Programa de Formacin Regular Fsica II TECSUP-2014

1

Tema 03:

Fuerzas concurrentes. Primera condicin de equilibrio. Aplicaciones.Preguntas.

1. Una bola se sostiene en la mano de una persona. a) Identifique todas las fuerzas externas que actan sobre la bola y la reaccin a cada una. b) Si la bola se suelta, qu fuerza se ejerce sobre ella mientras cae? Identifique la fuerza de reaccin en este caso. (Ignore la resistencia del aire.)

2. Una pasajera sentada en la parte trasera de un autobs afirma que se lesion cuando el conductor freno bruscamente, lo que hizo que una maleta saliera volando hacia ella desde la parte delantera del autobs. Si usted fuese el juez en este caso, Qu sentencia hara? Por qu?

3. Considere dos personas que tiran en direcciones opuestas de los extremos de una cuerda. Por la tercera ley de Newton, la fuerza que A ejerce sobre B es tan grande como la que B ejerce sobre A. Entonces, qu determina quin gana? (Sugerencia: dibuje un diagrama de cuerpo libre que muestre todas las fuerzas que actan sobre cada persona.)

4. Al dispararse una bala de un rifle, cul es el origen de la fuerza que acelera la bala? Una caja grande cuelga del extremo de una cuerda vertical. La tensin en la cuerda es mayor cuando la caja est en reposo o cuando sube con rapidez constante? Si la caja sube, la tensin en la cuerda es mayor cuando est acelerando o cuando est frenando? En cada caso, explique en trminos de las leyes del movimiento de Newton.

5. Por qu no debemos decir que 1.0 kg es igual a 2.2 lb? 6. Cuando est parado sobre el suelo, qu tan grande es la fuerza que el suelo ejerce sobre usted?

Por qu esta fuerza no lo levanta a usted en el aire? 7. Mary ejerce una fuerza hacia arriba de 40 N para sostener una bolsa de provisiones. Describa la

fuerza de reaccin a esta fuerza (tercera ley de Newton) enunciando a) su magnitud, b) su sentido, c) sobre qu objeto se ejerce, y d) y qu objeto la ejerce.

8. La fuerza de gravedad sobre una roca de 2 kg es dos veces mayor que sobre una roca de 1 kg. Por qu la roca ms pesada no cae ms rpido?

9. Por qu los antiguos egipcios no construyeron sus pirmides cabeza abajo? En otras palabras, use los principios de fuerza y centro de masa para explicar por qu es ms ventajoso construir edificios con bases amplias y cspides angostas que a la inversa.

Problemas.

10. Tres fuerzas verticales actan sobre un avin cuando vuela con altitud y velocidad constantes. Se trata del peso del avin, una fuerza vertical aerodinmica sobre el ala y una fuerza vertical aerodinmica sobre la cola horizontal. (El aire circundante es el que ejerce las fuerzas aerodinmicas, que son reacciones a las fuerzas que el ala y la cola ejercen sobre el aire cuando el avin lo surca.) En el caso especfico de un avin que pesa 6700 N, el centro de gravedad est 0.30 m adelante del punto donde acta la fuerza aerodinmica vertical sobre el ala y 3.66 m adelante del punto donde acta la fuerza aerodinmica vertical sobre la cola. Determine la magnitud y la direccin (hacia arriba o hacia abajo) de cada fuerza aerodinmica.

Prof. Juan Carlos Grande | Semana01

Programa de Formacin Regular Fsica II TECSUP-2014

2

11. Cuando una masa de 25 kg se cuelga a la mitad de un alambre recto fijo de aluminio, el alambre se pandea y forma un ngulo de 12 con la horizontal, como se indica en la figura. Determine el radio del alambre.

12. Un hombre que hace lagartijas se detiene en la

posicin mostrada en la figura. Su masa es m = 68 kg. Determine la fuerza normal que ejerce el suelo sobre a) cada mano; b) cada pie.

13. La caja tiene un peso de 550 lb. Determine la fuerza en cada cable de soporte.

14. La viga tiene un peso de 700 lb. Determine el cable ABC ms corto que puede usarse para

levantarla, si la fuerza mxima que puede soportar el cable es de 1500 lb.

15. Si la masa del cilindro C es de 40 kg, determine la masa del cilindro A a fin de sostener el ensamble

en la posicin mostrada.

Prof. Juan Carlos Grande | Semana01

Programa de Formacin Regular Fsica II TECSUP-2014

3

16. En C se amarran dos cables y se cargan como se muestra en la figura. Determine la tensin a) en el cable AC y b) en el cable BC.

17. Si el bloque B pesa 200 lb y el bloque C pesa 100 lb, determine el peso requerido del bloque D y el

ngulo para lograr el equilibrio. 18. Si el bloque D pesa 300 lb y el bloque B pesa 275 lb, determine el peso requerido del bloque C y el

ngulo para lograr el equilibrio.

Preguntas 16 y 17

19. Si se sabe que = 20, determine la tensin a) en el cable AC, b) en la cuerda BC.

Prof. Juan Carlos Grande | Semana01

Programa de Formacin Regular Fsica II TECSUP-2014

4

20. Determine el alargamiento en los resortes AC y AB cuando el bloque de 2 kg est en equilibrio. Los resortes se muestran en la posicin de equilibrio.

21. La longitud no alargada del resorte AB es de 3 m. Si el bloque se mantiene en la posicin de equilibrio mostrada, determine la masa del bloque en D.

Preguntas 18 y 19

22. Determine la tensin desarrollada en los cables CA y CB que se requiere para lograr el equilibrio del cilindro de 10 kg. Considere = 40.

23. Si el cable CB est sometido a una tensin que es dos veces mayor que la del cable CA, determine el ngulo necesario para lograr el equilibrio del cilindro de 10 kg. Adems, cules son las tensiones en los cables CA y CB?

Preguntas 20 y 21

24. Determine la magnitud y la direccin de la fuerza de equilibrio FAB ejercida a lo largo del eslabn AB mediante el aparato de traccin que se muestra en la figura. La masa suspendida pesa 10 kg. No tome en cuenta el tamao de la polea ubicada en A.

Prof. Juan Carlos Grande | Semana01

Programa de Formacin Regular Fsica II TECSUP-2014

5

25. En C se amarran dos cables y se cargan como se muestra en la figura. Determine el rango de valores de Q para los cuales la tensin no ser mayor que 60 lb en cualquiera de los cables.

26. En C se amarran dos cables y se cargan como se muestra en la figura. Si se sabe que la tensin

mxima permisible en el cable AC es de 1 200 N y que en el cable BC es de 600 N, determine a) la magnitud de la fuerza P mxima que puede aplicarse en C, b) el valor correspondiente de .

27. El tanque de dimensiones uniformes y 200 lb de peso est suspendido por medio de un cable de 6

pies de longitud, el cual est unido a dos lados del tanque y pasa sobre la pequea polea localizada en O. Si el cable puede unirse a los puntos A y B o C y D, determine cul unin produce la menor tensin en el cable. Cul es el valor de esta tensin?

Prof. Juan Carlos Grande | Semana01

Programa de Formacin Regular Fsica II TECSUP-2014

6

28. Se construye una balanza con una cuerda de 4 pies de longitud y el bloque D de 10 lb. La cuerda est fija a un pasador situado en A y pasa sobre dos pequeas poleas en B y C. Determine el peso del bloque suspendido B si el sistema est en equilibrio.

29. La caja de 150 lb se sostiene mediante los cables AB, AC y AD. Determine la tensin en estos cables.

30. Determine la masa mxima que puede tener la caja si la tensin desarrollada en cada cable no debe

exceder 3 kN.

Prof. Juan Carlos Grande | Semana01

Programa de Formacin Regular Fsica II TECSUP-2014

7

31. La gra de brazos de corte se utiliza para llevar la red de pescado de 200 kg hacia el muelle. Determine la fuerza de compresin a lo largo de cada uno de los brazos AB y CB, y la tensin en el cable DB del cabestrante. Suponga que la fuerza presente en cada brazo acta a lo largo de su eje.

32. Determine la fuerza necesaria en cada uno de los tres cables para elevar el tractor cuya masa es de

8 Mg.

33. Los extremos de los tres cables estn unidos a un anillo localizado en A, al borde de una placa

uniforme. Determine la masa mxima que puede tener la placa si cada uno de los cables puede soportar una tensin mxima de 15 kN.

Prof. Juan Carlos Grande | Semana01

Programa de Formacin Regular Fsica II TECSUP-2014

8

34. Si cada uno de los cables puede soportar una tensin mxima de 1000 N, determine la masa

mxima del cilindro para que se pueda mantener el equilibrio.

Prof. Juan Carlos Grande | Semana01