................................8
Aceleración ........................................................................................................................................8
Leyes de Newton................................................................................................................................9
Primera Ley de Newton (Inercia o Estática) .......................................................................................9
Segunda Ley de Newton (Fuerza o Dinámica) ....................................................................................9
Tercera Ley de Newton (Acción y Reacción) ......................................................................................9
Diagrama de cuerpo libre...................................................................................................................9
1. Cuerpo sobre una superficie ....................................................................................................10
2. Cuerpo suspendido por una cuerda .........................................................................................10
3. Polea: Cuerpo es llevado hacia arriba sin rozamiento en la polea............................................11
4. Dos cuerpos conectados a una cuerda (No se considera el rozamiento). ................................12
5. Polea y dos cuerpos suspendidos (sin fricción) ........................................................................12
6. Dos cuerpos que caen ..............................................................................................................13
7. Cuerpo sobre un plano horizontal aplicando una fuerza, con rozamiento...............................14
8. Fuerza aplicada sobre un cuerpo en un plano inclinado sin rozamiento..................................15
Problemas resueltos.........................................................................................................................16
Problemas propuestos .....................................................................................................................20
Bibliografía.......................................................................................................................................24
6
DINÁMICA
INTRODUCCIÓN
La cinemática se encarga del estudio del movimiento de los cuerpos, sin estudiar los detalles que
causan el movimiento, la dinámica se encarga de hacerlo en analizar que los crea.
DINÁMICA
La dinámica es la parte de la mecánica que tiene por objeto el estudio del movimiento de los cuerpos
y de las causas que lo generan. Las razones que producen el movimiento son el resultado de las
interacciones que existen entre una partícula y el habitad que la rodea.
FUERZA
Consideramos como fuerza a las interacciones que se producen entre los cuerpos. En mecánica, es
aquello que cambia la velocidad de un objeto. La fuerza es una magnitud vectorial, que tiene
magnitud dirección y sentido.
La unidad de fuerza en los sistemas como MKS (metro, kilogramo, segundo), CGS (centímetro,
gramo, segundo) y en el sistema Ingles o FPS (foot=pie, pound=libra, second=segundo).
SISTEMA MKS SISTEMA CGS SISTEMA FPS
F= m.a F= m.a F= m.a
F= Kg.(m/seg2
) F= gr.(cm/seg2
) F= libra(pie/seg2
)
F= Newton(N) F= Dina F= libra. Fuerza (lbf)
Para el estudio de fuerza debemos analizar bien los siguientes conceptos como Peso, Normal,
Rozamiento y Tensión.
PESO
El peso de un cuerpo (P) o (Fw) es la fuerza gravitacional que ejerce la Tierra sobre el cuerpo, y es
perpendicular a la superficie de la Tierra. A esto se le denomina atracción y se da por efecto de la
gravedad que existe y varía de acuerdo al sitio en donde este el cuerpo.
7
MASA Y PESO
Masa es la cantidad de materia que lo está formando un cuerpo. La masa(m) es una magnitud
escalar que cuando en caída libre hacia la Tierra, su acción es una sola fuerza, esa acción se la conoce
como atracción gravitacional a la cual la llamaremos peso (Fw). La aceleración g que posee un objeto
en caída libre se debe al peso (Fw). Podemos decir que la Fuerza es igual al Peso F=Fw , y que la
aceleración en igual a la gravedad del cuerpo a=g, por lo que la masa se mantiene para ambos casos.
La ecuación se la define como Fw=m.g
NORMAL
La fuerza normal existe cuando el contacto entre dos cuerpos y es perpendicular a la horizontal o
superficie en el cual se asienta el cuerpo. La fuerza normal la denotaremos como N.
ROZAMIENTO
Al rozamiento también conocido como fuerza de fricción existe cuando solo si dos cuerpos están en
contacto y uno de ellos se mueve respecto al otro, la fuerza de rozamiento o de fricción siempre
estará en sentido contrario al movimiento del cuerpo. La fuerza de fricción la denotamos como fr.
8
El rozamiento se da porque todas las superficies en contacto presentan rugosidad.
Existen dos tipos de fuerzas de rozamiento: La fuerza de rozamiento estática y cinética.
• Para la fuerza de rozamiento estática (fre), la reconoceremos a través de que se aplique una
fuerza sobre un cuerpo, este aún permanece en estado de reposo.
La expresión que nos permitirá encontrar la fuerza de rozamiento es:
fre=μeN
μe es el coeficiente de rozamiento estático, N, es la fuerza normal.
• Para la fuerza de rozamiento cinética (frc), la reconoceremos a través de que se aplique una
fuerza sobre un cuerpo, este deje su estado de reposo y empiece a tener movimiento.
La expresión que nos permitirá encontrar la fuerza de rozamiento es:
frc=μcN
μc es el coeficiente de rozamiento cinético, N, es la fuerza normal.
Los coeficientes de rozamiento estática y cinético son adimensionales, adicional la fuerza de
rozamiento estática es mayor a la fuerza de rozamiento cinético (Nuñez, 2000).
Sin la fuerza de rozamiento, no podríamos caminar, moverse en vehículo, la fuerza de rozamiento
se opone al deslizamiento de una superficie sobre otra cuando entrar en contacto.
TENSIÓN
Cuando se escucha hablar de tensión, se no viene a la mente de la acción de una fuerza que se aplica
a un cuerpo. Esta fuerza que es transmitida es la misma en toda la cuerda, en otras palabras, se
conserva, a la tensión la vamos denotar con T.
Aceleración
La aceleración es una magnitud vectorial que nos indica la variación de velocidad por unidad de
tiempo, es decir, si aumenta o disminuye la velocidad en un cuerpo. Su unidad en el Sistema
Internacional es m/s².
9
Leyes de Newton
Primera Ley de Newton (Inercia o Estática)
Un objeto en reposo permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme(constante), a
menos que reciba la acción de una fuerza externa (Bueche, 2001).
En base a esta definición podemos decir que la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre el
cuerpo, debe ser igual a cero, debido a que no existe aceleración.
∑Fx=0 o ∑Fy=0
Segunda Ley de Newton (Fuerza o Dinámica)
En un cuerpo la aceleración es directamente proporcional a la fuerza neta que actúan sobre el
cuerpo, y es inversamente proporcional a la masa. La expresión de la segunda Ley de Newton es:
F=m.a
A tomar en cuenta: F= Fuerza neta (New=Kg m/seg2
), m= masa del cuerpo (Kg), a=aceleración que
el cuerpo adquiere al aplicar la fuerza.
La fuerza neta por ser una magnitud vectorial va en el mismo sentido y dirección de la aceleración.
Tercera Ley de Newton (Acción y Reacción)
Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, existe otra igual, pero en sentido opuesto, actuando
sobre algún otro cuerpo.
Podemos concluir que una fuerza acción realizada por un cuerpo, este se opone a una fuerza
reacción que realiza otro cuerpo, pero con sentido opuesto.
Diagrama de cuerpo libre
La parte más esencial del estudio de la dinámica, el diagrama de un cuerpo libre no es otra cosa
que el gráfico de vectores que representan todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo y que se
concentran en el centro de la masa.
10
Veamos algunos casos que se presentan en los problemas
1. Cuerpo sobre una superficie
Al estar sobre una superficie y no existir movimiento, el cuerpo esta en reposo por lo que
está en equilibrio.
El Peso del bloque ejerce hacia abajo una fuerza, esta debe esta compensada o equilibrada
por la fuerza hacia arriba que ejerce el piso Normal, por hacer contacto con la superficie.
2. Cuerpo suspendido por una cuerda
Como podemos observar en el gráfico, tiene el mismo análisis que en el primer caso, el
cuerpo está en equilibrio. El cuerpo va hacia abajo (Fuerza Peso), y la tensión tira hacia
arriba por lo que provoca que estén en equilibrio.
11
3. Polea: Cuerpo es llevado hacia arriba sin rozamiento en la polea
Aquí podemos analizar el gráfico, que el cuerpo no se encuentra en equilibro, que tiene
aceleración hacia arriba, por lo que la fuerzas van en el sentido de la aceleración y estas
serán positivas, y si van en sentido opuesto estas serán negativas.
Debe tomarse muy en cuenta que el sentido de la aceleración, si en este mismo gráfico el
cuerpo en vez de subir este cayese, la aceleración será hacia abajo, la fuerza peso positiva y
la tensión negativa.
12
4. Dos cuerpos conectados a una cuerda (No se considera el
rozamiento).
Como observamos en el gráfico tenemos dos cuerpos atados por una cuerda y no se toma
en cuenta el rozamiento. La aceleración es horizontal, por lo que las fuerzas horizontales la
aceleración es igual a cero. También la tensión en la cuerda es la misma para ambos cuerpos
en el gráfico.
5. Polea y dos cuerpos suspendidos (sin fricción)
13
Observamos en el gráfico, el sistema tiene en total una aceleración vertical, y cumple con la
condición de Pw2>Pw1, es importante anotar que todas las fuerzas que van en el mismo
sentido que la aceleración serán positivas y las fuerzas que van en sentido contrarias serán
negativas. La tensión de las cuerdas es la misma en todos los puntos. Aquí no hay fuerzas
horizontales.
6. Dos cuerpos que caen
Un cuerpo esta sobre un plano horizontal y el otro cuerpo se encuentra suspendido, la polea
no tiene fricción, ni rozamiento en la superficie del 1er bloque.
Podemos ver que la aceleración se mueve en todo el sistema en una misma dirección. El
cuerpo 2 está en caída y el cuerpo 1 es arrastrado por el efecto del peso del cuerpo 2. Por
lo que el sistema no esta en equilibrio y la tensión sigue siendo el mismo para ambos
cuerpos.
14
7. Cuerpo sobre un plano horizontal aplicando una fuerza, con
rozamiento.
El cuerpo sobre la superficie del plano tiene rozamiento, este rozamiento va en sentido
contrario a la fuerza aplicada. El rozamiento puede ser estático o como cinético.
15
8. Fuerza aplicada sobre un cuerpo en un plano inclinado sin
rozamiento.
En el gráfico observamos que el cuerpo esta en un plano inclinado y este se le aplica una
fuerza, solo hay que tomar en cuenta el ángulo de la fuerza Peso pues tendremos que aplicar
el teorema geométrico en el mismo.
Recuerde que el vector de la fuerza peso y el eje de coordenada “y” son las perpendiculares
que caen sobre el plano inclinado en los lados en donde se forma el ángulo.
16
Problemas resueltos
1) Un cuerpo se encuentra suspendido por una cuerda como se muestra en el gráfico.
Encontrar la fuerza de tensión en la cuerda.
En el problema planteado existe dos fuerzas que actúan sobre un cuerpo: La fuerza de
tensión de la cuerda (que jala hacia arriba), y la fuerza peso debido a la gravedad jala hacia
abajo.
→+∑Fx=0 se convierte en 0=0
↑+∑Fy=0 se convierte en FT – PW=0 por lo tanto FT= 25 N
Podemos decir que la cuerda que soporta el cuerpo esta en equilibrio, por lo que la fuerza
de tensión es igual a la fuerza del peso.
2) Un cuerpo tiene un peso de 500 N, esta sobre un plano horizontal. Se le aplica una fuerza
de 300 N paralela al plano. No existe aceleración, encontrar el coeficiente de rozamiento
estático entre el cuerpo y el plano.
En este problema observamos no hay aceleración, por lo que es necesario aplicar las
condiciones de equilibrio:
17
∑Fx=0 se convierten en F - fRE=0 F – μeN=0
Despejando μe=
𝐹
𝑁
=
300𝑁
500𝑁
= 0.6 siendo este valor el coeficiente de rozamiento estático.
∑Fy=0 se convierten en N – Pw=0 N=PW por lo que N= 500N
3) Se necesita 500N de fuerza para empujar una caja de 50 Kg, la aceleración que se necesita
para subirla por el plano es de 0.80 m/seg2
. Hallar el coeficiente de fricción cinética entre la
caja y la superficie del plano.
a) Las componentes Fx= FsenΘ° entonces Fx= 500N (0.766) = 383 N
b) Las componentes Fy=FcosΘ° entonces Fy= 500N (0.643) = 321 N
∑Fx=max reemplazando tendremos 383N-Ft-(50kg) (sen 40°) (9.8 m/seg2
)=50Kg(0.80m/seg2
)
Ft= 29.4N
∑Fy=0 reemplazando tendremos FN-321N-(cos 40°) (50Kg) (9.8m/seg2
)=0
FN= 698.3N
Obtenemos el coeficiente de fricción cinética
μc=
𝑭𝒕
𝑭𝑵
=
𝟐𝟗.𝟒𝑵
𝟔𝟗𝟖.𝟑𝑵
= 𝟎. 𝟎𝟒
4) La masa de un cuerpo sobre el plano horizontal es de m=25 kg y la masa del cuerpo que
cuelga es de m=15 kg. El coeficiente de fricción cinética entre el cuerpo y la mesa es de 0.15
¿Cuánto bajará el cuerpo suspendido en los 4 seg después de liberar el sistema?
18
Como podemos observar el cuerpo de masa 1 no hay movimiento vertical, por lo que la
fuerza normal es
FN= m1g = (25kg) (9.8m/seg2
)= 245 N
Entonces la fuerza de fricción
fc= μFN= (0.15)(245N) = 36.75N
Tenemos que encontrar la aceleración del sistema, para esto debemos describir su
movimiento. Utilicemos F=m.a a cada cuerpo, la dirección del movimiento como positivo.
FT – fC= m1.a reemplazando tenemos FT – (36.75N) = (25kg)(a) y m2.g – FT = m2.a
reemplazando tenemos (15kg) (9.8m/seg2
) – FT =(15Kg)(a) , aquí eliminamos FT aplicamos
operaciones algebraicas y despejamos aceleración.
1.- FT=(25Kg)(a)+36.75N
2.- FT=147N-(15Kg)(a)
Unimos las ecuaciones
(25Kg)(a)+36.75N=147N-(15Kg)(a) entonces tendremos 25Kg.a + 15Kg.a =147N-36.75N
40Kg .a = 110.25 N a=
110.25𝑁
40𝐾𝑔
= 2.75 𝑚/𝑠𝑒𝑔2
Una vez encontrada la aceleración podemos determinar cuanto bajo(altura) en el tiempo
de 4 seg., recordemos que no hay velocidad inicial V0=0 , y= V0t+1/2 at2
y= 0+1/2 (2.75m/seg2
)(4seg)2
= 22 m
5) El siguiente sistema debemos encontrar la aceleración y la tensión de la cuerda si para cada
cuerpo la fuerza peso A es de 200 N y fuerza peso B de 100 N. deprecie el rozamiento entre
los cuerpos A y B.
PWA= 200N encontremos el valor de la masa A mA=
𝑃
𝑔
=
200𝑁
9.8𝑚/𝑠𝑒𝑔2 = 20.4 Kg
PWB= 100N encontremos el valor de la masa B mB =
𝑃
𝑔
=
100𝑁
9.8𝑚/𝑠𝑒𝑔2 = 10.2𝐾𝑔
19
∑FX=m.a ∑FY=0
T=mA. a (A) NA-PA=0
NA = 200 N
PWx=PWsenΘ° -PWy=PWcosΘ°
PWx= 100N sen 30° -PWy=100N cos 30°
PWx= 50N -PWy=86.6N
Aplicando la 2da Ley de Newton
∑FX = mB.a ∑Fy = 0
PWX – T = mB.a (B) NB - PWy =0
NB=86.6N
Unimos las ecuaciones (A) y (B) por el método de igualación, despejando T
T=mA. a
PWX – T = mB.a
mA. a= PWX - mB.a resolvemos la ecuación despejando aceleración
𝑎 =
PWX
𝑚𝐴+𝑚𝐵
=
50𝑁
20.4𝑘𝑔+10.2𝑘𝑔
= 1.63𝑚/𝑠𝑒𝑔2
Ahora encontrar la Tensión, recuerde que la tensión es igual en cualquier parte de los
cuerpos tanto en A como en B
T=mA.a
T=20.4kg. 1.63 m/seg2
= 33.3 N
6) El rozamiento entre el objeto y el plano inclinado es despreciable, ¿Cuál será el valor de la
fuerza peso si el bloque es de 400 N y se quiere que se encuentre en equilibrio?
FW= F.sen30°= 400N (0.5)= 200N
20
Problemas propuestos
1.- La única fuerza que actúa sobre un objeto de 5.0 kg tiene por componentes Fx = 30 N y Fy = 50
N. Encuentre la aceleración del objeto.
2.- Una caja de 30 kg resbala a lo largo de un piso debido a una fuerza de 400 N, como se muestra
en la figura. El coeficiente de fricción entre la caja y el piso cuando la caja resbala es de 0.50. Calcule
la aceleración de la caja.
3.- Una masa de 500 g cuelga en el extremo de una cuerda. Una segunda cuerda cuelga desde la
parte inferior de esa masa y sostiene una masa de 1200 g.
a) Encuentre la tensión en cada cuerda cuando las masas aceleran hacia arriba a 0.700 m/seg2
b) Encuentre la tensión en cada cuerda cuando la aceleración es de 0.700 m/seg2
hacia abajo.
4.- Un plano inclinado hace un ángulo de 45° con la horizontal. Encuentre la fuerza constante,
aplicada paralela al plano, requerida para hacer que una caja de 30 kg se deslice
a) hacia arriba en el plano con una aceleración de 1.2 m/seg2
b) hacia abajo en el plano inclinado con una aceleración de 1.2 m/seg2
. No considere las fuerzas de
la fricción.
5.- Un bloque de 50 kg descansa sobre un plano inclinado de 30°. El coeficiente de fricción estática
entre el bloque y el plano inclinado es de 0.20. Qué fuerza horizontal se necesita para empujar al
bloque si éste debe estar a punto de resbalar
a) hacia arriba sobre el plano
b) hacia abajo sobre el plano
6.- Una caja de 12 kg es liberada desde la parte superior de un plano inclinado que mide 5.0 m y
hace un ángulo de 40° con la horizontal. Una fuerza de fricción de 60 N impide el movimiento de la
caja.
a) ¿Cuál será la aceleración de la caja?
b) ¿Cuánto tardará en llegar a la parte inferior del plano inclinado? (Bueche, 2001)
7.- Suponga que μk = 0.2 en la figura. ¿Cuál es la aceleración? ¿Por qué no es necesario conocer la
masa del bloque?
21
8.- ¿Qué fuerza horizontal se requiere para jalar un vehículo de 9 kg con una aceleración de 2 m/seg2
cuando una fuerza de fricción de 30 N se opone al movimiento?
9.- ¿Qué fuerza resultante debe actuar sobre un martillo de 4 kg para impartirle una aceleración de
6 m/seg2
?
10.- Suponga que las masas A y B de la figura son de 4 kg y 10 kg, respectivamente. El coeficiente de
fricción cinética es 0.3. Calcule la aceleración si :
a.-el sistema asciende inicialmente por el plano inclinado
b.- si el sistema desciende inicialmente por dicho plano. (Tippens, 2001)
11.- Un bloque de 5.00 kg se pone en movimiento hacia arriba de un plano inclinado con una rapidez
inicial de 8.00 m/seg. El bloque llega al reposo después de viajar 3.00 m a lo largo del plano, que
esta 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
c) la fuerza de fricción que se ejerce sobre el bloque (supuesta constante).
d) ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética?
12.- Una caja de 50 kg, inicialmente en reposo, se empuja 4 m a lo largo de un suelo horizontal
rugoso, con una fuerza constante horizontal aplicada de 200 N. El coeficiente de fricción entre la
caja y el suelo es 0.300 . Encuentre:
a) el trabajo invertido por la fuerza aplicada,
b) el aumento en energía interna en el sistema caja–suelo como resultado de la fricción,
c) el trabajo invertido por la fuerza normal,
22
d) el trabajo invertido por la fuerza gravitacional,
e) el cambio en energía cinética de la caja y
f) la rapidez final de la caja.
13.- El coeficiente de fricción entre el bloque de 3 kg y la superficie en la figura es 0.4. El sistema
parte del reposo. ¿Cuál es la rapidez de la bola de 5 kg cuando cae 1,50 m? (John W. Jewett, 2008)
14.- Dos objetos se conectan mediante una cuerda ligera que pasa sobre una polea ligera sin fricción,
como se muestra en la figura. El objeto de 5.00 kg de masa se libera desde el reposo. Con el modelo
de sistema aislado,
a) determine la rapidez del objeto de 3.00 kg justo cuando el objeto de 5.00 kg golpea el suelo.
b) Encuentre la altura máxima a la que llega el objeto de 3.00 kg. (John W. Jewett, 2008)
15.- Un bloque de aluminio de 20 kg y un bloque de cobre de 60 kg se conectan mediante una cuerda
ligera sobre una polea sin fricción. Se asientan sobre una superficie de acero, como se muestra en
la figura, donde Θ=30°. Cuando se liberan desde el reposo, ¿comenzaran a moverse? Si es así,
determine:
a) su aceleración y
b) la tensión en la cuerda.
Si no, determine la suma de las magnitudes de las fuerzas de fricción que actúan sobre los bloques.
23
16.- Superman lanza un peñasco de 2400 N a un adversario. ¿Qué fuerza horizontal debe aplicar al
peñasco para darle una aceleración horizontal de 12 m/seg2
?
17.- Si se aplica una fuerza neta horizontal de 250 N a una persona de 70 kg que descansa en el
borde de una alberca, ¿qué aceleración horizontal se produce?
18.- Un estibador aplica una fuerza horizontal constante de 80 N a un bloque de hielo en reposo
sobre un piso horizontal, en el que la fricción es despreciable. El bloque parte del reposo y se mueve
11.0 m en 5.00 seg.
a) ¿Que masa tiene el bloque?
b) Si el trabajador deja de empujar a los 5.00 seg, ¿qué distancia recorrerá el bloque en los siguientes
5.00 seg?
19.- Máquina de Atwood. Una carga de 15.0 kg de ladrillos pende del extremo de una cuerda que
pasa por una polea pequeña sin fricción y tiene un contrapeso de 28.0 kg en el otro extremo. El
sistema se libera del reposo.
a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la carga de ladrillos y otro para el contrapeso.
b) ¿Qué magnitud tiene la aceleración hacia arriba de la carga de ladrillos?
c) ¿Qué tensión hay en la cuerda mientras la carga se mueve?
Compare esa tensión con el peso de la carga de ladillos y con el del contrapeso.
20.- Considere el sistema de la figura. El bloque A pesa 45 N y el bloque B pesa 25 N. Una vez que el
bloque B se pone en movimiento hacia abajo, desciende con rapidez constante.
a) Calcule el coeficiente de fricción cinética entre el bloque A y la superficie de la mesa.
b) Un gato, que también pesa 45.0 N, se queda dormido sobre el bloque A. Si ahora el bloque B se
pone en movimiento hacia abajo, ¿qué aceleración (magnitud y dirección) tendrá?
24
Bibliografía
Bueche, F. J. (2001). Fisica General. Nuacalpan-Mexico: LITOARTE.
John W. Jewett, J. (2008). F Í S I C A para ciencias e ingeniería. C.P. 05349, México, D.F.: D.R. 2008
por Cengage Learning Editores,.
Nuñez, D. G. (2000). Fisica Primero Bachillerato. Duran: PLAMARCA S.A.
Tippens, P. E. (2001). Física, conceptos y aplicaciones. Mexico: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA
EDITORES, S.A. DE C.V.
YOUNG, H. D. (2009). Fisica universitaria. 53519, Naucalpan de Juárez, Edo. de México: PEARSON
EDUCACIÓN, México, 2009.

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  • 1. 1 MANUAL DE DINÁMICA Por: Gregorio Coello
  • 2. 2 Prólogo El presente manual ha sido estructurado de tal manera que sea de fácil lectura y comprensión, donde los estudiantes de bachillerato puedan acceder al conocimientodelafísica, preparándose así a entender de una manera fácil. Los profesores podrán encontrar una ayuda didáctica en la organización y el contenido de sus clases, de tal manera que se logre homogeneidad en la simbología y lenguaje físico utilizados. Los problemas resueltos tienen como objetivo que el estudiante profundice sus conocimientos conforme los va adquiriendo, han sido escogidos y desarrollados de manera tal que progresivamente se los aplique, empezando por lo más elemental, hasta llegar a lo más complejo. Adicionalmente, la orientación del texto fomenta la investigación de los temas tratados, avanzando así en el conocimiento hacia su consolidación.
  • 3. 3 Autor Gregorio Coello Muñoz Títulos: Profesor de Física y Matemática Universidad de Guayaquil-Ecuador Master Universitario en Didácticas de las Matemáticas para Secundaria y Bachillerato Universidad La Rioja-España.
  • 4. 4 REVISIÓN TÉCNICA Ing. Ricardo Vera Indio Ingeniero Automotriz de la Universidad Internacional del Ecuador Docente de Física y Mecánica Automotriz Unidad Educativa San Benildo La Salle Guayaquil-Ecuador Ing. Gustavo Coello Sánchez Ingeniero en Mecánica y Ciencias de la Producción ESPOL Guayaquil-Ecuador Dra. Julia Espinoza Beltrán Catedrática Unidad Educativa Nueva Semilla Guayaquil-Ecuador Elaborado Diciembre-2020 Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicación pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperación de información, en ninguna forma ni por ningún medio, sea electrónico, mecánico, fotoquímico, magnético o electroóptico, por fotocopia, grabación o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor. El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión de uso de este ejemplar requerirá también la autorización del editor o de sus representantes.
  • 5. 5 Contenido DINÁMICA ..........................................................................................................................................6 INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................6 DINÁMICA ..........................................................................................................................................6 FUERZA...............................................................................................................................................6 PESO...................................................................................................................................................6 MASA Y PESO .....................................................................................................................................7 NORMAL.............................................................................................................................................7 ROZAMIENTO.....................................................................................................................................7 TENSIÓN.............................................................................................................................................8 Aceleración ........................................................................................................................................8 Leyes de Newton................................................................................................................................9 Primera Ley de Newton (Inercia o Estática) .......................................................................................9 Segunda Ley de Newton (Fuerza o Dinámica) ....................................................................................9 Tercera Ley de Newton (Acción y Reacción) ......................................................................................9 Diagrama de cuerpo libre...................................................................................................................9 1. Cuerpo sobre una superficie ....................................................................................................10 2. Cuerpo suspendido por una cuerda .........................................................................................10 3. Polea: Cuerpo es llevado hacia arriba sin rozamiento en la polea............................................11 4. Dos cuerpos conectados a una cuerda (No se considera el rozamiento). ................................12 5. Polea y dos cuerpos suspendidos (sin fricción) ........................................................................12 6. Dos cuerpos que caen ..............................................................................................................13 7. Cuerpo sobre un plano horizontal aplicando una fuerza, con rozamiento...............................14 8. Fuerza aplicada sobre un cuerpo en un plano inclinado sin rozamiento..................................15 Problemas resueltos.........................................................................................................................16 Problemas propuestos .....................................................................................................................20 Bibliografía.......................................................................................................................................24
  • 6. 6 DINÁMICA INTRODUCCIÓN La cinemática se encarga del estudio del movimiento de los cuerpos, sin estudiar los detalles que causan el movimiento, la dinámica se encarga de hacerlo en analizar que los crea. DINÁMICA La dinámica es la parte de la mecánica que tiene por objeto el estudio del movimiento de los cuerpos y de las causas que lo generan. Las razones que producen el movimiento son el resultado de las interacciones que existen entre una partícula y el habitad que la rodea. FUERZA Consideramos como fuerza a las interacciones que se producen entre los cuerpos. En mecánica, es aquello que cambia la velocidad de un objeto. La fuerza es una magnitud vectorial, que tiene magnitud dirección y sentido. La unidad de fuerza en los sistemas como MKS (metro, kilogramo, segundo), CGS (centímetro, gramo, segundo) y en el sistema Ingles o FPS (foot=pie, pound=libra, second=segundo). SISTEMA MKS SISTEMA CGS SISTEMA FPS F= m.a F= m.a F= m.a F= Kg.(m/seg2 ) F= gr.(cm/seg2 ) F= libra(pie/seg2 ) F= Newton(N) F= Dina F= libra. Fuerza (lbf) Para el estudio de fuerza debemos analizar bien los siguientes conceptos como Peso, Normal, Rozamiento y Tensión. PESO El peso de un cuerpo (P) o (Fw) es la fuerza gravitacional que ejerce la Tierra sobre el cuerpo, y es perpendicular a la superficie de la Tierra. A esto se le denomina atracción y se da por efecto de la gravedad que existe y varía de acuerdo al sitio en donde este el cuerpo.
  • 7. 7 MASA Y PESO Masa es la cantidad de materia que lo está formando un cuerpo. La masa(m) es una magnitud escalar que cuando en caída libre hacia la Tierra, su acción es una sola fuerza, esa acción se la conoce como atracción gravitacional a la cual la llamaremos peso (Fw). La aceleración g que posee un objeto en caída libre se debe al peso (Fw). Podemos decir que la Fuerza es igual al Peso F=Fw , y que la aceleración en igual a la gravedad del cuerpo a=g, por lo que la masa se mantiene para ambos casos. La ecuación se la define como Fw=m.g NORMAL La fuerza normal existe cuando el contacto entre dos cuerpos y es perpendicular a la horizontal o superficie en el cual se asienta el cuerpo. La fuerza normal la denotaremos como N. ROZAMIENTO Al rozamiento también conocido como fuerza de fricción existe cuando solo si dos cuerpos están en contacto y uno de ellos se mueve respecto al otro, la fuerza de rozamiento o de fricción siempre estará en sentido contrario al movimiento del cuerpo. La fuerza de fricción la denotamos como fr.
  • 8. 8 El rozamiento se da porque todas las superficies en contacto presentan rugosidad. Existen dos tipos de fuerzas de rozamiento: La fuerza de rozamiento estática y cinética. • Para la fuerza de rozamiento estática (fre), la reconoceremos a través de que se aplique una fuerza sobre un cuerpo, este aún permanece en estado de reposo. La expresión que nos permitirá encontrar la fuerza de rozamiento es: fre=μeN μe es el coeficiente de rozamiento estático, N, es la fuerza normal. • Para la fuerza de rozamiento cinética (frc), la reconoceremos a través de que se aplique una fuerza sobre un cuerpo, este deje su estado de reposo y empiece a tener movimiento. La expresión que nos permitirá encontrar la fuerza de rozamiento es: frc=μcN μc es el coeficiente de rozamiento cinético, N, es la fuerza normal. Los coeficientes de rozamiento estática y cinético son adimensionales, adicional la fuerza de rozamiento estática es mayor a la fuerza de rozamiento cinético (Nuñez, 2000). Sin la fuerza de rozamiento, no podríamos caminar, moverse en vehículo, la fuerza de rozamiento se opone al deslizamiento de una superficie sobre otra cuando entrar en contacto. TENSIÓN Cuando se escucha hablar de tensión, se no viene a la mente de la acción de una fuerza que se aplica a un cuerpo. Esta fuerza que es transmitida es la misma en toda la cuerda, en otras palabras, se conserva, a la tensión la vamos denotar con T. Aceleración La aceleración es una magnitud vectorial que nos indica la variación de velocidad por unidad de tiempo, es decir, si aumenta o disminuye la velocidad en un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es m/s².
  • 9. 9 Leyes de Newton Primera Ley de Newton (Inercia o Estática) Un objeto en reposo permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme(constante), a menos que reciba la acción de una fuerza externa (Bueche, 2001). En base a esta definición podemos decir que la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo, debe ser igual a cero, debido a que no existe aceleración. ∑Fx=0 o ∑Fy=0 Segunda Ley de Newton (Fuerza o Dinámica) En un cuerpo la aceleración es directamente proporcional a la fuerza neta que actúan sobre el cuerpo, y es inversamente proporcional a la masa. La expresión de la segunda Ley de Newton es: F=m.a A tomar en cuenta: F= Fuerza neta (New=Kg m/seg2 ), m= masa del cuerpo (Kg), a=aceleración que el cuerpo adquiere al aplicar la fuerza. La fuerza neta por ser una magnitud vectorial va en el mismo sentido y dirección de la aceleración. Tercera Ley de Newton (Acción y Reacción) Por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, existe otra igual, pero en sentido opuesto, actuando sobre algún otro cuerpo. Podemos concluir que una fuerza acción realizada por un cuerpo, este se opone a una fuerza reacción que realiza otro cuerpo, pero con sentido opuesto. Diagrama de cuerpo libre La parte más esencial del estudio de la dinámica, el diagrama de un cuerpo libre no es otra cosa que el gráfico de vectores que representan todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo y que se concentran en el centro de la masa.
  • 10. 10 Veamos algunos casos que se presentan en los problemas 1. Cuerpo sobre una superficie Al estar sobre una superficie y no existir movimiento, el cuerpo esta en reposo por lo que está en equilibrio. El Peso del bloque ejerce hacia abajo una fuerza, esta debe esta compensada o equilibrada por la fuerza hacia arriba que ejerce el piso Normal, por hacer contacto con la superficie. 2. Cuerpo suspendido por una cuerda Como podemos observar en el gráfico, tiene el mismo análisis que en el primer caso, el cuerpo está en equilibrio. El cuerpo va hacia abajo (Fuerza Peso), y la tensión tira hacia arriba por lo que provoca que estén en equilibrio.
  • 11. 11 3. Polea: Cuerpo es llevado hacia arriba sin rozamiento en la polea Aquí podemos analizar el gráfico, que el cuerpo no se encuentra en equilibro, que tiene aceleración hacia arriba, por lo que la fuerzas van en el sentido de la aceleración y estas serán positivas, y si van en sentido opuesto estas serán negativas. Debe tomarse muy en cuenta que el sentido de la aceleración, si en este mismo gráfico el cuerpo en vez de subir este cayese, la aceleración será hacia abajo, la fuerza peso positiva y la tensión negativa.
  • 12. 12 4. Dos cuerpos conectados a una cuerda (No se considera el rozamiento). Como observamos en el gráfico tenemos dos cuerpos atados por una cuerda y no se toma en cuenta el rozamiento. La aceleración es horizontal, por lo que las fuerzas horizontales la aceleración es igual a cero. También la tensión en la cuerda es la misma para ambos cuerpos en el gráfico. 5. Polea y dos cuerpos suspendidos (sin fricción)
  • 13. 13 Observamos en el gráfico, el sistema tiene en total una aceleración vertical, y cumple con la condición de Pw2>Pw1, es importante anotar que todas las fuerzas que van en el mismo sentido que la aceleración serán positivas y las fuerzas que van en sentido contrarias serán negativas. La tensión de las cuerdas es la misma en todos los puntos. Aquí no hay fuerzas horizontales. 6. Dos cuerpos que caen Un cuerpo esta sobre un plano horizontal y el otro cuerpo se encuentra suspendido, la polea no tiene fricción, ni rozamiento en la superficie del 1er bloque. Podemos ver que la aceleración se mueve en todo el sistema en una misma dirección. El cuerpo 2 está en caída y el cuerpo 1 es arrastrado por el efecto del peso del cuerpo 2. Por lo que el sistema no esta en equilibrio y la tensión sigue siendo el mismo para ambos cuerpos.
  • 14. 14 7. Cuerpo sobre un plano horizontal aplicando una fuerza, con rozamiento. El cuerpo sobre la superficie del plano tiene rozamiento, este rozamiento va en sentido contrario a la fuerza aplicada. El rozamiento puede ser estático o como cinético.
  • 15. 15 8. Fuerza aplicada sobre un cuerpo en un plano inclinado sin rozamiento. En el gráfico observamos que el cuerpo esta en un plano inclinado y este se le aplica una fuerza, solo hay que tomar en cuenta el ángulo de la fuerza Peso pues tendremos que aplicar el teorema geométrico en el mismo. Recuerde que el vector de la fuerza peso y el eje de coordenada “y” son las perpendiculares que caen sobre el plano inclinado en los lados en donde se forma el ángulo.
  • 16. 16 Problemas resueltos 1) Un cuerpo se encuentra suspendido por una cuerda como se muestra en el gráfico. Encontrar la fuerza de tensión en la cuerda. En el problema planteado existe dos fuerzas que actúan sobre un cuerpo: La fuerza de tensión de la cuerda (que jala hacia arriba), y la fuerza peso debido a la gravedad jala hacia abajo. →+∑Fx=0 se convierte en 0=0 ↑+∑Fy=0 se convierte en FT – PW=0 por lo tanto FT= 25 N Podemos decir que la cuerda que soporta el cuerpo esta en equilibrio, por lo que la fuerza de tensión es igual a la fuerza del peso. 2) Un cuerpo tiene un peso de 500 N, esta sobre un plano horizontal. Se le aplica una fuerza de 300 N paralela al plano. No existe aceleración, encontrar el coeficiente de rozamiento estático entre el cuerpo y el plano. En este problema observamos no hay aceleración, por lo que es necesario aplicar las condiciones de equilibrio:
  • 17. 17 ∑Fx=0 se convierten en F - fRE=0 F – μeN=0 Despejando μe= 𝐹 𝑁 = 300𝑁 500𝑁 = 0.6 siendo este valor el coeficiente de rozamiento estático. ∑Fy=0 se convierten en N – Pw=0 N=PW por lo que N= 500N 3) Se necesita 500N de fuerza para empujar una caja de 50 Kg, la aceleración que se necesita para subirla por el plano es de 0.80 m/seg2 . Hallar el coeficiente de fricción cinética entre la caja y la superficie del plano. a) Las componentes Fx= FsenΘ° entonces Fx= 500N (0.766) = 383 N b) Las componentes Fy=FcosΘ° entonces Fy= 500N (0.643) = 321 N ∑Fx=max reemplazando tendremos 383N-Ft-(50kg) (sen 40°) (9.8 m/seg2 )=50Kg(0.80m/seg2 ) Ft= 29.4N ∑Fy=0 reemplazando tendremos FN-321N-(cos 40°) (50Kg) (9.8m/seg2 )=0 FN= 698.3N Obtenemos el coeficiente de fricción cinética μc= 𝑭𝒕 𝑭𝑵 = 𝟐𝟗.𝟒𝑵 𝟔𝟗𝟖.𝟑𝑵 = 𝟎. 𝟎𝟒 4) La masa de un cuerpo sobre el plano horizontal es de m=25 kg y la masa del cuerpo que cuelga es de m=15 kg. El coeficiente de fricción cinética entre el cuerpo y la mesa es de 0.15 ¿Cuánto bajará el cuerpo suspendido en los 4 seg después de liberar el sistema?
  • 18. 18 Como podemos observar el cuerpo de masa 1 no hay movimiento vertical, por lo que la fuerza normal es FN= m1g = (25kg) (9.8m/seg2 )= 245 N Entonces la fuerza de fricción fc= μFN= (0.15)(245N) = 36.75N Tenemos que encontrar la aceleración del sistema, para esto debemos describir su movimiento. Utilicemos F=m.a a cada cuerpo, la dirección del movimiento como positivo. FT – fC= m1.a reemplazando tenemos FT – (36.75N) = (25kg)(a) y m2.g – FT = m2.a reemplazando tenemos (15kg) (9.8m/seg2 ) – FT =(15Kg)(a) , aquí eliminamos FT aplicamos operaciones algebraicas y despejamos aceleración. 1.- FT=(25Kg)(a)+36.75N 2.- FT=147N-(15Kg)(a) Unimos las ecuaciones (25Kg)(a)+36.75N=147N-(15Kg)(a) entonces tendremos 25Kg.a + 15Kg.a =147N-36.75N 40Kg .a = 110.25 N a= 110.25𝑁 40𝐾𝑔 = 2.75 𝑚/𝑠𝑒𝑔2 Una vez encontrada la aceleración podemos determinar cuanto bajo(altura) en el tiempo de 4 seg., recordemos que no hay velocidad inicial V0=0 , y= V0t+1/2 at2 y= 0+1/2 (2.75m/seg2 )(4seg)2 = 22 m 5) El siguiente sistema debemos encontrar la aceleración y la tensión de la cuerda si para cada cuerpo la fuerza peso A es de 200 N y fuerza peso B de 100 N. deprecie el rozamiento entre los cuerpos A y B. PWA= 200N encontremos el valor de la masa A mA= 𝑃 𝑔 = 200𝑁 9.8𝑚/𝑠𝑒𝑔2 = 20.4 Kg PWB= 100N encontremos el valor de la masa B mB = 𝑃 𝑔 = 100𝑁 9.8𝑚/𝑠𝑒𝑔2 = 10.2𝐾𝑔
  • 19. 19 ∑FX=m.a ∑FY=0 T=mA. a (A) NA-PA=0 NA = 200 N PWx=PWsenΘ° -PWy=PWcosΘ° PWx= 100N sen 30° -PWy=100N cos 30° PWx= 50N -PWy=86.6N Aplicando la 2da Ley de Newton ∑FX = mB.a ∑Fy = 0 PWX – T = mB.a (B) NB - PWy =0 NB=86.6N Unimos las ecuaciones (A) y (B) por el método de igualación, despejando T T=mA. a PWX – T = mB.a mA. a= PWX - mB.a resolvemos la ecuación despejando aceleración 𝑎 = PWX 𝑚𝐴+𝑚𝐵 = 50𝑁 20.4𝑘𝑔+10.2𝑘𝑔 = 1.63𝑚/𝑠𝑒𝑔2 Ahora encontrar la Tensión, recuerde que la tensión es igual en cualquier parte de los cuerpos tanto en A como en B T=mA.a T=20.4kg. 1.63 m/seg2 = 33.3 N 6) El rozamiento entre el objeto y el plano inclinado es despreciable, ¿Cuál será el valor de la fuerza peso si el bloque es de 400 N y se quiere que se encuentre en equilibrio? FW= F.sen30°= 400N (0.5)= 200N
  • 20. 20 Problemas propuestos 1.- La única fuerza que actúa sobre un objeto de 5.0 kg tiene por componentes Fx = 30 N y Fy = 50 N. Encuentre la aceleración del objeto. 2.- Una caja de 30 kg resbala a lo largo de un piso debido a una fuerza de 400 N, como se muestra en la figura. El coeficiente de fricción entre la caja y el piso cuando la caja resbala es de 0.50. Calcule la aceleración de la caja. 3.- Una masa de 500 g cuelga en el extremo de una cuerda. Una segunda cuerda cuelga desde la parte inferior de esa masa y sostiene una masa de 1200 g. a) Encuentre la tensión en cada cuerda cuando las masas aceleran hacia arriba a 0.700 m/seg2 b) Encuentre la tensión en cada cuerda cuando la aceleración es de 0.700 m/seg2 hacia abajo. 4.- Un plano inclinado hace un ángulo de 45° con la horizontal. Encuentre la fuerza constante, aplicada paralela al plano, requerida para hacer que una caja de 30 kg se deslice a) hacia arriba en el plano con una aceleración de 1.2 m/seg2 b) hacia abajo en el plano inclinado con una aceleración de 1.2 m/seg2 . No considere las fuerzas de la fricción. 5.- Un bloque de 50 kg descansa sobre un plano inclinado de 30°. El coeficiente de fricción estática entre el bloque y el plano inclinado es de 0.20. Qué fuerza horizontal se necesita para empujar al bloque si éste debe estar a punto de resbalar a) hacia arriba sobre el plano b) hacia abajo sobre el plano 6.- Una caja de 12 kg es liberada desde la parte superior de un plano inclinado que mide 5.0 m y hace un ángulo de 40° con la horizontal. Una fuerza de fricción de 60 N impide el movimiento de la caja. a) ¿Cuál será la aceleración de la caja? b) ¿Cuánto tardará en llegar a la parte inferior del plano inclinado? (Bueche, 2001) 7.- Suponga que μk = 0.2 en la figura. ¿Cuál es la aceleración? ¿Por qué no es necesario conocer la masa del bloque?
  • 21. 21 8.- ¿Qué fuerza horizontal se requiere para jalar un vehículo de 9 kg con una aceleración de 2 m/seg2 cuando una fuerza de fricción de 30 N se opone al movimiento? 9.- ¿Qué fuerza resultante debe actuar sobre un martillo de 4 kg para impartirle una aceleración de 6 m/seg2 ? 10.- Suponga que las masas A y B de la figura son de 4 kg y 10 kg, respectivamente. El coeficiente de fricción cinética es 0.3. Calcule la aceleración si : a.-el sistema asciende inicialmente por el plano inclinado b.- si el sistema desciende inicialmente por dicho plano. (Tippens, 2001) 11.- Un bloque de 5.00 kg se pone en movimiento hacia arriba de un plano inclinado con una rapidez inicial de 8.00 m/seg. El bloque llega al reposo después de viajar 3.00 m a lo largo del plano, que esta 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 c) la fuerza de fricción que se ejerce sobre el bloque (supuesta constante). d) ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética? 12.- Una caja de 50 kg, inicialmente en reposo, se empuja 4 m a lo largo de un suelo horizontal rugoso, con una fuerza constante horizontal aplicada de 200 N. El coeficiente de fricción entre la caja y el suelo es 0.300 . Encuentre: a) el trabajo invertido por la fuerza aplicada, b) el aumento en energía interna en el sistema caja–suelo como resultado de la fricción, c) el trabajo invertido por la fuerza normal,
  • 22. 22 d) el trabajo invertido por la fuerza gravitacional, e) el cambio en energía cinética de la caja y f) la rapidez final de la caja. 13.- El coeficiente de fricción entre el bloque de 3 kg y la superficie en la figura es 0.4. El sistema parte del reposo. ¿Cuál es la rapidez de la bola de 5 kg cuando cae 1,50 m? (John W. Jewett, 2008) 14.- Dos objetos se conectan mediante una cuerda ligera que pasa sobre una polea ligera sin fricción, como se muestra en la figura. El objeto de 5.00 kg de masa se libera desde el reposo. Con el modelo de sistema aislado, a) determine la rapidez del objeto de 3.00 kg justo cuando el objeto de 5.00 kg golpea el suelo. b) Encuentre la altura máxima a la que llega el objeto de 3.00 kg. (John W. Jewett, 2008) 15.- Un bloque de aluminio de 20 kg y un bloque de cobre de 60 kg se conectan mediante una cuerda ligera sobre una polea sin fricción. Se asientan sobre una superficie de acero, como se muestra en la figura, donde Θ=30°. Cuando se liberan desde el reposo, ¿comenzaran a moverse? Si es así, determine: a) su aceleración y b) la tensión en la cuerda. Si no, determine la suma de las magnitudes de las fuerzas de fricción que actúan sobre los bloques.
  • 23. 23 16.- Superman lanza un peñasco de 2400 N a un adversario. ¿Qué fuerza horizontal debe aplicar al peñasco para darle una aceleración horizontal de 12 m/seg2 ? 17.- Si se aplica una fuerza neta horizontal de 250 N a una persona de 70 kg que descansa en el borde de una alberca, ¿qué aceleración horizontal se produce? 18.- Un estibador aplica una fuerza horizontal constante de 80 N a un bloque de hielo en reposo sobre un piso horizontal, en el que la fricción es despreciable. El bloque parte del reposo y se mueve 11.0 m en 5.00 seg. a) ¿Que masa tiene el bloque? b) Si el trabajador deja de empujar a los 5.00 seg, ¿qué distancia recorrerá el bloque en los siguientes 5.00 seg? 19.- Máquina de Atwood. Una carga de 15.0 kg de ladrillos pende del extremo de una cuerda que pasa por una polea pequeña sin fricción y tiene un contrapeso de 28.0 kg en el otro extremo. El sistema se libera del reposo. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para la carga de ladrillos y otro para el contrapeso. b) ¿Qué magnitud tiene la aceleración hacia arriba de la carga de ladrillos? c) ¿Qué tensión hay en la cuerda mientras la carga se mueve? Compare esa tensión con el peso de la carga de ladillos y con el del contrapeso. 20.- Considere el sistema de la figura. El bloque A pesa 45 N y el bloque B pesa 25 N. Una vez que el bloque B se pone en movimiento hacia abajo, desciende con rapidez constante. a) Calcule el coeficiente de fricción cinética entre el bloque A y la superficie de la mesa. b) Un gato, que también pesa 45.0 N, se queda dormido sobre el bloque A. Si ahora el bloque B se pone en movimiento hacia abajo, ¿qué aceleración (magnitud y dirección) tendrá?
  • 24. 24 Bibliografía Bueche, F. J. (2001). Fisica General. Nuacalpan-Mexico: LITOARTE. John W. Jewett, J. (2008). F Í S I C A para ciencias e ingeniería. C.P. 05349, México, D.F.: D.R. 2008 por Cengage Learning Editores,. Nuñez, D. G. (2000). Fisica Primero Bachillerato. Duran: PLAMARCA S.A. Tippens, P. E. (2001). Física, conceptos y aplicaciones. Mexico: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. YOUNG, H. D. (2009). Fisica universitaria. 53519, Naucalpan de Juárez, Edo. de México: PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009.