Tabla de contenido

INTRODUCCIN ............................................................................................................ 1

EJERCICIOS ESCOGIDOS ............................................................................................ 2

Tema 1: Energa de un sistema - Problemas tomados del libro de (Serway & Jewett

Jr., 2008) ..................................................................................................................... 2

Tema 2: Conservacin de la energa - Problemas tomados del libro de (Serway &

Jewett Jr., 2008) .......................................................................................................... 4

Tema 3: Cantidad de movimiento lineal y colisiones - Problemas tomados del libro de

(Serway & Jewett Jr., 2008) ......................................................................................... 5

Tema 4: Breve estudio de la presin - Problemas tomados del libro de (Serway &

Jewett Jr., 2008) .......................................................................................................... 5

Tema 5: Dinmica de fluidos - Problemas tomados del libro de (Serway & Jewett Jr.,

2008) ........................................................................................................................... 9

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................. 10

1

INTRODUCCIN

El presente trabajo se llev en base a unos ejercicios propuestos por la gua de

actividades, basados en la unidad nmero dos (2), el cual hace referencia a la solucin

de unos ejercicios planteados sobre energa de un sistema, conservacin de la energa,

cantidad de movimiento lineal y colisiones, breve estudio de la presin y dinmica de

fluidos, donde a travs de los conocimientos adquiridos desde entorno de conocimiento

que proporciona el curco como de la investigacin individual de cada participante se

pudieron consolidar los ejercicios y comprobar su resultado para obtener el producto final

de esta unidad.

2

EJERCICIOS ESCOGIDOS

Tema 1: Energa de un sistema - Problemas tomados del libro de (Serway & Jewett Jr.,

2008)

5. Un nio de 400 N est en un columpio unido a cuerdas de 2.00 m de largo.

Encuentre la energa potencial gravitacional del sistema nioTierra en relacin

con la posicin ms baja del nio cuando a) las cuerdas estn horizontales, b) las

cuerdas forman un ngulo de 30.0 con la vertical y c) el nio est en el fondo del

arco circular.

Solucin

Energa potencial gravitatoria (Epg)

Es la que tienen los cuerpos debido a la gravedad de la tierra. Se calcula multiplicando

el peso por la altura. Se suele considerar que a una altura cero la Epg es cero, por lo

tanto se calcula como:

=

=

=

=

=

=

=

Entonces se sabe que:

=

3

Donde:

EPG: Energa potencial gravitatoria (en J)

: ( )

: ( /2)

: ( )

=

Donde:

W= peso (en N), entonces nuestra formula seria: =

Ahora, consideraremos nuestro nivel de referencia hasta el punto donde las cuerdas del

columpio estn verticales.

Analizando:

Caso a: Cuerdas horizontales.

Entonces:

= 2 = 400

= 400 2 = 800

Caso b: Las cuerdas forman un rectngulo de 30.0 con vertical, en ese caso tenemos

que hallar su altura respecto de nuestro nivel de referencia, el cual sera:

30 = 0.27

= 4000.27 = 108

4

Caso c: El nio se encuentra en la parte inferior del arco circular, en ese caso la altura

h seria cero (0).

= 0

Tema 2: Conservacin de la energa - Problemas tomados del libro de (Serway &

Jewett Jr., 2008)

5. Un bloque de 0.250 kg de masa se coloca en lo alto de un resorte vertical ligero

de constante de fuerza 5 000 N/m y se empuja hacia abajo de modo que el resorte

se comprime 0.100 m. Despus de que el bloque se libera del reposo, viaja hacia

arriba y luego deja el resorte. A qu altura mxima arriba del punto de liberacin

llega?

Solucin

De acuerdo al nivel de referencia (NR) escogido las energas iniciales y finales del bloque

son:

21 (1)2

iE Kx

Y

(2)fE mg x h

Como la energa se conserva, entonces:

f iE E

Esto es:

21( )2

mg x h Kx

De donde se tiene que:

5

=2

2 =

(5000/) (0.1)2

2 (0.25) (9.8 /2) (0.1) = 10.2

Tema 3: Cantidad de movimiento lineal y colisiones - Problemas tomados del libro de (Serway & Jewett Jr., 2008)

14. Cuatro objetos se sitan a lo largo del eje y del modo siguiente: un objeto de

2.00 kg se ubica a +3.00 m, un objeto de 3.00kg est a +2.50 m, un objeto de 2.50

kg est en el origen y un objeto de 4.00 kg est en -0.500 m. Dnde est el centro

de masa de estos objetos?

Solucin

= ( ) / ()

Donde las son las masas y las son sus ordenadas.

En este caso tenemos

= ( + . + . + (. )) / ( + + . + ) =

El centro de masa est en el punto =

Tema 4: Breve estudio de la presin - Problemas tomados del libro de (Serway &

Jewett Jr., 2008)

6

20. La fuerza gravitacional que se ejerce sobre un objeto slido es 5.00 N. Cuando

el objeto se suspende de una balanza de resorte y se sumerge en agua, la lectura

en la balanza es 3.50N (figura P14.22). Encuentre la densidad del objeto

Dado que el nivel de agua se mantiene a 7,50 m o bien el tanque se llena a medida que

por abajo se extrae agua o drena, o bien se considera suficientemente grande como para

que en un intervalo de tiempo analizado la variacin no sea apreciable, como sea, la

presin en la boquilla de drenaje es constante.

a) lo primero que hay que calcular es la fuerza sobre el tapn debido a la presin, esta

fuerza, hacia abajo, debe ser de igual mdulo que la fuerza que la boquilla ofrece por

friccin sobre el tapn, considerando a ste de peso despreciable frente a las fuerzas

mencionadas.

P = fuerza hacia abajo debida a la presin sobre el tapn

P = p A = presin sobre el tapn rea del tapn = g h d/4

Donde:

d = 2,20 cm = 0,022 m = dimetro del tapn

7

d/4 = (d/2) = r = rea del tapn expuesta al agua (no la lateral que roza con la

boquilla!).

= 1000 kg/m = densidad del agua

g = gravedad (tomo 9,8 m/s)

h = 7,50 m = altura del nivel del agua sobre el tapn, o profundidad hasta el mismo.

= 1000 / 9,8 / 7,50 3,1416 0,022 / 4 = 27,94

P es hacia abajo y se equilibra con F = -P hacia arriba de mdulo |F|=|P| o sea que:

= 27,94 28

b) Como la altura h es constante la presin a la salida tambin lo es, y el caudal saliente

se mantiene constante merced a una Vs (velocidad de salida) constante.

= (2 ) = (2 9,8 / 7,5 ) = 12,12 /

El caudal de salida es:

= = 12,12 / 3,1416 0,022 / 4 = 0,0046 /

Como caudal = Volumen / tiempo => Vol = volumen = Qs . t = 0,0046 m/s 3600s =

16,59 m

8

= = = 16,59 1000 / = 16590

c) Si no se consideran prdidas (en lquidos reales tendramos una prdida a la entrada

de la manguera de salida, localizada, otra a lo largo de la manguera por la friccin,

distribuida, y otra en la boquilla, localizada) la presin de salida es 0, o sea la atmosfrica

(repito que hablamos de presin relativa a a la atmsfera). En efecto, si planteamos

Bernoulli entre la superficie libre (1) del tanque y la salida (2) justo antes de la boquilla,

como se pide.

1 + 1 / ( ) + 1 / (2) = 2 + 2 / ( ) + 2 / (2)

z1 es la altura geomtrica de la superficie libre en el tanque tomando como referencia la

altura donde est al tapn.

p1 es la presin relativa en ese punto, o sea 0 (la atmosfrica, pero relativa a s misma).

V1 es la velocidad en la superficie libre del tanque, aproximadamente nula, 0.

Z2 es la altura geomtrica del tapn (o, como se lo saca, de donde estaba ste).

p2 es la presin relativa en ese punto pero antes de la salida, con el agua fluyendo, o

sea justo antes de la boquilla.

V2 es la velocidad en el conducto de salida, justo antes de la boquilla.

7,5 + 0 / ( ) + 0 / (2) = 0 + 2 / (1000 . 9,8) + 12,12 / (2 . 9,8)

Donde los valores reemplazados estn en el S.I. pero por comodidad no pongo sus

unidades.

9

7,5 = 2 / (1000 . 9,8) + 12,12 / (2 . 9,8)

2 = (7,5 12,12 / 19,6) 9800 = 0

Tema 5: Dinmica de fluidos - Problemas tomados del libro de (Serway & Jewett Jr.,

2008)

24. A travs de una manguera contra incendios de 6.35 cm de dimetro circula

agua a una relacin de 0.012 0 m3 /s. La manguera termina en una boquilla de

2.20 cm de dimetro interior. Cul es la rapidez con la que el agua sale de la

boquilla?

Solucin

=

= /

Tenemos

= 2 = 3.14 (1.10 102)2 = 3.8 104

= / = 0.0120 / (3.8 104 ) = 31.57 /

10

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Torres G, Diego A. (2012). Mdulo curso fsica General. recuperado

de http://datateca.unad.edu.co/contenidos/100413/MODULO_FISICAGENERAL

_ACTUALIZADO_2013_01.zip

Serway, R. A., & Jewett Jr., J. W. (2008). Fsica para ciencias e ingenieras Vol. 1

(p. 723). Obtenido de: http://unad.libricentro.com/libro.php?libroId=323#

Garca, Franco, . (2013). El Curso Interactivo de Fsica en Internet. Obtenido de:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/dinamica/sistemas/dinamica/dinamica.html