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Solución de lista numero 1 de ejercicios de física I. segundo corte Jean keiner López monterroza

1. 6.1. Usted empuja su libro de física 1.50 m a lo largo de una mesa horizontal con un empuje horizontal de 2.40 N mientras que la fuerza de fricción opuesta es de 0.600 N. ¿Cuánto trabajo realiza cada una de las siguientes fuerzas sobre el libro? a) El empuje de 2.40 N, b) la fuerza de fricción, c) la fuerza normal de la mesa y d) la gravedad. e) ¿Cuál es la fuerza neta sobre el libro? 2. 6.2. Un camión de remolque tira de un automóvil 5.00 km por una carretera horizontal usando un cable cuya tensión es de 850 N. a) ¿Cuánto trabajo realiza el cable sobre el automóvil si tira de él horizontalmente? ¿Y si tira a 35.0° sobre la horizontal? b) ¿Cuánto trabajo realiza el cable sobre el camión de remolque en ambos casos del inciso a)? c) ¿Cuánto trabajo efectúa la gravedad sobre el automóvil en el inciso a)? 3. 6.3. Un obrero empuja horizontalmente una caja de 30.0 kg una distancia de 4.5 m en un piso plano, con velocidad constante. El coeficiente de fricción cinética entre el piso y la caja es de 0.25. a) ¿Qué magnitud de fuerza debe aplicar el obrero? b) ¿Cuánto trabajo efectúa dicha fuerza sobre la caja? c) ¿Cuánto trabajo efectúa la fricción sobre la caja? d) ¿Cuánto trabajo realiza la fuerza normal sobre la caja? ¿Y la gravedad? e) ¿Qué trabajo total se efectúa sobre la caja? 4. P6.8. En los casos que se ilustran en la figura P6.8, el objeto se suelta desde el reposo en la parte superior y no experimenta fricción ni resistencia del aire. ¿En cuál situación, si acaso, la masa tendrá i. la mayor rapidez en la parte inferior y ii. el mayor trabajo efectuado sobre ella en el tiempo que tarda en llegar a la parte inferior?

5. 6.50. ¿Debe caminar o correr? Hay 5.0 km de su casa al laboratorio de física. Como parte de su programa de acondicionamiento físico, usted podría correr esa distancia

a 10 kmh (lo cual consume energía a una tasa de 700 W), o caminarla tranquilamente a 3.0 kmh (lo cual consume una energía de 290 W). ¿Con cuál opción quemaría más energía, y cuánta (en joules) se quemaría? ¿Por qué el ejercicio más intenso quema menos energía que el ejercicio menos intenso? 6. 6.59. Un insecto volador común aplica una fuerza media igual al doble de su peso durante cada aleteo hacia abajo cuando está suspendido en el aire. Suponga que la masa del insecto es de 10 g y que las alas recorren una distancia media vertical hacia abajo de 1.0 cm en cada aleteo. Suponiendo 100 aleteos por segundo, estime el gasto medio de potencia del insecto. 7. 6.95. Potencia del corazón humano. El corazón humano es una bomba potente y muy confiable; cada día admite y descarga unos 7500 L de sangre. Suponga que el trabajo que realiza el corazón es igual al requerido para levantar esa cantidad de sangre a la altura media de una mujer estadounidense (1.63 m). La densidad (masa por unidad de volumen) de la sangre es de 1.05 * 103 kgm3. a) ¿Cuánto trabajo realiza el corazón en un día? b) ¿Qué potencia desarrolla en watts? 8. 6.92. Todas las aves, sea cual fuere su tamaño, deben desarrollar continuamente una potencia de entre 10 y 25 watts por kilogramo de masa corporal para volar batiendo las alas. a) El colibrí gigante de los Andes (Patagona gigas) tiene una masa de 70 g y aletea 10 veces por segundo al quedar suspendido. Estime el trabajo efectuado por ese colibrí en cada aleteo. b) Un atleta de 70 kg puede desarrollar una potencia de 1.4 kW durante unos cuantos segundos como máximo; la potencia de salida constante de un atleta común es del orden de solo 500 W. ¿Es posible para un vehículo aéreo de propulsión humana poder volar por periodos largos batiendo las alas? Explique su respuesta. 9. 6.9. Una pelota de 0.800 kg se ata al extremo de una cuerda de 1.60 m de longitud y se hace girar en un círculo vertical. a) Durante un círculo completo, iniciando en cualquier punto, calcule el trabajo total efectuado sobre la pelota por: i. la tensión en la cuerda; ii. la gravedad. b) Repita el inciso a) para el movimiento a lo largo del semicírculo que va de la parte más baja a la más alta de la trayectoria.

Solución de lista numero 2 de ejercicios de física I. segundo corte Jean keiner López monterroza

1. 7.2. ¿A qué altura podemos saltar? La altura máxima que un humano puede saltar, a partir de una posición en cuclillas, es de aproximadamente 60 cm. ¿En cuánto se incrementa la energía potencial gravitacional de una persona de 72 kg por este salto? ¿De dónde proviene esta energía? 2. 7.4. Calorías nutricionales. La caloría nutricional, igual a 4186 J, es una medida de la energía que se libera cuando el cuerpo metaboliza el alimento. Cierta marca de una barra de frutas y cereal contiene 140 calorías por barra. a) Si un excursionista de 65 kg come una de estas barras, ¿qué altura debe escalar para “eliminar” las calorías, suponiendo que toda la energía del alimento se utiliza solo en incrementar la energía potencial gravitacional? b) Si, como es normal, solo el 20% de las calorías nutricionales se convierte en energía mecánica, ¿cuál sería la respuesta del inciso a)? (Nota: En este y los demás problemas, suponemos que el 100% de las calorías nutricionales son absorbidas y utilizadas por el cuerpo. En realidad, esto no es verdad. La “eficiencia metabólica” de una persona es el porcentaje de calorías ingeridas que realmente se usan; el resto es eliminado por el cuerpo. La eficiencia metabólica varía considerablemente de una persona a otra) 3. 7.7. Energía de humanos contra energía de insectos. Por su tamaño, la pulga común es uno de los saltadores mejor dotados del reino animal. Un ejemplar de 2.0 mm de longitud y 0.50 mg puede alcanzar una altura de 20 cm en un salto. a) Ignorando el arrastre del aire, ¿cuál es la velocidad de despegue de esta pulga? b) Calcule la velocidad cinética de la pulga en el despegue y su energía cinética por kilogramo de masa. c) Si un humano de 65 kg y 2.0 m de estatura pudiera saltar una altura comparada con su longitud igual a la que salta la pulga comparada con su longitud, ¿qué altura saltaría el humano y qué rapidez necesitaría en el despegue? d) De hecho, la mayoría de los humanos no pueden saltar más de 60 cm a partir de una posición en cuclillas. ¿Cuál es la energía cinética por kilogramo de masa en el despegue para esta persona de 65 kg? e) ¿Dónde almacena la pulga la energía que le permite realizar este salto repentino? 4. 7.10. Fracturas de huesos. La energía máxima que un hueso puede absorber sin romperse depende de características como su área transversal y su elasticidad. Se ha encontrado que esta energía medida en los huesos de las piernas, de 6.0 cm2 de área transversal, de humanos saludables es de alrededor de 200 J. a) ¿Aproximadamente de qué altura máxima puede saltar una persona de 60 kg y caer de manera rígida

sobre ambos pies sin romperse las piernas? b) Probablemente le sorprenderá la pequeña magnitud de la respuesta del inciso a). Desde luego, la gente salta de alturas mucho mayores sin romperse las piernas. ¿Cómo es posible? ¿Qué más absorbe energía cuando un individuo salta de mayores alturas? (Sugerencia: Pregúntese lo siguiente. ¿Cómo aterrizó la persona del inciso a)? ¿Cómo aterriza normalmente la gente cuando salta de grandes alturas?). c) A la luz de las respuestas de los incisos a) y b), ¿cuál podría ser una de las razones por las que los adultos mayores son mucho más propensos que los jóvenes a fracturarse los huesos con una simple caída (como una caída en el baño)?