Pontificia Universidad Católica del Perú Estudios Generales Ciencias

Introducción a la física universitaria Taller N° 3

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Problemas propuestos

Problema Nº 1 En la siguiente figura se muestran dos sistemas compuestos de tres cuerpos de masas m

A, m

B y m

C cada uno.

Asumiendo que en ambos casos todas las superficies son lisas, realice el diagrama de cuerpo libre de cada una de las masas A, B y C.

Pregunta Nº 2 En la figura se muestra dos bloques de masas 2,0 kg y 4,0 kg, unidos entre sí por medio de una cuerda de masa despreciable y dispuesto sobre una superficie inclinada 20º con respecto a la horizontal. Sobre la masa de 4,0 kg actúa una fuerza F paralela a la superficie inclinada y jalándola hacia arriba. Asumiendo que todas las superficies son lisas, se pide:

a) Realice el diagrama de cuerpo libre de cada masa.

b) Determine la magnitud que debe tener F y el valor de la tensión en la cuerda, si el sistema se encuentra en equilibrio.

c) Determine la aceleración de cada bloque y la tensión en la cuerda si la fuerza aplicada es de módulo 12 N.

Pregunta Nº 3 En la siguiente figura se muestra dos bloques atados por una cuerda que pasa a través de una polea. Los bloques parten inicialmente desde el reposo. Sobre el cuerpo de masa M1 actúa una fuerza F cuyo módulo es de 50,4 N, jalándolo hacia la izquierda. Las masas M1 y M2 son de 10 kg y 20 kg, respectivamente. Asumiendo que todas las superficies son lisas, se pide

a) Realizar el diagrama de cuerpo libre para cada una de las masas.

b) Determinar la aceleración de cada una de las masas.

c) Determinar la tensión en la cuerda que une las masas

d) ¿La masa M2 subirá o bajará? En caso de que la masa M2 empiece a bajar, determinar la rapidez con la que llegará al suelo, si inicialmente se encontraba en reposo a 3 m del suelo.

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Pregunta Nº 4 Dos cuerdas están unidas a un cable de acero que sostiene un bloque de peso W como en la figura. El sistema se encuentra en equilibrio.

a) Hacer el D.C.L. del bloque. b) Hacer el D.C.L. del nudo que une las dos cuerdas con el cable de

acero. c) Calcule la tensión en cada cuerda. ¿Cuál de las cuerdas está

sometida a mayor tensión? d) Si la tensión máxima que puede resistir cada cuerda es de 5000

N, determine el máximo valor del peso W que las cuerdas pueden sostener sin peligro.

Pregunta Nº 5 Dos lanchas tiran de un esquiador de 75 kg, como se ilustra en la siguiente figura.

a) Dibuje el diagrama de cuerpo libre del esquiador mostrado en la figura.

b) Si cada lancha tira con una fuerza de 500N y el esquiador viaja a velocidad constante, ¿qué magnitud tiene la fuerza retardadora entre el agua y los esquís?

c) Suponga que la fuerza retardadora hallada anteriormente se mantiene constante, si ahora cada lancha tira con una fuerza de 750N, ¿qué magnitud tendrá la aceleración del esquiador?

Pregunta Nº 6 En la siguiente figura se muestran dos sistemas compuestos de tres cuerpos de masas m

A, m

B y m

C cada uno.

Asumiendo que todas las superficies son lisas, realice el diagrama de cuerpo libre de cada una de las masas A, B y C, para cada caso.

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Pregunta Nº 7 Una esfera de 5,00 kg atada a una cuerda se cuelga del techo de un ascensor. Mediante la aplicación de una fuerza F se logra mantener la esfera en la posición mostrada, haciendo un ángulo de 25,0º con la vertical. Determinar:

a) La magnitud de la fuerza y la tensión en la cuerda

cuando el ascensor sube con aceleración a = 0,6 m/s2.

b) La magnitud de la fuerza y la tensión en la cuerda cuando el ascensor baja con aceleración a = 0,6 m/s2.

Pregunta Nº 8 Los cuerpos A, B y C de la figura mostrada tienen masas de 5Kg, 15Kg y 5Kg respectivamente. Se aplica en C una fuerza F de 50N. Se pide: a) Hacer el DCL para cada una de las masas. b) Determinar las tensiones en las cuerdas y la aceleración de cada bloque. c) Si el sistema parte del reposo, hallar la velocidad que alcanzan los bloques después de 5s de iniciado el

movimiento.

Pregunta Nº 9 En el sistema que se muestra en la figura, todas las superficies son lisas, la polea es ideal y las cuerdas tienen masa despreciable. Se pide: a) Hacer el DCL de cada una de las masas. b) Hallar la aceleración de cada una de las masas. c) Hallar la tensión de la cuerda que une los bloques. d) Si el bloque de 8 kg sube inicialmente con rapidez de 10 m/s, determinar después de cuánto tiempo el

sistema se encuentra en reposo instantáneo.

Referencias:

SERWAY Raymond; FAUGHN Jerry. Física. 6ta. edición. México: International Thomson Editores, 2005. SEARS, Francis; ZEMANSKY, Mark; YOUNG, Hugh y FRIEDMAN. Física Universitaria. Vol. 1. 11ma. edición. México: Pearson

Educación, 2004.