Guía práctica Dinámica I: fuerza y leyes de Newton

Física

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Ejercicios PSU Para esta guía considere que la magnitud de la aceleración de gravedad (g) es 10

1.

2.

GUICES016CB32-A16V1

m . s2

Respecto a la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo, es correcto afirmar que I) II) III)

es positiva si el cuerpo se mueve aumentando su velocidad. si es nula, el cuerpo está en reposo o experimenta una velocidad constante. corresponde a la resultante de la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo I y II Solo II y III I, II y III

Sobre un cuerpo P se aplica una fuerza de magnitud F, paralela a la superficie, produciendo una aceleración Q. Si se aumenta la fuerza aplicada, entonces es correcto afirmar que A) B) C) D) E)

3.

Ciencias Básicas

Programa

la aceleración que experimenta el cuerpo aumenta. la aceleración que experimenta el cuerpo disminuye. el peso del cuerpo aumenta. la fuerza normal que actúa sobre el cuerpo aumenta. el peso del cuerpo disminuye.

¿Cuál es la magnitud de la fuerza neta que actúa sobre un cuerpo de masa 4 [kg], si la aceleración que experimenta tiene una magnitud de 20 m2 ? s A) B) C) D) E)

0,2 [N] 4,0 [N] 5,0 [N] 20,0 [N] 80,0 [N]

Cpech

1

Ciencias Básicas Física 4.

Al ser empujado, un auto de 500 [kg] de masa se mueve sobre un plano horizontal, de acuerdo al gráfico de rapidez v, en función del tiempo t, de la figura. v

[ ms ] 10

2

t [s]

¿Cuál es el módulo de la fuerza neta que actúa sobre el auto? A) B) C) 5.

0,5 [kN] 1,0 [kN] 2,0 [kN]

D) E)

2,5 [kN] 3,5 [kN]

Sobre una caja de 2 [kg] de masa, apoyada sobre una superficie horizontal lisa, actúan dos fuerzas horizontales, tal como indica la figura.

12 [N]

2 [kg]

4 [N]

Considerando lo anterior, ¿cuál es la magnitud de la aceleración de la caja?

6.

2

A)

3

m s2

D)

8

m s2

B)

4 m2 s

E)

12

m s2

C)

6

m s2

Respecto de las fuerzas de acción y reacción, ¿cuál(es) de las siguientes proposiciones es (son) correcta(s)? I) II) III)

La fuerza de acción actúa primero, inmediatamente después aparece la reacción. Acción y reacción siempre actúan sobre cuerpos distintos. Acción y reacción siempre actúan en distinta dirección.

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo I y III

Cpech

GUÍA PRÁCTICA 7.

La figura adjunta muestra los cuerpos p y q, de masas mp y mq respectivamente, sobre una superficie horizontal. Np p g q

Nq

Si Np y Nq son las magnitudes de la fuerza normal que actúa sobre los cuerpos p y q, respectivamente, entonces es correcto afirmar que

8.

I) II) III)

Np = mp g Nq = Np Nq = mq g

A) B) C) D) E)

Solo I Solo II Solo III Solo I y II Solo I y III

Para mover una caja de 12 [kg] que se encuentra en reposo sobre un plano horizontal, se le m aplica una fuerza constante y paralela al plano, que le produce una aceleración neta de 0,4 2 . s El módulo de la fuerza ejercida sobre la caja y la distancia que recorre en 5 [s], a partir del instante de aplicación de la fuerza, son respectivamente A) B) C) D) E)

9.

30,0 [N] y 2 [m] 30,0 [N] y 10 [m] 4,8 [N] y 4 [m] 4,8 [N] y 5 [m] 4,8 [N] y 12 [m]

Sabiendo que el peso de un cuerpo se calcula como el producto entre su masa y la aceleración de gravedad del lugar, y que cuando la masa se encuentra expresada en kilogramos y la aceleración de metros gravedad en segundos2 el peso se expresa en la unidad newton, si un cuerpo pesa 500 newtons en la superficie de la Tierra, ¿cuál es la masa de dicho cuerpo? A) B) C) D) E)

5 [kg] 10 [kg] 50 [kg] 500 [kg] 5.000 [kg]

Cpech

3

Ciencias Básicas Física 10.

En el gráfico de rapidez v, en función del tiempo t de la figura, se representan dos objetos, A y B, de masas mA y mB respectivamente. v

[ ms ] 9

A

6

B

4

t [s]

Si sobre ambos cuerpos actúan fuerzas iguales, ¿cuál es la relación mA : mB? A) B) C) D) E) 11.

Un astronauta viaja al planeta "Triptón", donde la aceleración de gravedad es la quinta parte que en la Tierra. Si en la Tierra tiene masa “m” y peso “p”, en dicho planeta su masa y peso serán, respectivamente A)

5m y 5p.

B)

m y p.

C)

m y p. 5 m y p. 5 m y p. 5 5

D) E) 12.

1:3 2:3 3:3 3:2 3:1

Un objeto de masa m = 12 [kg] se encuentra suspendido de una cuerda delgada, tal como muestra la figura.

m El módulo de la fuerza neta sobre él es A) B) C) D) E)

4

Cpech

–120 [N] –12 [N] 0 [N] 12 [N] 120 [N]

GUÍA PRÁCTICA 13.

Un cuerpo se mueve sobre una superficie sin roce, tal como indica el gráfico adjunto de velocidad v en función del tiempo t. v

t Si la masa del cuerpo es constante, entonces es correcto afirmar que la fuerza neta que actúa sobre él A) B) C) D) E) 14.

aumenta en el tiempo. disminuye en el tiempo. es constante. es nula. es negativa.

Un cuerpo es sometido a un experimento físico cuyos resultados se expresan en el gráfico adjunto, donde se representa la magnitud de la aceleración a experimentada por el cuerpo, en función de la magnitud de la fuerza F aplicada. a

[ ms ] 2

10

20

F [N]

Considerando la información contenida en el gráfico, ¿cuál es el valor de la masa del cuerpo? A) B) C) D) E) 15.

0,5 [kg] 1,0 [kg] 2,0 [kg] 20,0 [kg] 200,0 [kg]

Un cuerpo de masa m se desliza sobre una mesa horizontal sin roce, con una aceleración constante a. En estas condiciones, el módulo de la fuerza normal que actúa sobre el cuerpo es que el módulo de su peso. De las siguientes alternativas, aquella que completa la oración correctamente es A) B) C) D) E)

mayor mayor o igual igual menor menor o igual

Cpech

5

Ciencias Básicas Física 16.

En la siguiente figura se muestran dos bloques sobre una superficie, unidos mediante una cuerda, y en donde a , b , c , d y e son vectores que representan algunas de las fuerzas que actúan sobre el sistema. a

e b

c d

En el diagrama, la fuerza normal está representada por el vector A)

a

B)

b

C)

c

D)

d

E)

e

17.

Al aplicar sobre un cuerpo una fuerza de magnitud 200 [N], paralela a la superficie, produce en m él una aceleración de magnitud 4 2 . Considerando que no existe roce, ¿cuál es la magnitud de s la aceleración que adquiere el cuerpo si se aplica, además, otra fuerza de 50 [N], en la misma dirección pero en sentido contrario a la anterior? A) B) C)

5

m s2

D)

8

m s2

E)

10

m s2

18.

Considerando el significado de la 1ª ley de Newton (ley de inercia), es correcto afirmar que A) B) C) D) E)

6

m s2 m 3 2 s

2

Cpech

sobre una misma superficie, un cuerpo de mayor masa que otro experimenta una menor aceleración, al aplicárseles a ambos una misma fuerza. sobre una misma superficie, un cuerpo de mayor masa experimenta una fuerza normal de mayor módulo. si un cuerpo se mueve con velocidad constante, la fuerza neta sobre él es nula. toda fuerza genera una reacción. si la fuerza neta sobre un cuerpo no es nula, el cuerpo experimenta una aceleración.

GUÍA PRÁCTICA 19.

La figura adjunta muestra las fuerzas que ejercen Juan, Carlos y Claudio, sobre una caja de masa 10 [kg] que se encuentra inicialmente en reposo sobre una superficie horizontal sin roce. 10 [N]

40 [N]

30 [N]

Respecto de esta situación, es INCORRECTO afirmar que A) B) C) D) E) 20.

la aceleración que experimenta la caja es nula. la fuerza normal que actúa sobre la caja es nula. la fuerza neta que actúa sobre la caja es nula. la velocidad que experimenta la caja es nula. la fuerza horizontal resultante que actúa sobre la caja es nula.

El sistema de la figura muestra dos bloques, p y q, unidos mediante una cuerda inextensible que pasa por una polea, ambas de masa despreciable, y en donde T es el módulo de las tensiones en la cuerda. p

T

2 [kg]

T 8 [kg] q

Despreciando el roce, en el sistema es correcto afirmar que I)

III)

el módulo de la fuerza normal sobre el bloque p es 20 [N]. m la magnitud de la aceleración del bloque q es 8 2 . s el módulo de la tensión T en el extremo de la cuerda que sostiene el bloque q es 16 [N].

A) B) C)

Solo I Solo II Solo III

II)

21.

D) E)

Solo II y III I, II y III

Un hombre de 70 [kg] se encuentra de pie sobre una pesa (báscula) dentro de un ascensor. La pesa registra la magnitud de la fuerza en newtons ejercida sobre ella por cualquier objeto que se coloque encima. Respecto a lo anterior, es correcto afirmar que m I) la lectura de la pesa será de 826 [N] si el ascensor sube con una aceleración de 1,8 s2 . II) la lectura de la pesa será de 574 [N] si el ascensor baja con una aceleración de 1,8 m2 . s III) si el ascensor sube con velocidad constante, la lectura de la pesa será mayor a 700 [N]. A) B) C)

Solo I Solo II Solo III

D) E)

Solo I y II I, II y III Cpech

7

Ciencias Básicas Física 22.

Considerando el problema anterior, ¿cuál será la lectura de la pesa si el ascensor baja aumentando m , en cada segundo? su rapidez en 10 s A) B) C)

23.

0,0 [N] 0,7 [N] 7,0 [N]

D) E)

70,0 [N] 700,0 [N]

Tres bloques, de masas m1 = 10 [kg], m2 = 20 [kg] y m3 = 30 [kg], están unidos mediante cuerdas inextensibles y de masa despreciable, sobre una superficie sin roce, tal como lo muestra la figura.

m1

m2 T3 T4

T1 T2

m3

F

Si se aplica una fuerza horizontal F de magnitud 60 [N], y considerando que T1, T2, T3 y T4 son las tensiones en las cuerdas, es correcto afirmar que

24.

I) II) III)

m el módulo de la aceleración del bloque de masa m2 es 1 s2 . el módulo de la tensión T1 es 10 [N]. el módulo de la tensión T3 es 30 [N].

A) B) C)

Solo I Solo II Solo III

D) E)

Solo I y II I, II y III

El sistema de la figura muestra dos bloques, A y B, de masas mA y mB respectivamente, unidos mediante una cuerda inextensible que pasa por una polea, ambas de masa despreciable. A mA = 7 [kg]

B mB = 3 [kg]

Considerando que no hay fricción entre las superficies en contacto, ¿cuál es el módulo de la aceleración del cuerpo B?

8

A)

m 3 s2

D)

B)

4

m s2

E)

C)

7

m s2

Cpech

10 m2 s m 12 2 s

GUÍA PRÁCTICA 25.

Respecto del sistema de la pregunta anterior, suponiendo que existe espacio suficiente, y tomando en cuenta la aceleración calculada anteriormente, ¿qué distancia recorre el cuerpo A al cabo de 2 segundos, considerando que partió del reposo? A) B) C)

4 [m] 6 [m] 8 [m]

D) E)

12 [m] 14 [m]

Tabla de corrección Ítem

Alternativa

Habilidad

1

Comprensión

2

Comprensión

3

Aplicación

4

Aplicación

5

Aplicación

6

Comprensión

7

ASE

8

Aplicación

9

Aplicación

10

Aplicación

11

Comprensión

12

Comprensión

13

Comprensión

14

Aplicación

15

Reconocimiento

16

Reconocimiento

17

Aplicación

18

Reconocimiento

19

Comprensión

20

Aplicación

21

ASE

22

Aplicación

23

ASE

24

Aplicación

25

Aplicación

Cpech

9

Ciencias Básicas Física

Resumen de contenidos Fuerza Interacción entre dos o más cuerpos, que puede causar cambios en sus estados de movimiento o reposo. Es una magnitud vectorial. Sus unidades son S.I.: [newton] = [N] C.G.S.: [dina]

La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo o sistema. Matemáticamente: F neta = F 1 + F 2 + F 3 +... Masa Es la cantidad de materia que compone un cuerpo. Es una magnitud escalar, se simboliza por m, se considera constante y se mide con un instrumento llamado balanza. Sus unidades son S.I.: [kg] C.G.S.: [g] Peso Es la fuerza con que los cuerpos masivos (como los planetas) atraen a otros cuerpos hacia su centro. Es una magnitud vectorial, se simboliza por P y su valor es variable. Se calcula como: P =m·g El peso es un vector que siempre apunta hacia el centro del planeta y se mide con un instrumento llamado dinamómetro. Sus unidades son S.I.: [newton] = [N] C.G.S.: [dina]

m P = mg

10

Cpech

GUÍA PRÁCTICA Leyes de Newton 1.

Ley de inercia: “Si un cuerpo se mueve en línea recta y con velocidad constante (MRU), o se encuentra en reposo, entonces se puede afirmar que la fuerza neta que actúa sobre él es cero”.

2.

Ley fundamental de la dinámica: “Si un cuerpo acelera (su velocidad cambia constantemente en el tiempo), se puede afirmar que la fuerza neta sobre él es distinta de cero”. Matemáticamente, esta ley puede expresarse como Fneta = m · a

Según esta definición, las unidades de fuerza son S.I.: 3.

kg · m = [newton] = [N] s2

g · cm = [dina] s2

C.G.S.:

Fuerza de reacción

Ley de acción y reacción: “Si un cuerpo A ejerce una fuerza (acción) sobre un cuerpo B, entonces el cuerpo B ejerce una fuerza en respuesta, de igual módulo y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo A (reacción)”.

Fuerza de acción

Características de las fuerzas de acción y reacción: 1. 2. 3. 4. 5.

Poseen igual módulo Poseen igual dirección Poseen sentidos opuestos Son simultáneas Actúan sobre cuerpos distintos

Tensión La tensión es cualquier fuerza transmitida a través de una cuerda o cable. Las tensiones aparecen en pares y son contrapuestas, es decir, poseen sentidos opuestos; en una misma cuerda, las tensiones poseen igual módulo.

T1

T

T T2 mg T1 = T2

Cpech

11

Ciencias Básicas Física Fuerza normal La normal es una fuerza de reacción que actúa sobre todo cuerpo que descansa sobre una superficie; es ejercida por la superficie sobre el cuerpo. Si la superficie es horizontal, el módulo de la fuerza normal toma el mismo valor del módulo del peso del cuerpo, es decir N = mg Sus unidades son S.I.: = [newton] = [N]

C.G.S.: [dina]

N = mg

m

Peso = mg Cuando la superficie es horizontal

Sumatoria vectorial de fuerzas: ejemplos Fuerza resultante

Fuerza resultante

FR

F1

F2 F1 FR F2 F1 F2

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12

Cpech