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Resolver los siguientes problemas del capítulo 6 (a partir de la página 206) del texto guía:
6.7
6.30
6.32
6.48
6.69
6.73
6.77
Si la fuerza se expresa en newton (N) y el desplazamiento en
metros (m), la unidad de trabajo es el joule (J).
cosFssFW
Un joule es el trabajo realizado por una fuerza de 1 N para
desplazar a un objeto un metro.
El trabajo W efectuado por un agente que ejerce una fuerza constante
es igual al producto punto entre la fuerza F y el desplazamiento s.
Si la persona de la figura empuja la podadora con una fuerza constante
de 90.0 N con un ángulo de 40° respecto a la horizontal, ¿cuánto trabajo
efectúa al empujarla una distancia horizontal de 7.50 m?
40cos)50.7)(0.90(cosFsW
W = 517 J
El trabajo total o neto es el trabajo efectuado por todas las fuerzas; es la
suma escalar de esas cantidades de trabajo.
WWn
Un granjero engancha su tractor a un trineo cargado con leña y lo arrastra 20 m
sobre el suelo horizontal. El peso total del trineo y la leña es de 14700 N. El
tractor ejerce una fuerza constante de 5000 N a 36.9º sobre la horizontal. Una
fuerza de fricción de 3500 N se opone al movimiento. Calcule el trabajo
realizado por cada fuerza que actúa sobre el trineo y el trabajo total de todas
las fuerzas.
La energía es uno de los conceptos científicos más importantes.
Es una cantidad que poseen los cuerpos o sistemas.
Básicamente, el trabajo es algo que se hace sobre los objetos, mientras
que la energía es algo que los objetos tienen: la capacidad para
efectuar un trabajo.
La energía cinética (K) de un cuerpo es su capacidad para realizar un
trabajo, debido a su movimiento.
Energía cinética
2
21 mvK
La energía es una cantidad escalar y también se mide en joules (J).
El trabajo de la resultante de las fuerzas que actúan sobre un objeto
es igual al cambio de energía cinética del objeto.
0n KKW
El teorema del trabajo-energía
Si el trineo tiene una rapidez inicial de 2.0 m/s. ¿Cuál es la rapidez final del
trineo?
Dos veleros de hielo compiten en un lago horizontal sin fricción. Los botes tienen
masas m y 2m, respectivamente, pero sus velas son idénticas, así que el viento
ejerce la misma fuerza constante F sobre cada bote. Los dos botes parten del
reposo y la meta está a una distancia s. ¿Cuál bote cruza la meta con mayor
energía cinética?
El área bajo la gráfica fuerza versus posición es
igual al trabajo realizado por dicha fuerza.
Trabajo de una fuerza variable
Trabajo de una fuerza variable
2
1
x
xxdxFW
Trabajo hecho por un resorte
Ley de Hooke: 𝐹 = −𝑘∆𝑥
𝑊 = 12𝑘𝑥2
Un deslizador de riel de aire con masa de 0.100 kg se conecta al extremo del riel
horizontal con un resorte cuya constante de fuerza es 20.0 N/m. Inicialmente, el
resorte no está estirado y el deslizador se mueve con rapidez de 150 m/s a la
derecha. Calcule la distancia máxima d que el deslizador se mueve a la derecha:
a) si el riel está activado de modo que no hay fricción, y b) si se corta el
suministro de aire al riel, de modo que hay fricción cinética con k = 0.47.
Es la rapidez con la que se realiza un trabajo.
Potencia
La unidad de medida de la potencia en el Sistema Internacional será igual a
joule/segundo, dicha unidad se denomina watt (W).
El caballo de fuerza (hp) es una unidad técnica de potencia que, aun cuando
no pertenece al SI, es utilizada frecuentemente en la caracterización de los
motores.
1 hp = 746 W
t
WPmed
vFdt
dW
t
WlímPt
0
Si nos interesa la potencia instantánea:
En un evento de caridad, una maratonista de 50.0 kg sube corriendo las
escaleras de la Torre Sears de Chicago (443 m de altura, el edificio más alto de
EE.UU. hasta noviembre del 2013). ¿Qué potencia media desarrolla si sube en
15.0 min? ¿En kilowatts? ¿En hp?
Cada uno de los motores a reacción de un avión Boeing 767 desarrolla un
empuje (fuerza hacia adelante sobre el avión) de 197000 N. Cuando el avión
esta volando a 250 m/s, ¿cuántos caballos de potencia desarrolla cada motor?
