Problemas de leyes de newton en una dimensión

Nivel: Secundaria

1
Nivel
Secundaria
Dificultad
3
 

Si al aplicar una fuerza a un cuerpo aparece una reacción igual y de sentido contrario, ¿cómo es posible que lo ponga en movimiento?

Solución disponible
pod
 
2
Nivel
Secundaria
Dificultad
4
 

Un trabajador debe lanzar un paquete de 5kg desde el suelo hasta una altura de 4m. Si el trabajador aplica al paquete una fuerza vertical constante desde el suelo hasta que encuentra a una altura de 1,5m, calcula:

1.el módulo de la fuerza mínima necesaria para que el paquete alcance los 4 m.

2.en estas condiciones, tiempo total empleado en subir el paquete.

Solución disponible
Oriol Frigola Manzano
Lanzamiento vertical
 
3
Nivel
Secundaria
Dificultad
4
 

Una persona está sobre una balanza dentro de un ascensor que sube con aceleración (aceleración y velocidad del ascensor apuntan hacia arriba). Si la masa de la persona es 89kg, encontrar el peso (aparente) que marca la balanza en esta situación.

Solución disponible
pod
 
4
Nivel
Secundaria
Dificultad
6
 

Tres bloques A, B y C (de masas 1, 2 y 3 kg, respectivamente) se encuentran sobre una superficie horizontal como se indica en la figura siguiente.


Figura 1.

1.¿Qué fuerza hay que aplicarle a C para que los bloques adquieran una m/s ?

2.Fuerza que ejerce A sobre B.

3.Fuerza que ejerce B sobre C.

4.Repetir el problema si suponemos que la fuerza se aplica sobre A (hacia la derecha).

5
Nivel
Secundaria
Dificultad
6
 

El coeficiente de fricción estática entre el piso de un camión y una caja que descansa sobre el es de 0,30. La velocidad del camión es de 22.22m/s. ¿Cual es la distancia mínima de frenado del camión para que la caja no se deslice?

Solución disponible
Fastolfe
 
6
Nivel
Secundaria
Dificultad
7
 

Un cuerpo de masa 2 kg desciende en caída libre. Toma .

1.¿Qué fuerza constante es necesario aplicarle en el instante en que su velocidad es de 20,4 m/s para detenerlo en 2 s?

2.¿Qué trabajo se realiza sobre el cuerpo desde que se aplica la fuerza hasta que se detiene?

Solución disponible
Cat_in_a_box
 
Apartado 1.

En primer lugar, hemos de tener en cuenta que si el cuerpo desciende en caída libre, se debe a que sobre él actúa únicamente la fuerza peso que provoca que su velocidad vaya en aumento, es decir, es un movimiento acelerado.

Para responder a la primera pregunta, si queremos que se detenga a los 2 segundos en un instante en el que tiene una velocidad determinada, debemos aplicarle una fuerza hacia arriba, es decir, en sentido contrario, y mayor que el peso, con el fin de que el cuerpo experimente una aceleración ''negativa'' que lo haga deternerse; a continuación se muestra la situación:

Caída libre 
(Haz click para ver la imagen a tamaño real)
Figura 1. Caída libre (Haz click para ver la imagen a tamaño real)

Podemos calcular esta aceleración teniendo en cuenta que ésta se define como la rapidez con que cambia la velocidad, es decir:

Para calcular la fuerza resultante que provoque esta aceleración, aplicamos la segunda ley de Newton, según la cual, el cambio del momento lineal de un cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa y se produce en la dirección de dicha fuerza. Expresado matemáticamente:

Como la masa permanece constante, el segundo sumano de la expresión anterior será cero, con lo que se obtiene la expresión básica de esta ley:

Como ya se ha dicho, esta fuerza ha de estar dirigida hacia arriba. Ahora bien, esta no es la fuerza que hemos de aplicar al cuerpo para que se detenga a los 2s cuando tiene una velocidad de 20.04m/s, pues:

Por tanto, la fuerza que hay que aplicarle es:

Apartado 2.

Por otro lado, el trabajo mecánico realizado por la fuerza constante que actúa sobre el cuerpo que realiza el desplazamiento es igual al producto escalar entre la fuerza y el desplazamiento, es decir:

Ahora bien, ¿cuál es ese desplazamiento?

Al tratarse de un movimiento uniformemente variado la ecuación general de la posición que lo representa es:

El desplazamiento es la variación de posición neta, es decir: . Considerando en este caso que , entonces:

Por otro lado, como se observa en el dibujo, la fuerza actúa en sentido contrario a la dirección del desplazamiento, por lo que el trabajo realizado por la fuerza es negativo, pues se opone al desplazamiento. Por tanto:

7
Nivel
Secundaria
Dificultad
8
 

Tenemos una jaula de 1kg de peso, y un pájaro en su interior que pesa 10g. Si el pájaro no se posa en la jaula, sino que permanece revoloteando, ¿cuánto pesará el conjunto de la jaula y el pájaro si la jaula es hermética? ¿y si es de barrotes?

Solución disponible
Ghiret
 
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