FIS 3 Trabajo Potencia Energia

INSTITUTO NACIONAL Dpto. de Física – 2011 Coordinación 3° - Prof. M. Teresa Cortés

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Nombre:_________________________________________________________________Curso:____

GUIA DE EJERCICIOS TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA MECÁNICA

Aprendizajes esperados: Aplican los conceptos de trabajo y potencia en situaciones problemáticas. Relacionan el trabajo realizado con el cambio de energía Relacionan los conceptos de energía cinética, energía potencial y energía mecánica. Reconocen que en un sistema sin disipación de energía, la energía mecánica se conserva

NOTA: g= 10 m/s2

1) Si empuja su libro de física de 1,5 m, sobre una superficie horizontal con una fuerza paralela a la

superficie de 2,4 N de magnitud. La fuerza de roce entre el libro y la superficie tiene un valor de 0,6 N.

a) ¿Qué valor tiene el trabajo efectuado por cada una de las fuerzas?

b) ¿Qué trabajo total se efectúa sobre el libro?

2) Un pescador enrolla 12,0 m de sedal al tirar de un pez que ejerce una resistencia constante de 25 N de

magnitud. Si se tira con velocidad constante. ¿cuánto trabajo realiza sobre el pez la tensión?

3) Un tanque de 2000 litros de capacidad, está situado a 6 m de altura, por encima de una cisterna. Una bomba que funciona durante 20 min sube verticalmente el agua con velocidad constante, llenando completamente el tanque en dicho tiempo.

a) ¿Cuál es el peso total del agua subida por la bomba? b) ¿Cuál es el trabajo total realizado por la bomba al subir el agua? c) ¿Cuál es la potencia desarrollada por el motor de la bomba al efectuar este trabajo?

4) Un niño ejerce una fuerza de módulo igual a 30 N, sube un carrito de 5 kg

de masa, a lo largo de una rampa, según figura. Despreciando la fricción entre el carro y la rampa, y considerando el desplazamiento AB = 4 m, señale cuál de las afirmaciones es falsa.

a) El trabajo efectuado por la normal es nulo

b) El trabajo efectuado por el peso es de – 100J c) El trabajo total efectuado sobre el carrito es de 20 J

d) El ángulo formado por el desplazamiento del carrito y la fuerza es de 30°

5) Un kilowatt – hora (kWh) es una unidad que se emplea muy a menudo para medir la energía eléctrica. Una energía de 1 kWh corresponde al trabajo de una máquina que desarrolla una potencia de 1kW en una hora.

a) Determine en joule, el valor de 1kWh b) Una ampolleta que tiene una potencia de 100 W, permanece encendida durante 10 horas al día.

¿Cuál es, en kWh, la energía eléctrica que utilizó durante un día? c) Si el precio de 1 kWh fuera, por ejemplo, de $3,0, ¿el funcionamiento de esta ampolleta, en

cuántos $ hará aumentar la cuota mensual de energía eléctrica?

6) Una fuerza resultante actúa sobre una partícula en movimiento rectilíneo, en la dirección y sentido de

su velocidad. La magnitud de la fuerza varía con la posición d de la partícula, de acuerdo con el

gráfico de la figura. a) ¿Cuál es el trabajo total efectuado por la fuerza

cuando el cuerpo se desplaza de d = 0 a d = 3,0

m? b) Sabiendo que la partícula poseía una energía

cinética de 7,5 J al pasar por d = 0, ¿cuál es su

energía cinética al llegar a la posición d = 3,0 m?

c) ¿Es posible conocer la rapidez de la partícula

cuando pasa por d = 3,0 m? Explique

F(N)

15

5

0 1,0 2,0 3,0 d(m)


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7) Una piedra de masa igual a 2 kg, se deja caer (vo=0) desde un punto A, y desciende en forma vertical,

como muestra la figura. Suponiendo que la resistencia del aire NO es despreciable, diga cuales de las

siguientes afirmaciones son correctas.

a) La energía mecánica total de la piedra en A, es igual a 100 J

b) La energía mecánica total de la piedra en B, es igual a 100 J

c) La energía potencial de la piedra en B, es de 60 J

d) La energía cinética de la piedra en B, es de 60 J

e) La energía potencial que pierde la piedra a medida que cae,

se transforma íntegramente en energía cinética.

8) Considere que usted debe empujar un carro de masa 100 [kg] por un plano horizontal, si para moverlo

10 m aplica una Fuerza de 10 N en un ángulo de 45º respecto del plano horizontal.

a) Calcule la componente paralela al desplazamiento aplicada por usted. b) Calcule el trabajo desarrollado por usted. c) Determine el trabajo desarrollado por la Fuerza de Graveda d)

9) El motor de un carro funicular que eleva a éste hasta la cima del cerro San Cristóbal realiza un trabajo W cuando le imprime una rapidez constante de 6 m/s. a) ¿Qué trabajo realizará si su rapidez es de 3 m/s? ¿Por qué? b) ¿Qué Potencia desarrolla si su rapidez es de 2 m/s? ¿Es mayor o menor?

10) Un cuerpo de masa 42 kg recorre 50 m con una aceleración constante, en el mismo sentido del

desplazamiento, de módulo 2 m/s2 en 1 min. Determinar la potencia desarrollada que provoca esta

situación.

11) Dos estudiantes de igual masa suben al tercer piso pero por distintas rutas, si ambos llegan en tiempos distintos, ¿cuál desarrolla más potencia? ¿Cuál efectúa mayor trabajo?

12) La Figura representa un ascensor de Valparaíso cuya masa es de 1,0 [Ton] y permite transportar hasta 10 personas.

a) Si la masa promedio de las personas es de 60 [kg] ¿Calcule la Carga Total y la Masa Total (carro + pasajeros)?

b) Si se cambia el trazado y la distancia horizontal disminuye a la mitad ¿aumenta el trabajo efectuado contra la Fuerza de Gravedad?

c) En igual situación que b) ¿aumenta el trabajo que desarrolla la maquinaria a través del cable de izamiento?

d) Si se decide disminuir el tiempo de viaje ¿se requiere mayor o menor potencia?

13) El gráfico de la figura, representa el valor de la fuerza

neta F que actúa sobre un cuerpo de masa 2 [Kg] en función del módulo del desplazamiento realizado por esta masa. En todo momento la fuerza es paralela al desplazamiento. Determinar:

a) Tipo de movimiento. b) El valor de la aceleración del móvil, en el intervalo

de 8 m a 10 m. c) El trabajo realizado sobre el móvil hasta el octavo

metro de recorrido. d) La rapidez del móvil a los 10 m de recorrido,

sabiendo que a los 8 m era de 12 m/s. e) El trabajo total realizado sobre el móvil, en los últimos 4 m de recorrido. f) Interpretar el resultado obtenido en e), en función de la rapidez y energía cinética del cuerpo.

A

B

HA= 5m

HB= 2m


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14) Comparar las energías cinéticas de dos masas A y B si:

a) A tiene la mitad de masa de B, pero el triple de rapidez. b) A y B tiene igual masa y rapidez, pero A se mueve hacia el Norte y B hacia el Sur.

15) Dos vagones de tren, de masas diferentes, tienen la misma energía cinética y se mueven en igual

sentido, pero por líneas diferentes. Si se aplica la misma fuerza a ambos para detenerlos, encontrar la

distancia comparativa, que recorrerán hasta que alcancen el reposo

.

16) Un carro de masa m, inicialmente en reposo, se mueve sobre una superficie horizontal y libre de fuerzas

de roce por la acción del peso m·g (ver figura). La energía cinética K que el carro adquiere queda mejor

representada en función de la distancia d, por:

17) Se deja caer libremente un cuerpo de 4 kg, desde una altura de 20 m. (ver figura). Determinar,

considerando que g = 9,8 [m/s]:

a) En qué punto la energía potencial gravitatoria del cuerpo es igual a su energía mecánica.

b) En qué punto la energía cinética del cuerpo es igual a la mitad de la energía potencial que tenía en A.

c) En qué punto la energía cinética del cuerpo es igual a la energía potencial que tenía en A.

d) La rapidez del cuerpo al pasar por el punto C. e) La rapidez del cuerpo en el instante de llegar al suelo. 18) El cuerpo de 1 kg se suelta de A recorriendo el plano inclinado 60º con la

horizontal y de superficie lisa hasta el punto B. Luego recorre el tramo rugoso

BC deteniéndose en C. ¿Cuál es el valor de “L” si se sabe que k= 0,6?

19) De qué altura mínima “h” debe partir el bloque “m” a fin de dar una vuelta completa del rizo, suponiendo que la

fricción entre el bloque y la superficie del rizo.

20) En la figura se muestra un bloque de 1 kg de masa que se abandona en el punto A, desplazándose

luego por acción de su peso, cuando pasa por B, su rapidez es de 3 m/s. Si existe roce entre el bloque y

la superficie, determine el trabajo que efectúa la fuerza de roce.

1,2 m

0,4 m

A

B


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SOLUCIONES 1) a) 3,6 J ; - 0,9 J b) 2,7 J

2) 300 J

3) R: a) 2 ∙ 104 N; b) 1,2 ∙ 10

5 J ; c) 100 W

4) R: a) 5) R: a) 3,6 ∙ 10

6 J ; b) 1 kWh ; c) $ 90,0

6) R: a) 22,5 J ; b) 30,0 J ; c) No, falta el valor de la masa de la partícula

7) R: (a) y (c) 8)

c) La fuerza Peso actúa en el sentido perpendicular al movimiento, luego no desarrolla trabajo.

9) a) Efectúa el mismo trabajo W, porque la Fuerza de Gravedad (Peso) se mantiene y la masa del

funicular también.

b)Si la rapidez disminuye a un tercio, el tiempo que tarda el funicular aumenta al triple, luego la

potencia necesaria disminuye a un tercio.

10) R: F = 84 [N ; W = 420 [J] ; P = 7 [W]

11) Si las masas son iguales, el peso es igual, luego como la altura es la misma, el trabajo que desarrollan

ambos es el mismo.

12)

a) m carga = 600 [kg]; m total = 1,6 [Ton]

b) se mantiene porque el peso y la altura se mantienen

c) Se mantiene de modo equivalente a b).

d) Aumenta la potencia porque disminuye el tiempo.

13) a) Movimiento con aceleración variable b) a = 10 [m/s

2]

c) W = 80 [J] d) V = 12,8 [m/s] e) W = 0 [J] f) Entre 10 y 12 [m], la rapidez y energía cinética van en aumento, y entre 12 y 14 [m] la rapidez

disminuye, luego se desarrolla un Trabajo Negativo.

14) a) KA = 4,5 · KB b) KA = KB

15) Si las energías cinéticas son iguales, para detenerlos ΔK es igual para ambos, luego el trabajo, W = F·d, es igual para ambos. Si la Fuerza es igual, no queda más que, dA = dB

16) d)

17) a) en A b) en C c) justo antes de llegar al suelo d) V = 14,1 [m/s] e) V = 20 [m/s]

18) L = 5 m

19) H = 5R/2 20) W = - 3,5 J

Bibliografía: Física General “ Beatriz Alvarenga” (cap 9) Sears – Zemansky (Cap. 6) Libro del Mineduc 3° E. M. (cap. 2) Física “Jorge Mendoza Dueñas” (cap 7) Guía del profesor P. Lazo

NFpersona 2/10 JJWpersona 2·502/100

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