física general trabajo fase 2

8/17/2019 física general trabajo fase 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

Ingeniería ambiental

Fase 2

Por:Leydi Marcela Carvajal Álvarez

Cód. 1123208835Gloria Milena Córdoba

Cód. 1 089 243 694

Curso:Física General

Presentado A:

Carlos Augusto Fajardo

Grupo:100413_354

Puerto Asís, Colombia

17 / 04 / 2015


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3/19

Si su grupo colaborativo termina en los dígitos 4 o 5 inicie la discusión académica y solución con

sus compañeros de grupo, de los siguientes 10 ejercicios en el foro Colaborativo

Fase 2: Nota: para todos los problemas que requieran la aceleración de la gravedad, use el valor

estándar de 9.81 m/s2.

Energía de un sistema

1.

La fuerza que actúa sobre una partícula varía como se muestra en la figura. Encuentre el

trabajo invertido por la fuerza en la partícula conforme se mueve…

(a) De = 0 a = 8.00 m;

(b) de

= 0 a

= 12.00 m.

(c) Existe cierto punto A sobre el eje X tal que el trabajo realizado por esta fuerza en el

intervalo [ ,12.0 m] vale cero. Encuentre el valor de .

Solución.

a.

julios julios julioswT

juliosalturabase

w

juliosalturabase

w

w xawxw

xa xw

xa xr

r

241212

122

24

2

6*4

2

*

122

24

2

6*4

2

*

80

84

40

8440

80

b.

julioswT

wT

xalturabasew

xalturabasew

wwwT wT

a

18)6(24

6)3(3

32

)3(2

2

*

32

)3(22*

24

100

108

128

108

12812880100


4/19

c.

0)6(6

62

4*3

2

*

124*3*

122*6*

62

*

;2

*

6

6

12885

85

8

128

ww

alturabasew

alturabase

alturabase

alturabasealturabase

w

w

w

x

2.

Un vagón de 5.00 × 103 kg rueda a lo largo de una vía recta con fricción despreciable. El

vagón se lleva al reposo mediante una combinación de dos resortes de espiral, como se

ilustra en la figura. Ambos resorte se describen mediante la Ley de Hooke con 1 = 1.60

× 103 N/m y

2 = 3.40 × 103 N/m. Después de que el primer resorte se comprime una

distancia de 30.0 cm, el segundo resorte actúa junto con el primero para aumentar la

fuerza mientras se presenta una compresión adicional como se muestra en la gráfica. El

vagón llega al reposo 20.0 cm después de que empieza a obrar también el segundo

resorte. Encuentre la rapidez inicial del vagón.

Solución


5/19

Datos:

= .

= .

= .

= = . = = .

=

=?

= −

Para los resortes: =

Resorte 1+2

Busco trabajo Neto:

= +

Solo tenemos en cuenta la , la otra es 0

= + +

(,

) = .

.+.

+ ,

,

(, .

) = [,

(,

) +, .,]

= ,.+,.

,.


6/19

= , . .

,.

= ,

= √ ,

= .

Conservación de la energía

3. El resorte de la figura está apoyado sobre la superficie horizontal y tiene su extremo

derecho asegurado a la pared. Su constante elástica vale 128 N/m. El bloque tiene masa

0.815 kg y es lanzado hacia el resorte, apoyado en la superficie, con rapidez = 2.83

m/s. Todas las superficies en contacto carecen de rozamiento.

(a) Determine la rapidez del bloque cuando está pasando por la posición B, donde la

compresión del resorte vale = 0.158 m.

(b) Determine la máxima compresión que el bloque produce en el resorte (esta posición está

marcada C en la figura;

max = ? )

(c) Determine la rapidez del bloque después de que ha vuelto a perder contacto con el

resorte (posición D en la figura).

(d) La figura usa un eje X horizontal, positivo hacia la derecha, que corre a lo largo del eje del

resorte. El origen = 0 está ubicado en el punto del extremo izquierdo del resorte no

deformado, como lo muestra la primera subfigura. Para la coordenada del bloque, use su

cara frontal (la del lado del resorte). El contacto entre bloque y resorte comienza entonces

en la coordenada = 0 . Si la coordenada del bloque en las posiciones A y D es −0.500 m,

trace una gráfica cuantitativa (ejes marcados numéricamente) de la rapidez del bloque

contra su posición ( en el eje Y, en el eje X). La gráfica debe cubrir todo el movimiento delbloque desde A hasta D.


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Solución

a.

S M v

sm M

Epv

Ep

j j Ep Ep Ep

julios Ep

smkg Ep

V M Ep

julios Ep

mm N kx Ep

xB

g mv

kg M

m N k

xB

T xB

T

xB xT

x

x

xB

xB

/022.2

/0022.2815.0

2*66.12*

665.1

59.126.3

26.3

/)83.2(815.021

*2

1

59.1

)158.0(/1282

1

2

1

158.0

/83.2

815.0

/128

0

0

00

0

20.

2

22


8/19

B.

m x

mm N k

Ep x

kx Ep julios Ep

T

T

225.0

225.0/128

2*26.32*

2

126.3

0

2

0

c.

como todas las superficies carecen de rozamiento la velocidad es igual, la de salida con la de

entrada no hay perdida de energía si no transferencia.

smvsalida

sm M

EP v

julioskx Ep

r

x

/828.2

/828.2815.0

2*26.32*

26.32

1 2225.0

d.


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4.

Un bloque de 20.0 kg se conecta a un bloque de 30.0 kg mediante una cuerda que pasa

sobre una polea ligera sin fricción. El bloque de 30.0 kg se conecta a un resorte con

constante de fuerza de 1.80 × 102 N/m, como se muestra en la figura. El resorte no está

estirado cuando el sistema está como se muestra en la figura, y el plano inclinado no

tiene fricción. El bloque de 20.0 kg se jala 20.0 cm hacia abajo del plano (de modo que el

bloque de 30.0 kg está 40.0 cm sobre el suelo) y se libera desde el reposo. Encuentre larapidez de cada bloque cuando el bloque de 30.0 kg regresa a la posición 20.0 cm arriba

del suelo.

Solución

Datos: = = = =

= ,

= , ./

= − +


10/19

= +

= ., . , +

.,.

,

= , + .. , = , + , =

, = ,/

Cantidad de movimiento lineal y colisiones

5.

Tres carros de masas 4.00 kg, 10.0 kg y 3.00 kg, se mueven sobre una pista horizontal sin

fricción con magnitudes de velocidad de 5.00 m/s, 3.00 m/s y 4.00 m/s. Acopladores de

velcro hacen que los carros queden unidos después de chocar. Encuentre la velocidadfinal del tren de tres carros. b) ¿Qué pasaría si? ¿Su respuesta requiere que todos los

carros choquen y se unan en el mismo momento? ¿Qué sucedería si chocan en diferente

orden?

Solución

a.

Es una colisión perfectamente inelástica.

Entonces utilizamos la siguiente formula.

. + . + . = + + a.

Despejamos y reemplazamos

= . + . + . + +

= . +.

−.

++


11/19

= . +.

−.

= .

= ./ 6. Una bola de billar que se mueve a 4.50 m/s golpea una bola fija de la misma masa.

Después de la colisión, la primera bola se mueve, a 4.20 m/s, en un ángulo de 30.0°

respecto de la línea de movimiento original. Si supone una colisión elástica (ignore la

fricción y el movimiento rotacional), encuentre la velocidad de la bola golpeada después

de la colisión.

Solución

1= s

mV 5.41

2= s

mV 2.42

3= ?3V

Análisis para el eje x

8627.0coscos

8627.0

0866*2.45.4cos

30cos*

cos*30cos

cos30cos**

33

213

321

321

V V

V V V

V V V

V mV mV m

Análisis para eje y


12/19

1.21.2

30*2.4

300

33

3

32

senV sen

V

sen

senV

senV senV

Si

tan

cos

sen

smV

V

V

senV

26.2

59.67cos8627.0

cos8627.0

59.67

424.2tan

424.2tan

8627.0

1.2

cos

3

3

1

3

3

La velocidad de la segunda bola es de 2.26 m/s

Breve estudio de la presión

7.

Una pelota de ping pong tiene un diámetro de 3.80 cm y una densidad promedio de

0.084 0 g/cm3. ¿Qué fuerza se requiere para mantenerla completamente sumergida

bajo el agua?

Solución

33/84/084.0

019.019.1

8.3

mkg cm g densidad

mcmvcmd

Presión del agua=1000kg/m3

Gravedad=9.8m/s2


13/19

N F

N F

smmkg F

pelotavolumendezplazadaaguadevolumenaguadevolumen

gravedad agua presionaguadevolumen F

N F smmkg F

R P volumen

gravedad pelotavolumendensidad g m F

F F F

total

total

2579.00236.02815.0

2815.0

/8.9*/1000*10*873.2

**

0236.0/8.9*10*873.2*/84

10*873.23

019.0*4

3

*4

***

2

35

2

2

1

253

1

533

1

12

8.

En un tubo en U se vierte mercurio. El brazo izquierdo del tubo tiene área de sección

transversal A1 de 10.0 cm2, y el brazo derecho tiene un área de sección transversal A2de 5.00 cm2. A continuación se vierten 100 g de agua en el brazo derecho, como se

muestra en la figura.

a) Determine la longitud de la columna de agua en el brazo derecho del tubo U.

b) Dado que la densidad del mercurio es 13.6 g/cm3, ¿qué distancia h se eleva el

mercurio en el brazo izquierdo?

Solución


14/19

cmh P

P h

hh P P hhhh

cmh

h

A

A

P

P

hh

hh

hh A

Ah

P

P

h

P

P h

hhhhh

h A

Ah

A

Ahh Ah A

V V

hh

cmh

cmcm g

cm g h P P h

h g P P

h g P P

P P

h g P P P

h g presionaatmosferic presion P

cmh

cmcm g

g

A P

mh

h A P m

aguaalturaareaaguavolumen

aguavolumenagua presionm

cm g P

cm g P

a

Hg

a

a

Hg

aa

m

a

Hg

a

m

m

a

Hg

a

a

Hg

a

m

m

hh

m

a

Hg

a

aaaatmosferic

Hg aatmosferic

aaaatmosferic

Hg

a

aa

a

a

aaaa

agua

hg

a

5.181

490.0

20*

5

101

6.13

1

1

*

47.1

20*/6.13

/1*

**

**

**

**

20

5*/1

100

*

*

/6.13

/1

43

43433141

2

1

32

32

3231

2

1

31

21322131

2

1

32

2

1

21212321

32

31

3

3

31

31

21

2

311

23

3

3

2123


15/19

a.

la longitud de la columna de agua en el brazo derecho del tubo es 18.5cm

b.

la distancia h se eleva 0.490 cm

Dinámica de fluidos y aplicación de la dinámica de fluidos.

9. El suministro de agua de un edificio se alimenta a través de una tubería principal de 6.00 cm

de diámetro. Se observa que un grifo de 2.00 cm de diámetro llena un contenedor de 25.0 L en

30.0 s. a) ¿Cuál es la rapidez a la que el agua sale del grifo?

b) ¿Cuál es la presión manométrica en la tubería principal de6 cm? (Suponga que el grifo es la

única “fuga” en el edificio.)

solución

a.

smV

cm

smcm

cm

smcmV

AV AV AV AV

scmcm

scm

A

QV

cmr A

cmr A

scm s L s

L

tiempo

aguavolumenQ

st

cmradiocm grifo

cmradiocmtuberia

/295.0

9

/65.2*

3

/65.21

/265/833

93

1

/833/833.030

25

30

2....2

3....6

1

2

2

2

2

1

1

2212211

2

3

2

2

222

1

222

2

3

Para estos casos utilizaremos la ecuación de Bernoull


16/19

a P P P P

m smmkg sm smmkg r P P

hh g vv P P

h g v P h g v P

densidad

7.23067

2*/8.9*/10/295.0/05.2/102

1

2

1

***2

1***

2

1

21

332233

21

12

2

1

2

221

2

2

221

2

11

10. Un gran tanque de almacenamiento, abierto en la parte superior y lleno con agua, en su

costado en un punto a 16 m abajo del nivel de agua se elabora un orificio pequeño. La relación

de flujo a causa de la fuga es de 2.50 x 10-3 m3/min. Determine

a) la rapidez a la que el agua sale del orificio

b) el diámetro del orificio.

Solución

a.


17/19

smV

smV

hh g V

hh g V V

gh ghV V

ghV ghV

h g v P h g v P

/7.17

/6.313

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

***2

1***

2

1

2

22

2

21

2

2

21

2

1

2

2

21

2

1

2

2

2211

2

2

221

2

11

b.

3

5

2

10*73.12*

*7.17

10*16.4

r diametro

V

Qr r

r

Qr

A

Qr V


18/19

CONCLUSIONES

Después de realizar el presente trabajo se llegó a las siguientes conclusiones

La dinámica de los fluidos se ocupa de las leyes de los fluidos en movimiento.

En un choque no siempre se conserva la cantidad de movimiento y esto se debe a la

perdida de energía.


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Referencias

(2016). Datateca.unad.edu.co. recuperado 15 Abril 2016, de:

Física (Trenzado , Jose. L. 2014) Unidad 2Libro

Trabajo y Energía (Serway, Raymond A.; Jewett, John W.; FÍSICA para Ciencias e Ingeniería. Edi.9)Libro

Mecánica de fluidos (Serway, Raymond A.; Jewett, John W.; FÍSICA para Ciencias e Ingeniería. Edi.

9)

(2016). Datateca.unad.edu.co. recuperado 15 Abril 2016, de

http://conferencia2.unad.edu.co/p7sdwpihkfc/

http://conferencia2.unad.edu.co/p4p2z3drakr/

http://conferencia2.unad.edu.co/p4cbkwtuzz7/
http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=18365http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=9799http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=9799http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=9800http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=9800http://conferencia2.unad.edu.co/p7sdwpihkfc/http://conferencia2.unad.edu.co/p4p2z3drakr/http://conferencia2.unad.edu.co/p4cbkwtuzz7/http://conferencia2.unad.edu.co/p4cbkwtuzz7/http://conferencia2.unad.edu.co/p4cbkwtuzz7/http://conferencia2.unad.edu.co/p4p2z3drakr/http://conferencia2.unad.edu.co/p7sdwpihkfc/http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=9800http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=9800http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=9799http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=9799http://campus06.unad.edu.co/ecbti05/mod/book/view.php?id=18365

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