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FÍSICA GENERAL CÓDIGO: 100413 FASE 3- TRABAJO COLABORATIVO-UNIDAD 2 UNIDAD No 2 DINAMICA Y ENERGIA

Presentado a: Manuel Julian Escoba Tutor

Entregado por: Jorge Armando Valero Contreras Código: 91.520.839

Grupo: 100413A_361

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA FECHA CIUDAD

INTRODUCCIÓN

La realización del presente trabajo plantea infundir por medio de la actividad al estudiante lo relacionado con la unidad 2 del curso física general, en él se evaluara temas importantes como son fuerzas de fricción, leyes de movimiento, fuerza variable, fuerza constante, energía, potencia, por medio de la realización de algunos ejercicios se desea aumentar el nivel de compresión sobre la organización de los contenidos temáticos. De igual forma compartir e interactuar con los demás compañeros del presente curso generando un mejor ambiente en el aula virtual durante la realización de las diferentes actividades

TRABAJO COLABORATIVO DE LA UNIDAD 2: DINÁMICA Y ENERGÍA. Ejercicio No 1. Estudiante que realiza el Estudiante que Jorge Valero ejercicio: revisa el ejercicio: F forma un En el sistema que se muestra en la figura 1, una fuerza oblicua ⃗ ángulo θ y actúa sobre el objeto de m1 kg. La superficie horizontal no tiene rozamiento. Se asume que la polea no tiene masa ni fricción. Teniendo en cuenta el sistema de masas unidas por una cuerda inextensible, donde la masa colgante es de m2 kg: ax A. Aplique el método newtoniano para determinar la aceleración del bloque de m1 kg, en función de F . ax B. Trace una gráfica cuantitativa de en función de F (incluyendo valores negativos de F ). C. Responda las siguientes preguntas: ¿Para qué valores de F acelera hacia arriba el objeto de m2 kg? Figura 1. Sistema de masas unidad; D. ¿Para qué valores de F permanece el sistema en reposo o se mueve Ejercicio No 1. con rapidez constante? T E. Trace una gráfica cuantitativa de en función de F (incluyendo F ).¿Para qué valores de F valores negativos de queda distensionada la cuerda? ¿Es válida la gráfica trazada en la en el numeral anterior para esos valores? ¿Por qué? Datos del ejercicio

Desarrollo del ejercicio

Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado:

DATOS θ°(Grados 15,5 ) m1°(kg) 7,20 m2 (kg) 2,60 RESPUESTAS a=0,09832963 F−2,60265306 A. B. C. D. E.

27.66 N

-72.55 N

masa1 ∑ Fx=T −F x=−m1 a ( 1 ) ∑ Fy : N −Fx=−m 1 g=0 ( 2 ) masa 2 ∑ Fx=0 ∑ Fy=T −m 2 g=m2 a ( 3 )

De (1) y (3) T T =Fx−m1 a ( 4 )

T =m2 a+ m2 g ( 5 )

igualo ( 4 )=( 5 ) Fx=m1 a=m2 a+m 2 g como Fx=F cos θ F cos θ−m1 a=m2 a+ m2 g F cos θ−m2 g=m2 a+m 1 ax F cos θ−m2 g=a ( m2+m 1 ) a=

F cos θ−m2 g reemplazo m2+m 1

a=

F cos 15.5−2.60∗9.81 2.60+7.20

a=0,09832963 F−2,60265306

si a=0 0=0,098 F−2,60 2,60=0,094 F

2.60 =F 0.098 26.53 N =F

La aceleración es a=0 cuando F es 27.66 N valor de a=0,098 F−2.60 reemplazo en T =Fx−m1 a T =Fx−m1 ( 0,098 F−2.60 ) T =F cos θ−7.20 kg ( 0,098 F−2.60 ) T =F cos 15.5−0,7056 F+18,72 T =F ( 0,9636 )−0,7056 F+18,72 T =0.258 F+18.72

Para valores 0=0.258 F +18.72 −18.72 F= =−72.55 N 0.258 En los valores menores a −72.55 N

Ejercicio No 2.

Estudiante realiza ejercicio:

que Jorge valero el

Estudiante que revisa el ejercicio:

Sobre una superficie horizontal rugosa se ubica una masa de m 2 kg que está DATOS a3,90 otras dos masas de m1 kg y m3 kg, como lo muestra la figura 2. Si la munida 1 mesa tiene un coeficiente de fricción de deslizamiento de μ y se considera que (kg) de la cuerda es despreciable y las poleas no tienen fricción, entonces: 1,50 mla2 masa (kg) Determine la aceleración de cada bloque y sus direcciones. m3 A. 5,20 (kg) B. Determine las tensiones en las dos cuerdas. Figura 2. Sistema de masas unidad; 0,180 μ Ejercicio No 2. Datos del ejercicio Explicación y/o RESPUESTAS 2 justificación y/o regla A. 0.95 m/s utilizada en el proceso T 1 =41.96 N B. realizado: T 2 =59.315 N

Desarrollo del ejercicio

Ejercicio No 3. Estudiante que Estudiante que Jorge valero realiza el revisa el ejercicio: ejercicio: Considere un cuarto de bodega en forma de trapecio de isósceles, cuyas bases son de b1 m (Segmento AB) y b2 m (Segmento DC). Los vértices se rotulan como se muestra en la figura 3. Un trabajador empuja por el piso una caja de mercancía pequeña pero pesada de m1 kg de masa. El coeficiente de rozamiento cinético entre la caja y el suelo vale µ Determine el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento que actúa sobre la caja para cada una de las siguientes trayectorias (cada flecha indica el segmento rectilíneo que conecta los puntos marcados en sus extremos), teniendo en cuenta que la altura del trapecio es de h1 m: A. AC B. ADC. C. ABCD D. Explique por qué los anteriores resultados demuestran que la fuerza de rozamiento no es conservativa. Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio PUNTO A

DATOS b1 (m) 8,30 b2 (m) 7,00 m1 (kg) 3,70 μ 0,294 h1 (m) 3.00 RESPUESTAS

´ a → c= AC ´ encontramos distancia AC 8.30−7.00 ´ AE= =0.65m 2

´ =√ ( 0.65 m) ²+ ( 3.00 m ) ²=3.07 m AD

Figura 3. Trapecio de Ejercicio No 3.

Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado:

A. B. C. D

32.7569 julios 107.4469 julios 196.00 julios

como fr=uN =um . g FR=0.294∗3.70 kg∗9.81m/s ²=10.67 N Trabajo es igual a ´ W =Fxd W FR=FR AD Wfr=10.67 N 3.07 m=32.7569 julios PUNTO B ´ + DC=3.07 ´ A → D →C= AD m+7.00 m=10.07 m Wfr=10.67 N∗10.07 m=107.4469 julios

PUNTO C A → B →C → D ´ BC ´ + CD=8.30 ´ AB+ m+3.07 m+7.00 m=18.37 m

´ = AD ´ por ser trapecio isósceles BC Wfr=10.67 N x∗18.37 m=196.00 julios PUNTO D

La fuerza de rozamiento es la misma ya que el bloque es el mismo que se arrastra por la sala, lo que cambia el trabajo de la fuerza de rozamiento cambia porque la distancia que no es la misma para todos los casos Observaciones :

Ejercicio No 4. Estudiante que Jorge valero Estudiante que realiza el ejercicio: revisa el ejercicio: En la construcción de un edificio se tiene un martillo de acero con masa de m1 kg que se levanta x 1 m sobre el tope de una viga en forma de I vertical, que se está clavando en el suelo. El martillo se suelta, metiendo la viga -I- otros x 2 cm en el suelo. Los rieles verticales que guían el martillo ejercen una fuerza de fricción constante de f r N sobre éste. Use el teorema trabajo-energía para determinar A. La rapidez del martillo justo antes de golpear la viga-I y B. La fuerza media que el martillo ejerce sobre la viga-I. Ignore los efectos del aire. Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado: DATOS 193 m1 (kg) 3,50 x1 (m) 7,60 x2 (cm) fr (N) 57,9 RESPUESTAS 2 A. V =7.69 m/s F=9400.07 N B.

El martillo tiene energía potencial cuando está arriba: Ep=m∗g∗x 1 2 Ep=193 Kg∗9.81m/ s ∗3.50 m Ep=6626.65 J

Esta energía potencial se transforma en energía cinética cuando se deja caer sobre la viga. Pero no en su totalidad, pues al haber rozamiento, parte de esa energía se pierde en forma de calor. Esta energía perdida es el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento, que siempre actúa en sentido contrario al movimiento, por eso hay que asignarle signo -: Wr=Fr∗x 1 Wr=57.9 N∗3.50 m Wr=−202.65 J

De modo que la energía con la que llega el martillo a la viga es: E=Ep−Wr E=6626.65 J −(202.65 J ) E=6424 J Como esta energía es energía cinética, Ec=

m v2 2

Ec∗2 (¿)/ m V = √2 ¿ Ep∗2 (¿)/m V = √2 ¿ 2 (6424∗2) V= 193 Kg 2 V =8.15 m/ s

√

La fuerza media la calculamos teniendo en cuenta que toda esta

energía se transforma en el trabajo mecánico para que la viga perfore el suelo los 7.10 m W =Ec=F∗x 2 Ec F= x2 F=6626.65 J /0.076 m F=87192.76 N Fuerza con laque golpea elmartillo la viga

Observaciones:

Ejercicio No 5. Estudiante que Estudiante que Jorge Valero realiza el ejercicio: revisa el ejercicio: Un móvil de m1 kg asciende una colina de Aº a una velocidad constante de v 1 km/h, después de ello, el automóvil ingresa a una superficie horizontal y alcanza a desarrollar una velocidad de v 2 m/s en 5,90 s; si la fricción entre las llantas del móvil y el pavimento es de f r N durante todo el recorrido, determine la potencia desarrollada por el motor del automóvil: A. En la colina B. En la superficie horizontal Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado: DATOS m1 (kg) 896 Aº 12,6 (grados) v1 (km/s) 35,0 v2 (m/s) 74,1 Fr (N) 54,8 RESPUESTAS P=69028.05 W A. B. P= 416825.49 w PUNTO A F=54.8 N + 896∗9,81sin 12,6

F=54,8 N + 1917,42673749 F=1972,23 N

Se calcula la potencia

P=1972,23 N∗35.0

K s2

P=69028.05 W

PUNTO B W =εcf −εci m ( V 2²−V 1² ) W= 2

896 kg ( ( 74 .1 m/s ² )2−( 35.0 m/s ² ) ² ) W= 2 W =2459270.38 julios

P=

w t

P=

2459270.38 julios 5.90 seg

P=416825.49 watt Observaciones: