Problemas de Dinamica Resueltos

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Boletín problemas Dinámica Gymnázium Budějovická 15 BOLETÍN PROBLEMAS DE DINÁMICA RESUELTOS: NOTA: La mayoría de los problemas son del libro, siempre que sea así estará indicado entre paréntesis la numeración del libro. PROBLEMAS DE FUERZAS GRAVITATORIAS Formula vectorial Modulo Descripción 1 2 2 1 12 u d m M G F 2 2 1 12 d m M G F Fuerza gravitatoria que una masa M 1 ejerce sobre otra m 2 u d M G g 2 2 d M G g Campo gravitatorio creado por una masa M en un punto a una distancia r g m u d Mm G P 1 2 mg d Mm G P 2 Peso de un cuerpo m en un planeta de masa M (d es la distancia al centro del planeta) Problema 3 (Problema 7, pag. 89). Calcula el módulo del campo gravitatorio de la luna en la superficie. ¿Qué fuerza gravitatoria actúa sobre un cuerpo de 3Kg que se halla en la superficie de la Luna? Solución: Datos: M L =7,47·10 22 Kg (masa de la luna) R L =1740Km=1,74·10 6 m (radio de la luna, es la letra “d” -distancia- de la fórmula) G=6,67·10 -11 N·m 2 /Kg 2 m=3Kg (Masa del objeto del apartado b) (en el dibujo es el principito)) Apartado a): 2 6 22 11 2 ) 10 · 74 , 1 ( 10 · 42 , 7 · 10 · 67 , 6 d M G g Kg N g 65 , 1 10 · ) 74 , 1 ( 42 , 7 · 67 , 6 1 2 La dirección y el sentido de g está pintado en la figura. Apartado b) : N mg d Mm G F 95 , 4 65 , 1 · 3 2 g g F

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BOLETÍN PROBLEMAS DE DINÁMICA RESUELTOS: NOTA: La mayoría de los problemas son del libro, siempre que sea así estará indicado entre paréntesis la numeración del libro.

PROBLEMAS DE FUERZAS GRAVITATORIAS

Formula vectorial Modulo Descripción

1221

12 ud

mMGF

221

12 d

mMGF Fuerza gravitatoria que una masa M1

ejerce sobre otra m2

ud

MGg

2

2d

MGg Campo gravitatorio creado por una

masa M en un punto a una distancia r

gmud

MmGP

12

mgd

MmGP

2 Peso de un cuerpo m en un planeta de masa

M (d es la distancia al centro del planeta)

Problema 3 (Problema 7, pag. 89). Calcula el módulo del campo gravitatorio de la luna en la superficie. ¿Qué fuerza gravitatoria actúa sobre un cuerpo de 3Kg que se halla en la superficie de la Luna?

Solución: Datos: ML=7,47·1022Kg (masa de la luna) RL=1740Km=1,74·106m (radio de la luna, es la

letra “d” -distancia- de la fórmula) G=6,67·10-11N·m2/Kg2 m=3Kg (Masa del objeto del apartado b) (en el

dibujo es el principito))

Apartado a):

26

2211

2 )10·74,1(

10·42,7·10·67,6

d

MGg

KgNg 65,110·)74,1(

42,7·67,6 12

La dirección y el sentido de g está pintado en la figura.

Apartado b): Nmgd

MmGF 95,465,1·3

2

g

gF

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Problema 4 (Problema 8, pag 89). Halla la masa de cierto planeta sabiendo que el campo gravitatorio que crea a una distancia de 1·1010m de su centro es de 5N/Kg. ¿Qué fuerza gravitatoria actúa sobre una nave espacial de 6000Kg de masa que se halla en ese punto?

Solución: Datos: M? d=1·1010m G=6,67·10-11N·m2/Kg2 g=5N/Kg m=6000Kg (Masa de la nave espacial)

Apartado a):

KgG

gdM

d

MGg 30

11

2102

210·50,7

10·67,6

5·)10·1(

Apartado b):

La fórmula para fuerza gravitatoria es : 2d

MmGFg

Pero como ya conocemos el campo gravitatorio (g) en ese punto es más fácil utiliza la siguiente relación:

Nmgd

MmGFg

42

10·3·3000·5

La dirección y el sentido de gF

está pintado en la figura.

Problema 5 (Problema 9, pag 89). Calcula el campo gravitatorio en el punto medio del segmento que une los centros de la Tierra y la Luna. Luego, calcula la fuerza gravitatoria que actúa sobre un satelite artificial de 1200Kg de masa situado en ese punto.

Datos: MT=5,98·1024Kg (masa de la tierra) ML=7,47·1022Kg (masa de la luna) dT-L=3,84·108m (distancia media tierra-luna) G=6,67·10-11N·m2/Kg2 m=1200Kg (Masa del satélite en el apartado b))

Solución: Apartado a): Tierrag

d

Lunag

A Totalg

g

gF

d

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17

162

11

28

2211

2

10·284,3

10·47,7·67,6

210·84,3

10·47,7·10·67,6

d

MGg Luna

Luna

KgNgLuna /10·35,11013,521013,52· 451611

KgNd

MGg Tiera

Tierra /10·1,0810·10,8210·10,82

210·84,3

10·98,5·10·67,6 23161328

2411

2

Como Lunag y Tierrag

tienen sentidos contrarios el módulo del campo gravitatorio total ( Totalg ) en el punto A vendrá dado por la resta de los módulos de Lunag

y Tierrag :

KgNggggg LunaTierraLunaTierraTotal /10·07,110·35,110·08,1 242

KgNg Total /10·07,1 2

La dirección y sentido de Totalg está pintada en la figura.

Apartado b):

gF

?? Tenemos dos opciones:

La más rápida y fácil: Utilizar el campo gravitatorio que ya hemos calculado: NgmFgmF TotalgTotalg 84,120710,11200·· 2

Si tenemos ganas de repetir cálculos:

0,162N2

d

mMGF Luna

Luna 12,96N2

d

mMGF Tierra

Tierra

KgNFFF LunaTierraTotal /8,12162,096,12

Problema 6 (Problema 12, pag 90). Calcula el peso de un avión de 7000Kg de masa que vuela a una altura de 9000m de la superficie de la tierra.

Datos: MT=5,98·1024Kg (masa de la tierra) RT=6370Km=6,37·106m (radio de la tierra) h=9000m (altura sobre la superficie terrestre) G=6,67·10-11N·m2/Kg2 m=7000Kg (Masa del avión)

Solución:

P

????

22 )( hR

MmG

d

MmGP

T

N6861510·910·37,6

10·7·10·98,5·10·67,6236

32411

P

La dirección de P

será la recta que une el avión y el centro de la tierra y el sentido será hacia dicho centro (tal y como se indica en la figura)

g

gF

d

h

RT

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Problema 7 (Problema 13, pag 90). Determina a qué altura respecto a la superficie de la tierra debe subir un cuerpo de 50Kg de masa para que su peso sea 491N.

Datos: MT=5,98·1024Kg (masa de la tierra) RT=6370Km=6,37·106m (radio de la tierra) G=6,67·10-11N·m2/Kg2 m=50Kg (Masa del cuerpo) P=491N h? (altura sobre la superficie terrestre)

Solución: ¿Altura para que el peso de un cuerpo de 50Kg sea P=491N?

TTT

RP

MmGh

P

MmGhR

hR

MmG

d

MmGP

)(

)( 22

mh 32006,37·10491

50·10·98,5·10·67,6 62411

Nota: El peso en la superficie de la tierra tendría un valor aproximado de:

NR

MmG

d

MmGP

T

49,49122

(Subiendo a una altura de 3200 solo disminuimos nuestro peso en aproximadamente un 0,1%)

PROBLEMAS DE FUERZAS SOBRE CUERPOS Y LEYES DE NEWTON (PLANOS INCLINADOS, ETC)

Problema 8 (Problema 7, pag 115). Un monitor de ordenador está apoyado sobre una mesa. Dibuja en un diagrama todas las fuerzas que actúan sobre el monitor y sobre la mesa.

ordenadorP

mesaordenadorN

mesaP

suelomesaN

mesaordenadorN '

)(')( acciónNreacciónN mesaordenadormesaordenador

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Nota: Como se ve en la figura las fuerzas mesaordenadorN

y mesaordenadorN '

son

fuerzas de acción y reacción debido a la “presión” que el ordenador ejerce sobre la mesa y la reacción con que ésta reacciona (de acuerdo a la 3ª ley de Newton). Por lo tanto son iguales en módulo y dirección pero de sentido contrario.

Si aplicamos la 2ª ley de Newton a cada cuerpo:

Ordenador: 0· amPN ordenadorordenadormesaordenador

gmPN ordenadorordenadormesaordenador ·

Mesa: 0·' amPNN mesamesamesaordenadorsuelomesa

mesaordenadormesamesaordenadorsuelomesa PPPNN

'

mesaordenadorsuelomesa PPN

Problema 9 (Problema 8, pag 115) Calcula el valor de la fuerza normal ejercida por la superficie de la Luna sobre un astronauta de 80Kg de masa, si en la Luna el valor de g es 1,6m/s2.

Solución: Datos: m=80 Kg (masa astronauta) g=1,6 m/s2 (aceleración de la gravedad o

campo gravitatorio en la superficie de la luna)

Solo hay fuerzas en la dirección vertical o normal (o Y). Aplicamos la 2ª ley de Newton en esa dirección:

amFFT

En dirección y: 0YY maF ya que no hay movimiento en la dirección vertical, por lo tanto:

NmgPNPNFY 1286,1·800 Nota: En esta ecuación hemos tomado como criterio de signos para las componentes de las fuerzas el siguiente: positivo hacia arriba, negativo hacia abajo (todos los problemas se pueden hacer eligiendo el criterio contrario, es una decisión que depende de vosotros)

Problema 11 (Problema 9, pag 115) Determina el valor de la fuerza normal que actúa sobre un automóvil de 1200Kg de masa en los siguientes casos:

P

N

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20

a. El automóvil circula por una carretera horizontal

b. El automóvil sube una rampa inclinada 30º respecto de la horizontal.

Datos: m=1200Kg (masa coche) g=9,8 m/s2 (aceleración de la gravedad o campo gravitatorio en la superficie de la

tierra)

Solución: Apartado a): Solo hay fuerzas en la dirección vertical o normal (o Y). Aplicamos la 2ª ley de Newton ( amFFT

) en esa dirección:

En dirección y:

0YY maF

porque no hay movimiento en la dirección vertical, por lo tanto:

0PNFY

NmgPN 117608,9·1200

Apartado b): Dato: α=30º

Hay fuerzas actuando en más de una dirección, por lo tanto, descomponemos todas las fuerzas que existen en sus componentes según los dos ejes principales X e Y:

coscos:

mgPP

mgsenPsenPP

y

x

NN

NN

y

x 0:

Y a continuación aplicamos la 2ª ley de Newton en cada dirección:

amFFT

En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0YY PNF NmgPN Y 10184 30·cos8,9·1200cos

En la dirección x: XX maF (en la dirección x si puede haber movimiento)

XXX maPF 2/9,4 smgsenm

mgsen

m

Pa X

X

Nota 1: El segundo punto, el cálculo de la aceleración en la dirección X, no se pedía en el ejercicio. Nota 2: En este ejercicio hemos tomado como criterio de signos (para las componentes de las fuerzas) el siguiente:

P

N

N

P

XP

YP

α α

Caso a)

Caso b) Y

X

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21

En la dirección Y: positivo hacia arriba, negativo hacia abajo En la dirección X: positivo hacia la derecha, negativo hacia la izquierda. (todos los problemas se pueden hacer eligiendo el criterio contrario, es una decisión que depende de vosotros)

Problema 12 (Problema 10, pag 115). Calcula el peso de un cuerpo que experimenta una fuerza normal de 35N cuando está apoyado sobre una superficie inclinada 45º respecto a la horizontal.

Datos: N=35N g=9,8 m/s2 (aceleración de la gravedad en la

tierra) α=45º

Solución: ¿¿¿ P

???

Hay fuerzas actuando en más de una dirección, por lo tanto tendríamos que descomponer todas las fuerzas que existen en sus componentes según los dos ejes principales X e Y. Pero en este caso nos basta con ocuparnos de la dirección Y

coscos:

mgPP

mgsenPsenPP

y

x

NN

NN

y

x 0:

Y a continuación aplicamos la 2ª ley de Newton ( amFFT

) (nos basta hacerlo

en la dirección y): En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0YY PNF

cos

cosN

PPPN Y

NP 50,492

35·2

22

35

45cos

35

Nota: En este ejercicio hemos tomado como criterio de signos para las componentes de las fuerzas el siguiente: En la dirección Y: positivo hacia arriba, negativo hacia abajo (todos los problemas se pueden hacer eligiendo el criterio contrario, es una decisión que depende de vosotros)

Problema 13 (Problema 11, pag 115). Sobre una silla de 2,5Kg de masa apoyada en el suelo ejercemos una fuerza F=10N, hacia arriba y que forma un ángulo de 45º con la horizontal. Calcula:

a. La fuerza normal sobre la silla.

N

P

XP

YP

α α

Y

X RF

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22

b. El valor mínimo de F para que la silla se separe del suelo.

Datos: F=10N g=9,8 m/s2 (aceleración de la gravedad en la

tierra) m=2,5Kg α=45º

Solución: Apartado a): ¿¿¿ N

???

Hay fuerzas actuando en más de una dirección, por lo tanto tendríamos que descomponer todas las fuerzas que existen en sus componentes según los dos ejes principales X e Y. Pero en este caso nos basta con ocuparnos de la dirección Y

mgPP

PP

y

x 0:

NN

NN

y

x 0:

FsenF

FFF

y

x cos:

Y a continuación aplicamos la 2ª ley de Newton ( amFFT

) (es suficiente con

hacerlo en la dirección y):

En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0PFNF YY FsenPN

N43,71255,2·8,92

245 FmgFsenPN

Nota: En este ejercicio hemos tomado como criterio de signos para las componentes de las fuerzas el siguiente: En la dirección Y: positivo hacia arriba, negativo hacia abajo (todos los problemas se pueden hacer eligiendo el criterio contrario, es una decisión que depende de vosotros)

Apartado b): Valor mínimo de F para que la silla se separe del suelo.

En el momento que la silla se separe del suelo la normal se hará cero (el cuerpo deja de presionar la superficie). Para que la silla se separe del suelo la mínima fuerza (el caso límite) que debemos hacer será aquella que equilibre el resto de fuerzas exceptuando N. Aplicando la 2ª ley de Newton en la dirección y:

0PFNF YY PFsenPFPFN YY 00

Nsensen

mg

sen

PF 65,34

22

8,9·5,2

45

8,9·5,2

N

P

XF

YF

α

Y

X

F

Page 9: Problemas de Dinamica Resueltos

Boletín problemas Dinámica Gymnázium Budějovická

23

Problema 14 (Problema 12, pag 115). Sobre una roca apoyada en el suelo ejercemos una fuerza (F) hacia arriba y que forma un ángulo de 30º con la horizontal. Calcula la masa de la roca si el valor mínimo de F para que la roca se separe del suelo es de 392N.

Datos: F=392N (fuerza mínima) g=9,8 m/s2 (aceleración de la gravedad en la

tierra) α=30º m????

Solución: Hay fuerzas actuando en más de una dirección, por lo tanto tendríamos que descomponer todas las fuerzas que existen en sus componentes según los dos ejes principales X e Y. Pero en este caso nos basta con ocuparnos de la dirección Y

mgPP

PP

y

x 0:

NN

NN

y

x 0:

FsenF

FFF

y

x cos:

En el momento que la silla se separe del suelo la normal se hará cero (el cuerpo deja de presionar la superficie). Para que la silla se separe del suelo la mínima fuerza (el caso límite) que debemos hacer será aquella que equilibre el resto de fuerzas exceptuando N. Aplicando la 2ª ley de Newton en la dirección y:

0PFNF YY FsenPPFPFN YY 00

Kgsen

g

FsenmFsenmg 20

8,92

1·392

8,9

30·392

Nota: En este ejercicio hemos tomado como criterio de signos para las componentes de las fuerzas el siguiente: En la dirección Y: positivo hacia arriba, negativo hacia abajo (todos los problemas se pueden hacer eligiendo el criterio contrario, es una decisión que depende de vosotros)

Problema 16 (Problema 13 (pag 117)) ¿Es posible que un cuerpo se mantenga en reposo sobre una superficie inclinada?

Solución: Si, es posible si aplicamos una fuerza que contrarreste o equilibre la componente x

(también llamada componente tangencial) del peso. O bien, si la fuerza de rozamiento estático es lo suficientemente grande

N

P

XF

YF

α

Y

X

F

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24

Problema 20 (Problema 14, pag 117) Un cuerpo de 20Kg está en reposo sobre un plano horizontal. Calcula los coeficiente de rozamiento estático y cinético si hay que aplicar una fuerza de 78,4N paralela al plano para que empieze a deslizar y otra de 39,2N para que mantengasu MRU. NOTA IMPORTANTE!!: En clase no hemos estudiado dos tipos diferentes de coeficiente de rozamiento. Hemos supuesto que ambos coeficiente (estático y dinámico) son iguales. Para evitar confusiones, el que no tenga claro este punto que solo intente hacer el apartado a). Si los coeficientes fueran iguales las fuerzas del apartado a) y del b) tendrían que ser iguales.

Datos: m=20Kg F=78,4N (fuerza mínima para que empiece a

deslizar) F=39,2N (fuerza mínima para que se mueva con

MRU) g=9,8 m/s2 (aceleración de la gravedad en la

tierra)

Solución: ¿Coeficientes de rozamiento? Hay fuerzas actuando en más de una dirección, por lo tanto, descomponemos todas las fuerzas que existen en sus componentes según los dos ejes principales X e Y:

mgPP

PP

y

x 0:

NN

NN

y

x 0:

0:

y

x

F

FFF

0:

Ry

RRx

R F

FFF

Coeficiente de rozamiento estático μe: La fuerza límite para mover el cuerpo se dará en el momento que está sea igual a la fuerza de rozamiento estática máxima. Aplicando la 2ª ley de Newton ( amFFT

)

en cada dirección: En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0PNFY NmgPN Y 1968,9·20

En la dirección x: 0 XX maF (estamos justo en la situación límite donde no hay

movimiento en la dirección x)

0Re_ máximaX FFF mgNFF eemáxima Re_

4,0196

4,78

mg

Fe

Coeficiente de rozamiento dinámico (o cinético) μd:

Para que el cuerpo se mueva con MRU (velocidad constante) la fuerza aplicadaa de ser igual a la fuerza de rozamiento dinámico, para que así no haya aceeración en la dirección X. La parte de la dirección y es igual que en el apartado anterior, solo cambia la dirección x:

N

P

Y

X F

RF

v

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25

En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0PNFY NmgPN Y 1968,9·20

En la dirección x: 0 XX maF (hay movimiento en la dirección x, pero es un MRU sin aceleración)

0RdX FFF mgNFF edRd

2,0196

2,39

mg

Fd

Nota: En este ejercicio hemos tomado como criterio de signos para las componentes de las fuerzas, el siguiente: En la dirección Y: positivo hacia arriba, negativo hacia abajo En la dirección X: positivo hacia la derecha, negativo hacia la izquierda. (todos los problemas se pueden hacer eligiendo el criterio contrario, es una decisión que depende de vosotros)

Problema 18 (Problema 15, pag 117). Un cuerpo baja a velocidad constante (MRU) por una superficie inclinada 31º con respecto a la horizontal. Calcula el coeficiente de rozamiento.

Datos: g=9,8 m/s2 (aceleración de la gravedad o

campo gravitatorio en la superficie de la tierra)

α=31º El cuerpo se mueve con MRU (a=0)

Solución: ¿Coeficiente de rozamiento dinámico (o

cinético) μd? Hay fuerzas actuando en más de una

dirección, por lo tanto, descom-ponemos todas las fuerzas que existen en sus componentes según los dos ejes principales X e Y:

coscos:

mgPP

mgsenPsenPP

y

x

NN

NN

y

x 0:

0:

Ry

RRxR F

FFF

Y a continuación aplicamos la 2ª ley de Newton ( amFFT

) en cada dirección:

En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0YY PNF cosmgPN Y

En la dirección x: 0 XX maF (hay movimiento en la dirección x, pero es un MRU sin aceleración)

N

P

XP

YP

α α

Y

X RF

v

(+)

(-)

Page 12: Problemas de Dinamica Resueltos

Boletín problemas Dinámica Gymnázium Budějovická

26

RdXRdXX FPFPF 0 cosmgPNmgsen dydd

6,031coscos

tgtgsen

gm

sengmd

Nota: En este ejercicio hemos tomado como criterio de signos para las componentes de las fuerzas el siguiente: En la dirección Y: positivo hacia arriba, negativo hacia abajo En la dirección X: positivo hacia la izq en el sentido del movimiento, negativo hacia la derecha. (todos los problemas se pueden hacer eligiendo el criterio contrario, es una decisión que depende de vosotros)

Problema 19 (Problema 16, pag 117). Se deja caer un cuerpo por un plano inclinado 30º con respecto a la horizontal. Calcula la aceleración del cuerpo si

a. No hay rozamiento b. El coeficiente de rozamiento vale 5,0

Datos: g=9,8 m/s2 (aceleración de la gravedad o

campo gravitatorio en la superficie de la tierra)

α=30º

Solución: ¿Aceleración? Apartado a): (no hay rozamiento)

Hay fuerzas actuando en más de una dirección, por lo tanto, descomponemos todas las fuerzas que existen en sus componentes según los dos ejes principales X e Y:

coscos:

mgPP

mgsenPsenPP

y

x

NN

NN

y

x 0:

0

0:

Ry

RxR F

FF

Y a continuación aplicamos la 2ª ley de Newton ( amFFT

) en cada dirección:

En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0YY PNF cosmgPN Y

En la dirección x: XX maF (hay movimiento en la dirección x)

maPF XX mamgsen

2/9,430·8,9 smsengsenm

mgsena

Apartado b): (hay rozamiento, μd=0,5)

N

P

XP

YP

α α

Y

X RF

v

(+)

(-)

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Boletín problemas Dinámica Gymnázium Budějovická

27

Hay fuerzas actuando en más de una dirección, por lo tanto, descom-ponemos todas las fuerzas que existen en sus componentes según los dos ejes principales X e Y:

coscos:

mgPP

mgsenPsenPP

y

x

NN

NN

y

x 0:

0:

Ry

RRxR F

FFF

Y a continuación aplicamos la 2ª ley de Newton en cada dirección:

amFFT

En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0YY PNF cosmgPN Y

En la dirección x: XX maF (hay movimiento en la dirección x)

maFPF RdXX m

gmgsenm

m

NP

m

FPa ddXRdX cos

2/66,02

35,0

2

18,9)30cos30(cos smsengggsena dd

Nota: En este ejercicio hemos tomado como criterio de signos para las componentes de las fuerzas el siguiente: En la dirección Y: positivo hacia arriba, negativo hacia abajo En la dirección X: positivo hacia la izq en el sentido del movimiento, negativo hacia la derecha. (todos los problemas se pueden hacer eligiendo el criterio contrario, es una decisión que depende de vosotros)

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Boletín problemas Dinámica Gymnázium Budějovická

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PROBLEMAS CON POLEAS

Problema 21 (Problema 17, pag 118) (MAQUINA DE ATWOOD). De los extremos de la cuerda de una polea cuelgan dos cuerpos de 0,5Kg y 0,4Kg. Calcula:

a. La aceleración del sistema b. La tensión de la cuerda.

Datos: g=9,8 m/s2 (aceleración de la gravedad o campo

gravitatorio en la superficie de la tierra) m1=0,5Kg m2=0,4Kg

Solución Es el sistema de poleas más simple (una sola

polea fija).

Aceleración? Tensión en la cuerda?

Aplicamos la 2ª ley de Newton en cada cuerpo:

Masa1: 1111 amTP (I)

Masa 2: 2222 amPT (II)

Las tensiones y las aceleraciones están relacionadas de la siguiente forma:

aaa 21 (un bloque se desplaza lo mismo que el otro pero en sentido contrario)

TTT 21 (las tensiones son iguales porque suponemos una cuerda inextensible, a partir de ahora ya sabemos que las tensiones en cualquier punto de una misma cuerda tienen el mismo valor)

NOTA: En las ecuaciones I y II se ha tomado un criterio de signos diferente en cada cuerpo, se toma como positivo las fuerzas en el sentido de la aceleración o el movimiento

Con lo que las ecuaciones (I) y (II) y quedan:

amTgm 11

Problema 21 amgmT 22

Sumando ambas ecuaciones:

ammgmgm )( 2121 2

21

21 /09,18,9·)4,05,0(

)4,05,0(

)(

)(sm

mm

gmma

Tensión?? NagmamgmT 36,4)09,18,9(5,0)(111 Esta maquina se usa para levantar grandes pesos usando un cuerpo adicional (llamado

contrapeso, m2 en la figura) podemos levantar un peso elevado sin apenas realizar fuerza.

1T

2T

m2

m1

2P

1P

a1 a2

Page 15: Problemas de Dinamica Resueltos

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29

Problema 22 (Problema 18, pag 118) (MAQUINA DE ATWOOD)

Datos: m1=4Kg m2=3Kg a=1,4 m/s2

Este problema es análogo al anterior, aunque en este caso nos piden g y nos dan a como dato:

2

21

12

21

21 /80,94,1·)34(

)34(

)(

)(

)(

)(sma

mm

mmgg

mm

mma

Problema 23 (Problema 19, pag 125) Calcula la aceleración del sistema de la figura y la tensión de la cuerda si el coficiente de rozamiento entre el primer cuerpo (m1) y la superficie es 5,0 .

Datos: g=9,8 m/s2 (aceleración de la

gravedad o campo gravitatorio en la superficie de la tierra)

m1=20Kg m2=12Kg μd=0,5

Solución: Aceleración? ¿Tensión en la cuerda?

Aplicamos la 2ª ley de Newton en cada cuerpo: Ecuaciones:

Masa1: o En la dirección y: 0YY maF (no hay movimiento en la dirección y)

0PNFY NgmPN Y 1968,9·201

o En la dirección x: XX maF (hay movimiento en la dirección x)

1maFTF RdX 111 amgmTNT ed

111 amgmT e (I)

Masa 2: 222 amTP (II)

Las tensiones y las aceleraciones están relacionadas de la siguiente forma:

aaa 21 (un bloque se desplaza lo mismo que el otro)

TTT 21 (las tensiones son iguales porque suponemos una cuerda inextensible)

T

T

m2

m1

2P

1P

1N

RF

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NOTA: En las ecuaciones I y II se ha tomado como criterio de signos el siguiente: en cada cuerpo, se toma como positivo las fuerzas en el sentido de la aceleración o el movimiento

Con lo que las ecuaciones (I) y (II) y quedan:

amgmT d 11

amTgm 22

Sumando ambas ecuaciones:

ammgmgm d )( 2112 2

21

12 /61,08,9·)2012(

)1012(

)(

)(sm

mm

gmma d

Tensión?? NagmamgmT 28,110)61,08,9(12)(222

PROBLEMAS UN POQUITO MÁS DIFÍCILES PARA EL QUE TENGA CURIOSIDAD (NO ENTRAN EN EXAMEN).

Problema 1: Un bloque de madera de 3 Kg de masa se desplaza sobre un plano inclinado 30º por la acción de una masa de 7 kg que cuelga verticalmente. Si el coeficiente de rozamiento es μ=0,2.

a. Dibuja todas las fuerzas actuando sobre cada uno de los bloques

b. ¿Con qué aceleración se mueven los cuerpos?

c. ¿Cuánto vale la tensión de la cuerda?

Problema 2: Determinar la magnitud de la fuerza F con que se debe tirar la cuerda que pasa por la polea inferior para que el cuerpo de masa m=1kg adquiera una aceleración a=0,2·g hacia arriba (g=aceleración de la gravedad, las poleas son de masa despreciable).

Solución: (en página siguiente)

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NOTA: D.C.L. es el acrónimo de diagrama de cuerpo libre, chicas esto es una gilipollez que a veces utilizan en los libros para referirse al diagrama de fuerzas sobre cada cuerpo.

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Problema 3: Usando los datos que se indican, calcular la magnitud de la fuerza F de modo que el bloque de masa mA suba con aceleración de magnitud aA=g/5 (g=aceleración de la gravedad). Las poleas son de masa despreciable. Datos: mA=2mB , θ=60º, μc=0.2, mB=1Kg. Considere g=10m/s2.

Solución:

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