Problemas de capítulo Segunda Ley de Newton:...

Dynamics Chapter Problems - 1 v 2.0 ©2009 by Goodman & Zavorotniy

Problemas de capítulo

Segunda Ley de Newton:

Trabajo en clase

1. Un auto de juguete de 0,40 kg se mueve con una aceleración constante de 2,3 m/s2. Determina la

fuerza neta aplicada que es responsable de esa aceleración

2. Una fuerza neta horizontal de 175 N se aplica a una bicicleta cuya masa es de 43 kg, ¿qué aceleración

se produce?

3. ¿Qué fuerza promedio se requiere para detener un carrito de compras de 7 kg en 2 s si inicialmente se

mueve a 3,5 m/s?

4. Una bala de cañón de 7,5 kg sale del cañón a 185 m/s. Encuentra la fuerza neta promedio aplicada a la

bala si la boca del cañón tiene un largo de 3,6 m.

5. Un bloque de madera es tirado con una aceleración constante de 1,4 m/s2. Encuentra la fuerza neta

aplicada sobre el bloque si la masa es de 0,6 kg.

6. Una fuerza neta de 95 N es aplicada a un bloque de hielo con una masa de 24 kg. Encuentra la

aceleración del bloque si se mueve sobre una superficie lisa horizontal.

7. Un niño es acelerado en un trineo a 3,2 m/s2. por una fuerza neta de 345 N. ¿Cuál es la masa

combinada del niño y el trineo?

8. ¿Qué fuerza promedio se necesita para detener un camión de 8500 kg en 10 s si está inicialmente

viajando a 20 m/s?

9. ¿Qué fuerza neta promedio se necesita para acelerar una bala de 9,5 g desde el reposo a 650 m/s2

sobre una distancia de 0,85 m a lo largo del cañón de un rifle?

Trabajo en casa

10. Un estudiante de física empujó una carga de 50 kg por el piso, acelerándola a una velocidad de 1,5

m/s2. ¿Cuánta fuerza aplicó?

11. Una fuerza neta de 10,000 N está acelerando un auto a una velocidad de 5,5 m/s2. ¿Cuál es la masa

del auto?

12. Un niño pedalea su bicicleta con una fuerza horizontal de 235 N. si la masa total del niño y su bicicleta

es 40 kg, ¿cuánto están acelerando?

13. Un nadador de 45 kg de una posición de descanso alcanza una velocidad de 12 m/s en una distancia de

20 m. ¿Cuánta fuerza neta debe ser aplicada para lograr esto?


14. Una fuerza neta de 3000 N está acelerando un ascensor de 1200 kg hacia arriba. Si el ascensor

empieza desde una posición de descanso, ¿Cuánto tiempo tomará para subir 15 m?

15. Un paracaidista de 57 kg cae por el aire. ¿Cuánta fuerza lo está empujando hacia abajo?

16. Una fuerza neta de 34 N es aplicada para acelerar un objeto a una velocidad de 2,5 m/s2. ¿Cuál es la

masa del objeto?

17. Un corredor ejerce una fuerza neta de 225 N para acelerar a una velocidad de 3,0 m/s2. ¿Cuál es la

masa del corredor?

18. ¿Qué fuerza neta se requiere para parar una bola de boliche de 4 kg en 0,5 s si inicialmente se mueve

a 10 m/s?

19. Un disco de hockey con una masa de 0,18 kg está en reposo sobre la superficie horizontal sin fricción

de la pista. Un jugador aplica una fuerza horizontal de 0,5 N al disco. Encuentra la velocidad y la

distancia recorrida 5 s después

Peso y masa

Trabajo en clase

20. Una mujer pesa 580 N. ¿Cuál es su masa?

21. Encuentra el peso de un elefante de 2000 kg.

22. Un astronauta tiene una masa de 85 kg. Calcula su peso en la Tierra y en la Luna. (gravedad de la luna

= 1,6 m/s2). ¿Cambia su masa cuando va de la Tierra a la Luna?

23. Un auto pesa 14,500 N. ¿Cuál es su masa?

24. Calcula el peso de un conejo de 4,5 kg.

25. En la superficie de Marte la aceleración debido a la gravedad es de 3,8 m/s2. Un libro pesa 34 N en la

superficie de la Tierra. ¿Cuál es su masa en la superficie de la tierra? ¿Cuáles son su masa y peso en la

superficie de Marte?

Trabajo en casa

26. Un niño pesa 270 N. ¿Cuál es su masa?

27. Calcula el peso de una mesa de 60 kg.


28. Un marciano pesa 17 N en la superficie de Marte. Calcula el peso sobre la Tierra y sobre la Luna.

¿Cambia su masa a lo largo del viaje desde Marte a la Luna y a la Tierra?

29. Descubre el peso de un chip de computadora de 2 g.

30. ¿Cuál es la masa de un televisor de 330 N?

31. El robot de exploración de Marte, Spirit, tiene una masa de 836 kg. Calcula su peso en la Tierra y en

Marte.

Diagramas de cuerpo libre

Trabajo en clase

32. Una caja está sobre una mesa. Dibuja y rotula claramente todas las fuerzas que actúan sobre la caja;

compara sus magnitudes y direcciones

33. Un bloque de madera se mueve a una velocidad constante sobre una superficie rugosa horizontal.

Dibuja un diagrama de cuerpo libre que muestre claramente todas las fuerzas aplicadas al bloque;

compara sus magnitudes y direcciones.

34. Un niño tira un trineo horizontalmente a velocidad constante por medio de una soga atada al trineo

a. Muestra todas las fuerzas ejercidas en el trineo (no ignores la fricción);

b. Muestra todas las fuerzas ejercidas en el niño (no ignores la fricción);

c. Muestra todas las fuerzas que actúan sobre la soga;

d. Usa la Ley de Newton para explicar las direcciones y magnitudes de todas las fuerzas, compara

acción y reacción.

Trabajo en casa

35. Una grúa levanta una carga a una velocidad constante. Dibuja un diagrama de cuerpo libre para la carga

y compara las magnitudes y las direcciones ejercidas sobre el cajón.

36. Una grúa es acelerada a una velocidad constante a lo largo de un piso rugoso horizontal. Dibuja un

diagrama de cuerpo libre para la caja y compara todas las fuerzas ejercidas en el cajón.

37. Un disco de hockey se desliza sobre una superficie rugosa horizontal. Dibuja un diagrama de cuerpo

libre para el disco y compara las magnitudes y las direcciones de las fuerzas ejercidas sobre éste.

Fricción cinética:

Trabajo en clase

38. El coeficiente de fricción cinética entre un objeto y la superficie sobre la que se desliza es 0,25. El peso

del objeto es de 20 N. ¿Cuál es la fuerza de fricción?

39. La fuerza de fricción entre un objeto y la superficie sobre la que se desliza es 12 N. El peso del objeto

es 20 N. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética?


40. El coeficiente de fricción cinética entre un objeto y la superficie por la que se desliza es 0,40. La masa

del objeto es 3,2 kg. ¿Cuál es la fuerza de fricción?

41. La fuerza de fricción entre un objeto y la superficie sobre la que se desliza es 15 N. El peso del objeto

es 20 kg. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética?

42. El coeficiente de fricción cinética entre un objeto y la superficie por la que se desliza es 0,40. El peso del

objeto es 80 N. ¿Cuál es la fuerza de fricción?

43. El coeficiente de fricción cinética entre un objeto y la superficie por la que se desliza es 0,6. La masa del

objeto es 12 kg. ¿Cuál es la fuerza de fricción?

44. La fuerza de fricción entre un objeto y la superficie sobre la que se desliza es 15 N y el coeficiente de

fricción entre ellos es 0,70. ¿Cuál es el peso del objeto?


fricción es 0,80. ¿Cuál es la masa del objeto?

46. La fuerza de fricción entre un objeto y la superficie sobre la que se desliza es 36 N. El peso del objeto es

85 N. ¿Cuál es la fuerza de fricción?

Trabajo en casa


del objeto es 8,0 kg. ¿Cuál es la fuerza de fricción?


fricción es 0,30. ¿Cuál es el peso del objeto?

49. La fuerza de fricción entre un objeto y la superficie sobre la que se desliza es 360 N. La masa del objeto

es 95 kg. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética?


fricción es 0,20. ¿Cuál es la masa del objeto?


fricción es 0,60. ¿Cuál es el peso del objeto?


del objeto es 16 kg. ¿Cuál es la fuerza de fricción?

53. La fuerza de fricción entre un objeto y la superficie sobre la que se desliza es 3,5 N. La masa del objeto

es 4kg. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética?

54. La fuerza de fricción entre un objeto y la superficie sobre la que se desliza es 100 N. y el coeficiente de

fricción entre ellos es 0,24. ¿Cuál es la masa del objeto?

Fricción estática

Trabajo en clase


Un objeto en reposo de 15 kg está ubicado sobre una mesa cerca de la superficie de la tierra.

El coeficiente de fricción estática entre las superficies es 0,40 y el coeficiente de fricción cinética es 0,25.

55. Una fuerza horizontal de 20 N es aplicada sobre el objeto

a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre con las fuerzas a escala

b. Determina la fuerza de fricción.

c. Determina la aceleración del objeto

56. Una fuerza horizontal de 40 N es aplicada sobre el objeto.































Trabajo en casa



63. Una fuerza horizontal de 5 N es aplicada sobre el objeto
















Tensión y peso aparente:

Trabajo en clase

67. Un ascensor de 1500 kg se mueve hacia arriba y hacia abajo sobre un cable. Calcula la tensión en el

cable para los siguientes casos:

a. El elevador se mueve hacia arriba a velocidad constante

b. El elevador se mueve hacia abajo a velocidad constante

c. El elevador tiene una aceleración constante hacia arriba a 1.2 m/s2

d. El elevador tiene una aceleración constante hacia arriba 1.2 m/s2

68. Una grúa acelera una carga de 175 kg hacia arriba. La tensión en el cable es de 2000 N. Encuentra la

magnitud y la dirección de la aceleración del ascensor.

69. Una mujer de A 65 kg está dentro de un elevador. Calcula su peso aparente para los siguientes casos:

a. El elevador se mueve hacia arriba con rapidez constante

b. El elevador se mueve hacia abajo con rapidez constante

c. El elevador acelera hacia arriba con una tasa constante de 2.4 m/s2

d. El elevador acelera hacia abajo con una tasa constante de 2.4 m/s2

70. Un hombre de 800 N está parado sobre una balanza en un ascensor detenido. Cuando el ascensor

comienza a moverse, la balanza muestra 650 N. Encuentra la magnitud y la dirección de la aceleración

del elevador.


Trabajo en casa

71. Un objeto de 56 kg está sujeto a una soga que puede ser usada para moverlo en forma vertical.

a. ¿Cuál es la fuerza de tensión en la soga cuando el objeto se mueve hacia arriba a velocidad

constante?

b. ¿Cuál es la fuerza de tensión en la soga cuando el objeto se mueve hacia abajo a una

aceleración constate de 1,8 m/s2?

c. ¿Cuál es la fuerza de tensión en la soga cuando el objeto se mueve hacia arriba a una

aceleración constante de 1.8 m/s2?

72. Una carga de 140 kg está sujeta a una grúa, la que se mueve en forma vertical. Calcula la tensión en el

cable para los siguientes casos:

a. La carga se mueve hacia abajo a velocidad constante.

b. La carga acelera hacia abajo a una tasa de 0,4 m/s2?

c. La carga acelera hacia arriba a una tasa de 0,4 m/s2?

73. Un trabajador de 88 kg está parado sobre una balanza de baño dentro de un ascensor detenido. Cuando

el ascensor comienza a moverse la balanza muestra 900 N. Encuentra la magnitud y la dirección de la

aceleración del ascensor.

74. Un cable que sostiene un ascensor tiene una fuerza de tensión de 12500 N. ¿Cuál es la magnitud y la

dirección de la aceleración del ascensor si su masa total es de 1175 kg?

Problemas generales

Trabajo en clase

75. Un tren con una masa de 25000 kg incrementa su rapidez desde 10 m/s a 25 m/s en 20 segundos.

Asume que la aceleración es constante y que puedes despreciar la fricción.

a. Encuentra la aceleración del tren

b. Encuentra la distancia viajada durante esos 20 s?

c. Dibuja un diagrama de cuerpo libre para el tren;

d. Encuentra la fuerza neta promedio realizada por la locomotora.

Trabajo en casa

76. Una motocicleta de 150 kg sale del reposo y acelera a una velocidad constante a lo largo de una

distancia de 350m. La fuerza aplicada es de 250 N y el coeficiente de fricción cinética es 0,03.

a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre para la motocicleta mostrando todas las fuerzas aplicadas a

escala. Al lado del diagrama muestra la dirección de la aceleración.

b. Encuentra la fuerza neta aplicada sobre la motocicleta;

c. Encuentra la aceleración para la motocicleta;

d. ¿Cuál es la rapidez al final de los 350 m?

e. Encuentra el tiempo transcurrido para esa aceleración?


Trabajo en clase

77. Dos bloques con masa m1 = 400 g y m2 = 600 g, se conectan mediante una soga y sobre una mesa sin

fricción. Una fuerza, F = 3,5 N es aplicada al bloque m2.

a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre para cada bloque mostrando todas las fuerzas aplicadas a

escala. Al lado de cada diagrama muestra la dirección de la aceleración para ese objeto.

b. Encuentra la aceleración para cada objeto.

c. Encuentra la fuerza de tensión sobre la soga que está entre los dos objetos.

Trabajo en casa

78. Dos cajas están ubicadas sobre una superficie horizontal sin fricción, como se muestra arriba. La caja A

tiene una masa de 10 kg y la caja B tiene una masa de 16 kg. Una fuerza de 54 N está empujando a la

caja A.

a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre para cada caja mostrando todas las fuerzas aplicadas a


b. Encuentra la aceleración del sistema de cajas

c. Encuentra la fuerza de contacto que cada caja ejerce sobre la otra.

Trabajo en clase


79. Una carga de A 12 kg cuelga del extremo de una cuerda que pasa sobre una pequeña polea sin fricción.

Un contrapeso de 15 kg se suspende en el otro extremo de la cuerda. El sistema se suelta desde el

reposo.

a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre para cada objeto mostrando todas las fuerzas aplicadas a


b. Encuentra la aceleración de cada masa;

c. ¿Cuál es la fuerza de tensión en la soga?

d. ¿Qué distancia se mueve la carga de 12 kg en los primeros 3 s?

e. ¿Cuál es la velocidad de los 15 kg de masa a los 5 s?

Trabajo en casa

80. Los bloques A y B tienen una masa respectivamente de 4,5 t 3, 7 kg respectivamente. Los bloques están

inicialmente en reposo y están unidos por una cuerda sin peso que pasa a través de una polea sin masa

ni fricción. El sistema se suelta desde el reposo.

a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre para cada objeto mostrando todas las fuerzas aplicadas a

escala. Al lado de cada diagrama muestra la dirección esperada de la aceleración.

b. ¿Cuál es la aceleración de los bloques;

c. ¿Cuál es la fuerza de tensión en la soga?

d. ¿Qué altura tendrá el bloque de 3,7 kg en los primeros 2,5 s?

e. Encuentra la velocidad del bloque de 4,5 kg a los 5 s

Trabajo en clase

81. Un bloque de 500 g está apoyado sobre una mesa horizontal. El coeficiente de fricción cinética entre el

bloque y la superficie es 0,25. El bloque está conectado por una soga sin masa a un segundo bloque de

masa 300 g. La soga pasa por una polea ligera sin fricción como se muestra arriba. El sistema se libera

desde el reposo.

a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre claramente rotulado para cada masa de 500 g y 300. Incluye


todas las fuerzas y dibújalas en escala relativa. Dibuja la dirección esperada de la aceleración al

lado de cada diagrama de cuerpo libre.

b. Usa la Segunda Ley de Newton para escribir una ecuación para la masa de 500 g.

c. Usa la Segunda Ley de Newton para escribir una ecuación para la masa de 300 g.

d. Encuentra la aceleración del sistema resolviendo el sistema de dos ecuaciones.

e. ¿Cuál es la fuerza de tensión en la soga?

82. Un bloque de 800 g se encuentra en reposo sobre una mesa horizontal. La fricción entre la mesa y el

bloque es insignificante. El bloque está conectado por una cuerda sin masa a un segundo bloque con

masa de 400 g. La cuerda pasa a través de una polea sin fricción como se muestra arriba. El sistema se

libera desde el reposo.

a. Dibuja un diagrama de cuerpo libre claramente rotulado para cada masa de 800 g y 400g.

Incluye todas las fuerzas y dibújalas en escala relativa. Dibuja la dirección esperada de la

aceleración al lado de cada diagrama de cuerpo libre.

b. Usa la Segunda Ley de Newton para escribir una ecuación para la masa de 800 g.

c. Usa la Segunda Ley de Newton para escribir una ecuación para la masa de 400 g.

d. Encuentra la aceleración del sistema resolviendo el sistema de dos ecuaciones.

e. ¿Cuál es la fuerza de tensión en la soga?

Trabajo en casa

83. Un cajón con una masa de 45 kg está suspendido de una cuerda sin masa que corre verticalmente

hacia arriba sobre una ligera polea. El otro extremo de la cuerda está conectado a un cajón de 35 kg,

que reposa sobre una mesa. Los coeficientes de fricción cinética y la fricción estática entre el cajón y la

800 g

400 g


superficie es de 0,3 y 0,5 respectivamente. Una fuerza aplicada F empuja el cajón de 35 kg hacia la

derecha

a. En el primer caso, la fuerza aplicada es sólo suficiente para evitar que los cajones se deslicen.

Dibuja diagramas de cuerpo libre claramente rotulados para cada cajón incluyendo las fuerzas

dibujadas a escala.

b. ¿Cuánta fuerza se necesitaría aplicar en el primer caso?

c. En el segundo caso, el cajón de 35 kg se desliza a la derecha con una velocidad constante.

Dibuja diagramas de cuerpo libre claramente rotulados incluyendo las fuerzas dibujadas a

escala.

d. ¿Cuánta fuerza se necesitaría aplicar en el segundo caso?

e. En el tercer caso, el cajón de 35 kg se mueve a la derecha con una aceleración constante de 0,5

m/s2. Dibuja un diagrama de cuerpo libre claramente rotulados para cada cajón incluyendo todas

las fuerzas dibujadas a escala. En este ejemplo, dibuja la dirección de la aceleración al lado de

cada diagrama.

f. ¿Cuánta fuerza se necesitaría aplicar en el tercer caso?

Trabajo en clase

84. Un auto de 2000 kg viaja en línea recta en un camino horizontal. La relación entre la velocidad del auto y

el tiempo están dados en el gráfico arriba .

a. ¿Cuál es la aceleración del auto durante los primeros 20 s?

b. ¿Cuál es la fuerza neta aplicada por el motor durante los primeros 20 s?

c. ¿Cuál es la aceleración del auto entre los 20 y los 40 s?

d. ¿Cuál es la fuerza neta aplicada por le motor durante este tiempo?

e. ¿Cuál es la aceleración del auto entre los 40 y los 50 s?

f. ¿Cuál es la fuerza neta aplicada por el motor durante este tiempo?


Trabajo en casa

85. Una moto de 180 kg viaja en línea recta en un camino horizontal. La relación entre la velocidad de la

moto y el tiempo está dada en el gráfico arriba.

a. ¿Cuál es la aceleración durante los primeros 5 s?

b. ¿Cuál es la fuerza neta durante los primeros 5 s?

c. ¿Cuál es la aceleración entre los 5 s y los 10s?

d. ¿Cuál es la fuerza neta entre los 5 s y los 10 s?

e. ¿Cuál es la aceleración entre los 10 y los 15 s?

f. ¿Cuál es la fuerza neta entre los 10 y los 15 s?

g. ¿Cuál es la aceleración entre los 15 y los 25s?

h. ¿Cuál es la fuerza neta entre los 15 y los 25 s?


Respuestas

1) 0,92 N

2) 4,07 m/s2

3) -12,25 N

4) 35651 N

5) 0,84 N

6) 3,96 m/s2

7) 107,8 kg

8) -17000 N

9) 2361 N

10) 75 N

11) 1818 kg

12) 5,875 m/s2

13) 162 N

14) 3,46 s

15) 558,6 N

16) 13,6 kg

17) 75 kg

18) -80 N

19) 13,9 m/s

34,75 m

20) 59,2 kg

21) 19600 N

22) 833 N

136 N

No

23) 1479,6 kg

24) 44,1 N

25) 3,47 kg

3,47 kg

13,2 N

26) 27,6 kg

27) 588 N

28) 43,8 N

7,16 N

No

29) 0,0196 N

30) 33,7 kg

31) 8192,8 N

3176,8 N

32-37) ultima

pagina

38) 5 N

39) 0,6

40) 12,5 N

41) 0,077

42) 32 N

43) 70,56 N

44) 17,1 N

45) 31,9 kg

46) 0,42

47) 7,84 N

48) 153,3 N

49) 0,39

50) 64,3 kg

51) 20 N

52) 23,52 N

53) 0,09

54) 42,5 kg

55) a) balanceada

b) 20 N

c) 0 m/s2

56) a) balanceada

b) 40 N

c) 0 m/s2

57) a) balanceada

b) 60 N

c) 0m/s2

58) a)

b) 37.5

c) 4.167

m/s2

59) a) FN

FFr

Fapp

mg

b) 300 N

c) 0 m/s2

60) a) FN

FFr

Fap

mg

b) 500 N

c) 0 m/s2

61) a) FN

Ffr

Fap

mg

b) 750 N

c) 0 m/s2

62) a) FN

Ffr

mg

Fap

b) 375 N

c) 4,5 m/s2

63) a) balanceada

b) 5 N

c) 0 m/s2

64) a) balanceada

b) 10 N

c) 0 m/s2

65) a) balanceada

b) 16 N

c) 0 m/s2

66) a) balanceada

b) 20 N

c) 0 m/s2

67) a) 14700N

b) 14700N

c) 16500 N

d) 12900 N

68) 1,63 m/s2

69) a) 637 N

b) 637 N

c) 793 N

d) 481 N

70) -1.84 m/s2

71) a) 548,8 N

b) 228

c) 649,6 N

72) a) 1372 N

b) 1316 N

c) 1428 N

73) +0,43 m/s2

74) +0,84 m/s2

75) a) 0,75 m/s2

b) 350 m

c) fuerza neta en

dirección de Fapp

d) 18750 N

76) a) fuerza neta dirección Fapp

b) 205,9 N

c) 1,37 m/s2

d) 31 m/s

e) 22,6 s

77) a) m1 FN a=

FT

m1g

m2 FN a=

FT FA

m2g

b) a = 3,5 m/s2

c) T = 1,4 N

78) a) A FN

FB-A FA

mAg

mBg

FA-B

mBg

b) a = 2,08 m/s2

c) T = 33,3 N

79) a) FT FT

m1g

m2g

b) a = 1,1 m/s2

c) T = 130,5 N

d) x = 4,95 N

e) v = 5,5 m/s

80) a ) FT FT

m1g

m2g

b) a = 0,96 m/s2

c) T = 39,8 N

d) x = 3 m

e) v = 4,8 m/s

81) b) FT-FFR=m1a

c)FT-m2g=-m2a

d) a = 2,14 m/s2

e) T = 2,3 N

82) b) FT =m1a

c)FT-m2g=-m2a

d) a = 3,33 m/s2

e) T = 2,664 N

83) b) F = 269,5 N

d) F = 543,9 N

f) F = 583,9 N

84) a) 1 m/s2

b) 2000 N

c) 0 m/s2

d) 0 N

e) -2 m/s2

f) -4000 N

85) a) 2 m/s2

b) 360 N

c) 0 m/s2

d) 0 N

e) -1 m/s2

f) -180 N

g) -0,5 m/s2

h)-90 N


32)

33)

34) a) trineo b) niño c) soga

FN

mg

FN

mg

Ff

Fappl

FN

mg

Ffr F

T

FN

mg

FT F

fr

trineo niño


35)

36)

37)

FT

mg

FN

mg

Ffr F

aplicada

FN

mg

Ffr

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