Problema 1. Una persona comienza a empujar horizontalmente un carrito de supermercado en reposo, que tiene una masa de 30 kg con una fuerza de 20 N a lo largo de 6.75 m.
Calcula:
a) ¿Qué velocidad final debería alcanzar el carrito de supermercado si no hubiera fricción?
b) Dado que la fricción sí existe, el carrito alcanzó una velocidad de 1.9 m/s. ¿Cuál fue la fuerza resultante real que actuó sobre el carrito? Redondea el valor al entero más cercano.
c) ¿Cuál es el coeficiente de fricción dinámica en este movimiento? Usa el valor aproximado de 10 m/s2 como la aceleración de la gravedad g.
d) ¿En cuánto tiempo recorrió el carrito los 6.75 m? Para obtener este valor, utiliza la fuerza resultante real que actúa sobre el carrito, así como la segunda ley de Newton.
e) ¿Cuál es la potencia aplicada? Usa el valor de tiempo y el trabajo total realizado sin quitarle las pérdidas de energía por fricción.
Problema 2. Se tiene un tinaco de 1100 litros a una altura de 10 m sobre la cisterna. Si se tiene una bomba de 745 watts. Usa el valor aproximado de la densidad del agua de 1 kg por cada litro.
Calcula:
a) ¿Cuánto tiempo tardará en llenarse el tinaco si no se consideran las pérdidas de energía por fricción?
b) ¿A qué velocidad debería salir el agua si se tiene una tubería cuya salida está a 2 m por debajo del tinaco y no se toman en cuenta las pérdidas de energía por fricción? Considera que la energía se conserva, así que parte de igualar las fórmulas de energía potencial y cinética, y usa g = 10 m/s2.
c) ¿Cuál fue la energía que se perdió por fricción si la velocidad de salida real es de 15 m/s y salen 5 litros de agua?
Respuestas
Respuesta:
Luego de que la persona comience a empujar el carrito de supermercado de ma 30 kgs con una fuerza de 20 N a los largo de 6,75 m y partiendo del reposo:
a) La velocidad final que debería alcanzar el carrito de supermercado si no hubiera fricción es Vf = 3,01 m/s
b) Tomando en cuenta la fricción, el carrito alcanzó una velocidad de 1.9 m/s. En estas condiciones la fuerza resultante real que actuó sobre el carrito es ∑F = 8 N.
c) El valor del coeficiente de fricción dinámica en este movimiento sería igual a μ = 0,04
d) Tomando en cuenta la fricción el tiempo que el carrito tomó para recorrer los 6.75 m fue t = 7,04 s.
e) La potencia aplicada P,sin quitarle las pérdidas de energía por fricción sería igual a P = 30,27 watts.
Explicación:
De las ecuaciones de movimiento uniformemente acelerado (aceleración constante) podemos extraer que
∑F = ma => a = ∑F/m
Vf² - Vo² = 2ax; Vo = 0 => Vf = √(2x∑F/m)
Vf = √((2)(6,75)(20)/30) => Vf = 3,01 m/s sin tomar en cuenta la fricción
Si tomamos en cuenta la fricción
∑F = ma
Vf² = 2ax => a = Vf²/2x = 1,9²/2(6,75) => a = 0,27 m/s²
∑F = ma = (30)(0,27) => ∑F = 8 N
Para calcular el coeficiente de fricción dinámica
Fr =μN = μmg
∑F = F - Fr => Fr = F - ∑F = 20 - 8 => Fr = 12 N
Fr = μmg => 12 = (μ)(30)(10) => μ = 0,04
Para calcular la potencia
P = W/t = ΔK/t = (K₂ - K₁)/t; K₁ = 0
K₂ = (1/2)mV₂ = (1/2)(30)(3,01)₂ => K₂ = 135,90 J
a = (Vf - Vo)/t; Vo = 0 => t = Vf/a = 3,01/0,67 => t = 4,49 s
P = 135,90/4,49 => P = 30,27 watts
Explicación:
paso a paso:
Problema 2. Se tiene un tinaco de 1100 litros a una altura de 10 m sobre la cisterna. Si se tiene una bomba de 745 watts. Usa el valor aproximado de la densidad del agua de 1 kg por cada litro.
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Calcula:
a) ¿Cuánto tiempo tardará en llenarse el tinaco si no se consideran las pérdidas de energía por fricción?
Datos: Fórmula:
Vol= 1100 lt = 1.1 m3 : ;
h= 10 m
Pot= 745w <
=
g = 10 m/s2
Vamos a sacar valor de Q
>
?
@
A Es el tiempo que tardo en llenarse el tinaco.
b) ¿A qué velocidad debería salir el agua si se tiene una tubería cuya salida está a 2 m por debajo del tinaco y no se toman en cuenta las pérdidas de energía por fricción? Considera que la energía se conserva, así que parte de igualar las fórmulas de energía potencial y cinética, y usa g = 10 m/s2.
Datos: Fórmulas:
m = es la misma B
g = 10 m/s2 C
h1 = 10 m D
EFGHh2 = 8 m I
J
Sustituimos: K
L
M
N
Por lo tanto la velocidad con la que sale el chorro de agua es de 6.32 m/s
c) ¿Cuál fue la energía que se perdió por fricción si la velocidad de salida real es de 5m/s y salen 5 litros de agua?
Datos: Formulas:
m = 5Kg O
V = 5m/s
P
Ahora se calcula la Energía cinética con fricción.
Q
R
Calculamos la energía perdida.
Eperdida = Energía cinética – Energía cinética con fricción
Eperdida = 99.85J – 62.5J
Eperdida = 37.35J
Por lo tanto la energía que se perdió fue de 37.35
espero les sirva saludos