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• Jose Francisco Coñoenao Seifer

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Colegio Craighouse Departamento de Ciencias Subsector Física

Guía Leyes de Newton

1. Sobre un automóvil en movimiento la fuerza neta es nula, al respecto se afirma que: 1 I. La variación de velocidad por unidad de tiempo es constante e igual acero 2 II. La velocidad del automóvil es constante 3 III. Su desplazamiento por unidad de tiempo es constante.

Fórmulas útiles

Es (son) correcta (s) A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo II y III E) Todas

Froce = μ·N

F  ma

Peso = m·g g= -10 m/s2

V2 = u2 + 2·a·s

2. Cuatro fuerzas están actuando sobre un cuerpo como se indica en la figura, el cuerpo se desplaza hacia: A) La derecha B) La Izquierda C) Abajo D) Arriba E) No se desplaza. 3. Una caja de 3 Kg. se ubica sobre un plano inclinado sin roce, como indica la figura. Por efecto de la gravedad, la caja es tirada hacia abajo en el plano con una fuerza de 21,21 N. ¿Con que aceleración desciende la caja? A) 10 m/s2 B) 7,1 m/s2 C) 70 m/s2 D) 3 m/s2 E) 45 m/s2 4. La misma caja se ubica ahora en un plano inclinado (con inclinación de 45°) que tiene roce. Si la caja desciende con velocidad constante de 100 m/s, ¿Cuál es el valor de la fuerza de roce? A) B) C) D) E)

10 N 7,1 N 21,21 N 30 N 45 N

6. Se sabe que sobre un objeto actúan sólo dos fuerzas: su peso de 40 N y una fuerza hacia arriba de 40 N. De acuerdo con esto ¿Cuál de las siguientes situaciones es imposible? A) B) C) D)

El El El El

cuerpo cuerpo cuerpo cuerpo

esta en reposo se mueve hacia arriba con velocidad constante se mueve de forma acelerada se mueve con velocidad constante

E) Todas son posibles

6. Una pequeña esfera cargada eléctricamente está suspendida de una cuerda.. Una varilla cargada con carga opuesta se pone cerca de la esfera, de modo que queda en equilibrio cuando se ha desplazado hasta un ángulo de 45º. ¿Cuál de las siguientes opciones representa mejor el diagrama de cuerpo libro de la esfera? A .

B.

+

C.

D .

7. Un profesor de Craighouse va por la autopista Costanera Norte a 80 Km/h de forma constante durante un largo tramo recto. ¿Por qué debe mantener el pie en el acelerador? a) Porque se requiere mantener una fuerza sobre un cuerpo para que se mueva con velocidad constante b) Sólo para contrarrestar el roce con el aire c) Porque de otra manera el auto se detendría muy rápidamente d) Para que la fuerza neta sobre el auto sea mayor que cero e) Para que la fuerza neta sobre el auto sea muy cercana a cero. 8. Una pelota de 3 Kg. se deja caer desde un tercer piso. Desde un segundo piso se deja caer otra pelota, pero de 1 Kg. de masa. Suponiendo que el roce del aire es despreciable, es correcto afirmar que: I. La fuerza neta (total) que actúa sobre la primera pelota es de 30 N II. La fuerza neta sobre cada pelota es la misma III. La fuerza neta sobre la segunda pelota son 10 N a) b) c) d) e)

Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y III I, II y III

9. Una caja de 10 (Kg) es empujada sobre una mesa por una fuerza de 60 (N) hacia la derecha, desplazándose con una aceleración de 2 (m/s2). En esta situación la fuerza de roce sobre la caja es: A) 50 (N) B) 40 (N) C) 30 (N) D) 20 (N) E) 10 (N)

–

10. Un automóvil de masa m choca con un camión de masa 2m que se encontraba en reposo. Llamamos F1 a la magnitud de la fuerza que el automóvil ejerce sobre el camión y F2 a la magnitud de la fuerza que el camión ejerce sobre el automóvil durante el choque. Entonces es correcto afirmar que durante el choque A) B) C) D) E)

F1 = 2F2 F F1 = 2 2 F1 = F2 F2 = 0 F1 = 0

11. Una fuerza de 20 N provoca en una masa m1 una aceleración de 4 m/s2, y sobre una masa m2 una aceleración de 12 m/s2 ¿Qué aceleración provocará sobre ambas masas unidas? (considere la aceleración en m/s2) A) B) C) D) E)

10 8 0,6 4 3

12. El principio de inercia (primer principio) se refiere a: I Cuerpos en reposo II Cuerpos en movimiento III Cuerpos que se desplazan a velocidades cercanas a la de la luz. De las afirmaciones anteriores es (son) correcta(s): a) Sólo I b) Sólo II c) Sólo III d) I y II e) I, II y III 13. Tres cuerpos A, B y C se mueven con las siguientes velocidades constantes: 1m/s, 3 m/s y 100 m/s. ¿En cuál de ellos la suma de las fuerzas es mayor? a) b) c) d) e)

A B C En ninguno, en todos la fuerza es la misma En ninguno, en todos la suma de las fuerzas es la misma y es cero.

14. “Todo objeto permanece en estado de reposo o de movimiento con velocidad constante, a menos que una fuerza externa lo haga cambiar de estado” El párrafo anterior se refiere a: a) b) c) d) e)

Principio de Inercia ( Primer principio ) Principio de masa ( Segundo principio ) Principio de Acción y Reacción ( Tercer principio ) Movimiento uniformemente acelerado (MUA) Ninguna de las anteriores

15. En general, si se aplica una fuerza sobre un objeto puede:

I Cambiar la velocidad del objeto. II Cambiar la dirección en la que se está moviendo el objeto. III Cambiar la forma del objeto. De las afirmaciones anteriores es(son) correcta(s): a) Sólo I

b) Sólo II

c) Sólo III d) I y III

e) I, II y III

16. Si desde una nave espacial se dispara un proyectil hacia el espacio. ¿Cuánta fuerza es necesario ejercer sobre el proyectil para que conserve su movimiento? a) b) c) d) e) 17.

Igual al impulso inicial. El doble del impulso inicial. La necesaria para vencer la fricción. Ninguna Igual a la fricción. F4 =6N F3= 8N

m

F1=? F2= 14N

En la figura anterior, ¿cuál debe ser el valor de F1 para que el cuerpo se mueva con velocidad constante? a) 14N

b) 6N

c) 0N

d) 8N

e) Otro valor

18. Una persona de 80 Kg intenta empujar con sus manos un carro de masa 100 Kg. La fuerza que debe ejercer para acelerar el carro a 2 m/s2 es: a) b) c) d) e)

2400 N 360 N 1000 N 200 N 340 N

Desarrollo 1. Un trineo es remolcado sobre una superficie horizontal con una fuerza F horizontal y de magnitud 250 [N]. Un niño de 40 [kg] va sentado sobre el trineo. La masa del trineo es de 50 [kg] y el coeficiente de roce entre el suelo y el trineo tiene magnitud de 0,2. Suponiendo que el niño no desliza sobre el trineo, calcule la aceleración del conjunto trineo – niño y la fuerza neta sobre el niño. 2. A un cuerpo de 4 [kg] que está en reposo sobre la superficie de la Tierra, se plica durante 8 [s] una fuerza de 60 [N] dirigida verticalmente hacia arriba. Calcule la altura máxima que alcanza el cuerpo. 3. Los antiguos ferrocarriles chilenos disponían de un coche comedor. Sobre la mesa de un coche comedor hay un salero de masa total 300 [g]. Entonces, suponiendo que usted es un observador en reposo, en la tierra, dibuje un diagrama de cuerpo libre, incluyendo todas las fuerzas que actúan sobre el salero, en cada una de las siguientes situaciones: (justifique en cada caso). a) El tren está en reposo. b) El tren está partiendo de la estación, en línea recta. c) El tren viaja en línea recta con rapidez constante. d) El tren toma una curva hacia la derecha con rapidez constante. (suponga que el peralte es despreciable). e) El tren toma una curva hacia la izquierda, simultáneamente disminuyendo su rapidez. (Peralte despreciable). f) Al llegar al destino el tren frena en línea recta. 4. Un automóvil de tres toneladas de masa (incluyendo las personas que viajan en él), viaja a 100 [km/h]. Determine la fuerza neta (magnitud y dirección) que actúa sobre el automóvil, en cada una de las siguientes situaciones: a) mientras viaja en línea recta, manteniendo constante la rapidez indicada. b) Si frena hasta detenerse en una distancia recta de 30 [m]. c) Si choca contra un poste, deteniéndose en una distancia de 1 [m]. En cada caso compare la magnitud de la fuerza, con el peso del automóvil. 5. ¿Cuál de los instrumentos representados en la figura, marcan el mismo valor, si se lo usa en la superficie de la Tierra y luego en la superficie de la Luna? ¿Cuánto marcaría cada instrumento dentro de un transbordador espacial en órbita a la Tierra?

Soluciones 1. E 2. C 3. B

4. C 5. C 6. C

7. E 8. D 9. B

10.C 11.E 12.D

13. E 14. A 15. E

16. D 17. C 18. D

Desarrollo 1. 2. Solución Sobre el cuerpo actúa su peso (hacia abajo) y la fuerza de 60 N hacia arriba. La fuerza neta que actúa sobre el cuerpo es: F = 60 – P = 60 – 4*10 = 60 – 40 = 20 N Si sobre el cuerpo actúa una fuerza neta de 20 N, su aceleración hacia arriba será F = m*a 20 = 4*a a = 5 m/s2 Si durante 8 segundos se le aplica una aceleración de 5 m/s2, después de 8 s. habrá recorrido una distancia de: d = a*t2 2 d = 5*82 = 5*32 = 160 m. 2 Y llevará una velocidad de: v = a*t = 5*8 = 40 m/s Después de los 8 s. el objeto es frenado por la Tierra, así que a partir de ese momento la altura máxima que alcanza se puede calcular como: h = V02 / 2g h = 402 / 20 = 80 m. Así que la altura máxima que alcanza serán 160 + 80 = 240 m. 3. Solución a) El tren está en reposo. Las fuerzas que actúan son: El peso (hacia abajo) y la normal (hacia arriba). Esto se aplica a todos los casos. b) El tren está partiendo de la estación, en línea recta. Si el tren esta partiendo, esta saliendo del reposo, así que va acelerando. Si va acelerando y el salero está apoyado sobre la mesa, una fuerza hacia delante actúa sobre él. c) El tren viaja en línea recta con rapidez constante. Si va con rapidez constante no actúa ninguna fuerza en la dirección del movimiento, sólo actúa el peso y la normal.

d) El tren toma una curva hacia la derecha con rapidez constante. (suponga que el peralte es despreciable). Para doblar a la derecha, el tren aplica una fuerza hacia la derecha, asi que el salero siente esa fuerza. e) El tren toma una curva hacia la izquierda, simultáneamente disminuyendo su rapidez. (Peralte despreciable). Se aplica una fuerza hacia la izquierda (para hacerlo doblar) y una fuerza hacia atrás, para hacerlo frenar.

4. Solución

f) Al llegar al destino el tren frena en línea recta. Se aplica una fuerza hacia atrás para hacerlo frenar.

d) mientras viaja en línea recta, manteniendo constante la rapidez indicada. Si la velocidad es constante, la aceleración es cero, y la fuerza neta es cero. e) Si frena hasta detenerse en una distancia recta de 30 [m]. 100 Km / h = 27,8 m/s Si recorre una distancia de 30 m., la aceleración aplicada cumplirá que: V2 =V02 + 2*a*d En este caso V = 0 y V0 = 27,8 m/s 0 = (27,8)2 + 2*a*30 0 = 772,84+ 2*a*30 - 772,840 = 60*a a = -12,88 m/s2 La fuerza que actúa sobre el auto será: F = m*a F = 3000 * (-12,88) = -38640 N (Es negativa porque es una fuerza de frenado) f) Si choca contra un poste, deteniéndose en una distancia de 1 [m]. V2 =V02 + 2*a*d En este caso V = 0 y V0 = 27,8 m/s, y la distancia recorrida es 1 m. 0 = (27,8)2 + 2*a*1 0 = 772,84+ 2*a - 772,840 = 2*a a = -386,42 m/s2 La fuerza que actúa sobre el auto será: F = m*a F = 3000 * (-386,42) = - 1159260 N (Es negativa porque es una fuerza de frenado)

5. ¿Cuál de los instrumentos representados en la figura, marcan el mismo valor, si se lo usa en la superficie de la Tierra y luego en la superficie de la Luna? ¿Cuánto marcaría cada instrumento dentro de un transbordador espacial en órbita a la Tierra?

Solución Las masas no cambian de lugar a lugar, así que la balanza marcaría lo mismo. La bascula mide el peso del hombre, y como el peso depende de la aceleración de gravedad, no marcará lo mismo en lugares distintos El resorte se estira dependiendo del peso que tenga colgado. Como el peso cambia de planeta en planeta, no marcará lo mismo. Si nos encontramos muy alejados de un planeta, la aceleración de gravedad será tan baja que ni la bascula ni el resorte ni la balanza funcionarían.