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PROBLEMAS RESUELTOS DE FÍSICA I
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Leyes de Newton Aplicadas

Estos problemas corresponden al TERCER EXÁMEN DE FÍSICA I. Constituyen una primera parte, No cubren toda la materia del Tercer parcial.
Sólo Aplicaciones de las Leyes de Newton.

- Demuestre que las energías cinética (EC) y potencial (EP) semiden en Julios. RESP: EC = ½ m v2 → kg (m/s)2 = (kg m/s2 ) m = N m = Julios
EP = mgh = (Kg m/s2 ) m = N m = Julios

2- ¿Qué diferencia existe en la fuerza normal cuando un cuerpo: a) se empuja, o b) se jala, sobre una superficie horizontal con una fuerza (F) inclinada θ sobre la horizontal.
RESP:

a) Si se empuja, se crea una componente F senθ ↓
hacia abajoque aumenta la compresión, o.
sea la fuerza normal. En este caso la
Normal será: N = Mg + F sen θ Mg
Si se jala, la F tenderá a levantar el cuerpo
al ser Fy = Fsenθ hacia arriba ↑
Entonces: N = Mg – F sen θ

3- Una caja de 49N se mueve sobre un plano inclinado (ver Fig.) Si F1 = 40N y el coeficiente de rozamiento es µ = 0,4, hallar: a) El diagrama de cuero libre; b) lafuerza normal; c) La fuerza de rozamiento; d) La aceleración.
RESP:
F1
a) El diagrama de cuerpo libre consiste en el cuerpo
en estudio sin los otros cuerpos vecinos (el plano
inclinado en este caso), pero con indicación 30°
de las fuerzas que lo afectan. Aquí son: la
fuerza de la Tierra o peso Mg, la F1, la fuerza
de rozamiento fr y la fuerza N que el planoF1
ejercía sobre el cuerpo. De modo que queda
algo como lo mostrado a la derecha (falta indicar fr
los ángulos de 30° de N y fx).[1] N Mg
b) Sea el plano inclinado el eje X. Entonces: N = Mg cos θ + F1 sen θ =
N = 49N cos 30° + 40N sen 30° = 62,44 N.
c) fr = µ N = 0,4 (62,44 N) = 24,97 N
d) Para saber si el cuerpo sube o baja debemoshallar si hay desequilibrio de fuerzas y en qué sentido. Puede darse un tercer caso: que Mg sen 30° - F1 no venza el rozamiento, y entonces no hay aceleración o movimiento. Veamos: 49N sen 30° - 40N = -15.5 N. O sea que efectivamente el cuerpo tiende a subir, pero no vence la fuerza de rozamiento.
OJO: Si hubiéramos tenido que F1 = 100 N, entonces: Σ Fx = 100N – 49N sen 30° - 24,97N =
Σ Fx =50,53N; y la aceleración habría sido: a = ΣF/m = 50,53 N / (49N / 9,8m/s2) = 10,1 m/s2.

4- Dibuje el diagramas de cuerpo libre: a) para un libro colocado sobre una mesa; y b) para una escalera arrecostada a la pared (con rozamiento únicamente en el piso).
RESP:
ML g = Peso del librro Rpared

N = Reacción de la mesa P = peso hombre+escalerafr

Rpiso

5- En el sistema en equilibrio mostrado, la cuerda AB soporta 200 N. Hallar: a) La tensión en BC; b) La Masa M. A
RESP: ¿Adónde convergen las tres fuerzas? 30° C
Al punto B, ¿verdad? Pues, hagamos el diagrama
de fuerzas de ese punto (imagine ahí una argolla o un nudo). B 44°

Ahora, ΣFX = 0 T2 cos 46° - T1cos 30° = 0
ΣFY = 0 T2 sen 46° + T1 sen 30° - Mg = 0 M
De la primera: [pic]
De la segunda: [pic] T1 T2
30° 46°
OJO: Observe que para un buen diagrama, la componente horizontal de
T1 debe quedar igual a la de T2, aunque opuesta. Y las dos componentes
verticales de T1 y T2 deben sumar Mg. OJO: Es obvio que: 90° -44° = 46°. Mg
OJO: Si suman gráficamente: T1 + T2 + Mg = 0; cierran un triángulo.

6- Dado el siguiente sistema, si m1 = 5 kg, m2 = 3 kg, µ = 0,2 y F= 25 N, hallar:
a) Dibuje el diagrama de cuerpo libre para cada cuerpo;
b) Las fuerzas normales;
c) La aceleración;
d) La potencia desarrollada por F al cabo de 4s,
si el sistema pare del reposo....