trabajo y energia hecho por una fuerza

. Problemas sobre Trabajo y EnergíaTrabajo hecho por una fuerza constante1. Si una persona saca de un pozo una cubeta de 20 kg y realiza un trabajoequivalente a 6.00 kJ, ¿Cuál es la profundidad del pozo? Suponga que cuando selevanta la cubeta su velocidad permanece constante.Solución:Como la energía cinética permanece constante, el trabajo realizado es igual alcambio de energía potencial. Esdecir, W = ∆U = mgh. Despejando la altura seobtiene h = W/mg = 6000/(20 x 9.81) = 30.6 m2. Una gota de lluvia (m = 3.35 x 10-5 kg) cae verticalmente a velocidad constantebajo la influencia de la gravedad y la resistencia del aire. Después de que la gotaha descendido 100 m, ¿Cuál es (a) el trabajo realizado por la gravedad y (b) laenergía disipada por la resistencia del aire?Solución:(a) Como laenergía cinética permanece constante, el trabajo realizado es igual alcambio de energía potencial. Es decir, W = ∆U = mgh = 3.35 x 10-5 x 9.81 x 100 =32.9 x 10-3 J(b) Debido a que la energía cinética permanece constante, todo el trabajo seconvierte en calor. Es decir, la energía disipada por la resistencia del aire es 32.9 x10-3 J.3. Un bloque de 2.5 kg de masa es empujado 2.2 m a lo largo de unamesahorizontal sin fricción por una fuerza constante de 16.0 N dirigida a 25° debajo dela horizontal. Encuentre el trabajo efectuado por: (a) la fuerza aplicada, (b) lafuerza normal ejercida por la mesa, (c) la fuerza de la gravedad, y (d) la fuerzaneta sobre el bloque. F 25o 2.5 kgSolución:(a) Trabajo efectuado por la fuerza es WF = Fdcosθ = 16 x 2.2 cos25o = 31.9 N(b) Wn = Fdcosθ = 0, ya que el ánguloentre la fuerza normal y el desplazamientoes θ = 90o.(c) Wg = 0, ya que el ángulo entre la fuerza de la gravedad y el desplazamiento esθ = 90o.(d) la fuerza neta hace un trabajo igual a la suma de los trabajos efectuados porlas fuerzas. Es decir, WT = WF + Wn + Wg = 31.9 N 160
2. 4. Dos objetos que tienen masas m1 = 10.0 kg y m2 = 8.0 kg cuelgan de una poleasin fricción, como muestra la figura.(a) Determine el trabajo realizado por la fuerzade la gravedad sobre cada objeto por separado cuando la masa de 10.0 kg sedesplaza 0.50 m hacia abajo. (b) ¿cuál es el trabajo total realizado sobre cadaobjeto, incluido el efectuado por la fuerza de la cuerda? (c) Redacte un comentarioacerca de cualquier relación que haya descubierto entre estas cantidades.5. El líder de una porra levanta a sucompañera que tiene un peso de 50.0 kghacia arriba en línea recta una distancia de 0.60 m antes de soltarla. Si hace loanterior 20 veces, ¿Cuánto trabajo ha realizado?Solución:El trabajo realizado para subir una vez a la porrista es W = mgh = 50 x 9.81 x 0.6 =294.3 J.Subir a porrista 20 veces requiere un trabajo igual a 20 x 294.3 = 5,886 J.6. Un grupo de perros arrastra un trineo de 100 kg en un tramode 2.0 km sobreuna superficie horizontal a velocidad constante. Si el coeficiente de fricción entre eltrineo y la nieve es 0.15, determine (a) el trabajo efectuado por los perros y (b) laenergía perdida debido a la fricción.Solución:(a) El trabajo es W = Fd. La fuerza aplicada por los perros es F = µmg. Por lotanto, W = µmgd = 0.15 x 100 x 9.81 x 2000 = 294,300 J.(b) energía perdida debido a lafricción = 294,300 J, ya que tanto la energíacinética como la energía potencial permanecen constantes.7. Con una fuerza horizontal de 150 N se empuja una caja de 40.0 kg 6.00 msobre una superficie horizontal rugoso. Si la caja se mueve a velocidad constante,encuentre (a) el trabajo realizado por la fuerza de 150 N, (b) la energía cinéticaperdida debido a la fricción, y (c) el coeficiente de friccióncinética.Solución:(a) W = Fd = 150 x 6 = 900 J(b) Energía perdida debido a la fricción = µKnd = µKmgd = 900 J(c) Despejando el coeficiente de fricción se obtiene µK = 900/mgd =900/(40)(9.8)(6) = 0.38.8. Un bloque de 15 kg es arrastrado con velocidad constante sobre una superficiehorizontal rugosa por una fuerza de 70 N que actúa a 20o sobre la horizontal. Elbloque se desplaza 5.0 m y el...