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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

FISICA GENERAL

TRABAJO COLABORATIVO FASE II MOMENTO 5

TUTOR: GUSTAVO ANTONIO MEJIA

PRESENTADO POR:

OSCAR JAVIER DELGADO ID 80217860 OLGA YAMILE NEME ID 1023869130 JONATHAN F. ARDILA CLAVIJO ID 1019050756 DURLEY AUGUSTO OSMA POLO ID 80158027

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INGENIERIA DE SISTEMAS CEAD JOSE ACEVEDO Y GOMEZ Bogotá D.C ABRIL de 2016

INTRODUCCION

El siguiente trabajo colaborativo se enfoca en el tema de energía y trabajo, el primero presente en todo el universo de diferentes formas, como los procesos físicos que ocurren en el universo involucran energía sus transferencias y transformaciones de energía, el segundo es el trabajo que básicamente es la proyección de la fuerza aplicada sobre un cuerpo, en la dirección en que se mueve un cuerpo por la distancia que se ha movido ese cuerpo, los cuales son aplicadas a las situaciones de la vida cotidiana que vemos cada día, encontraremos las bases para interpretar estos fenómenos, y comprender de qué manera interactúan.

Además de comprender la física como ciencia que estudia la naturaleza en un sentido muy amplio donde la ciencia básica que estudia el cosmos, es decir la interpretación del todo a través de la vista científica. Si lo vemos desde la forma en que lo podemos aplicar, este campo de la física es demasiado amplio puesto que se utiliza en la explicación de la aparición de propiedades nacidas, de otras ciencias tales como sociología y Biología.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD Energía de un sistema 1. Un arquero jala hacia atrás la cuerda de su arco 0.400 m al ejercer una fuerza que aumenta uniformemente de cero a 230 N. (a) ¿Cuál es la constante de resorte equivalente del arco? (b) ¿Cuánto trabajo realiza el arquero al estirar su arco? (a) ¿Cuál es la constante de resorte equivalente del arco? La constante del resorte se da por: 𝐹 = 𝑘𝑥 𝑘=

𝐹 (230 N) = = 𝟓𝟕𝟓 𝐍/𝐦 𝑥 (0.400 m)

(b) ¿Cuánto trabajo realiza el arquero al estirar su arco? 1 2

Trabajo = 𝐹𝑎𝑣𝑔 𝑥 = (230 N)(0.400 m) = 𝟒𝟔. 𝟎𝐉

2. Un objeto de 3.00 kg tiene una velocidad de 5.00𝑖̂− 3.00𝑗̂ m/s. (a) ¿Cuál es su energía cinética en ese momento? (b) ¿Cuál es el trabajo neto invertido en el objeto si su velocidad cambia a 8.00𝑖̂+ 4.00𝑗̂ m/s? ⃗⃗⃗ 𝐕𝐢 = (𝟓. 𝟎𝟎𝒊̂ − 𝟑. 𝟎𝟎𝒋̂) = 𝒎/𝒔 (a) ¿Cuál es su energía cinética en ese momento? 2 2 𝑣𝑖 = √𝑣𝑖𝑥 + 𝑣𝑖𝑦 = √52 + 32 = √34.0 𝑚/𝑠

1 1 𝐾𝑖 = 𝑚𝑣𝑖2 = (3.00𝑘𝑔)(34.0 𝑚2 /𝑠 2 ) = 𝟓𝟏. 𝟎𝐉 2 2 (b) ¿Cuál es el trabajo neto invertido en el objeto si su velocidad cambia a 8.00𝑖̂+ 4.00𝑗̂ m/s? ⃗⃗⃗⃗ 𝐕𝒇 = (𝟖. 𝟎𝟎𝒊̂ + 𝟒. 𝟎𝟎𝒋̂) 𝑣𝑓2 = ⃗⃗⃗ V𝑓 ⋅ ⃗⃗⃗ V𝑓 = 64.0 + 16.0 = 80.0 𝑚2 /𝑠 2 1 3.00 ∆𝐾 = 𝐾𝑓 − 𝐾𝑖 = 𝑚 (𝑣𝑓2 − 𝑣𝑖2 ) = = (80.0) − 60.0 = 𝟔𝟎. 𝟎𝐉 2 2

Conservación de energía Un bloque de 6.00 kg se pone en movimiento hacia arriba de un plano inclinado con una rapidez inicial de 8.00 m/s (ver figura). El bloque llega al reposo después de viajar 3.00 m a lo largo del plano, que está inclinado en un ángulo de 30.0° con la horizontal. Para este movimiento, determine (a) El cambio en la energía cinética del bloque. (b) El cambio en la energía potencial del sistema bloque–Tierra. (c) La fuerza de fricción que se ejerce sobre el bloque. (d) El coeficiente de fricción cinética.

(a) El cambio en la energía cinética del bloque.

∆𝐾 =

1 1 𝑚 (𝑣𝑓2 − 𝑣𝑖2 ) = − 𝑚𝑖2 = −𝟏𝟗𝟐𝐉 2 2

(b) El cambio en la energía potencial del sistema bloque–Tierra. ∆𝑈 = 𝑚𝑔 (3.00 m) sin 30° = 𝟖𝟖. 𝟐𝐉 ∆𝑈 = (6.00𝑘𝑔)(9.80 𝑚/𝑠 2 ) (3.00 m) sin 30° = 𝟖𝟖. 𝟐𝐉 (c) La fuerza de fricción que se ejerce sobre el bloque. La energía mecánica convertida debido a la fricción es de 86.5J 86.5J 𝑓= = 𝟐𝟖. 𝟖𝐍 3.00m (d) El coeficiente de fricción cinética. 𝜇𝑘 =

28.8 N = 𝟎. 𝟓𝟔𝟓 (6.00𝑘𝑔)(9.80 𝑚/𝑠 2 )𝑐𝑜𝑠30.0°

4. Un marine de 82.5 kg en entrenamiento básico asciende en 8.00 s una soga vertical de 10.0 m con una rapidez constante. ¿Cuál es su potencia desarrollada? 𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 = 𝑃=

𝑾 𝒕

𝑚𝑔ℎ (82.5𝑘𝑔)(10.0𝑚) = = 𝟏𝟎𝟑, 𝟏𝟐𝑾 𝑡 8.00𝑠

Cantidad de movimiento lineal y colisiones 5. Una bola de acero de 2.50 kg golpea una pared con una rapidez de 12.0 m/s en un ángulo de 60.0° con la superficie. Rebota con la misma rapidez y ángulo. Si la bola está en contacto con la pared durante 0.180 s, ¿cuál es la fuerza promedio que la pared ejerce sobre la bola?

⃗⃗ = 𝑭 ⃗ ∆𝒕 ∆𝑷 ∆𝑃𝑦 = 𝑚(𝑣𝑓𝑦 − 𝑣𝑖𝑦 ) = 𝑚(𝐶𝑜𝑠60.0°) − 𝑚𝑣𝐶𝑜𝑠60.0° = 0 ∆𝑃𝑥 = 𝑚(−𝑣 𝑆𝑒𝑛 60.0° − 𝑣 𝑆𝑒𝑛 60.0°) = −2𝑚𝑣 𝑆𝑒𝑛 60.0° = −2(2.50𝑘𝑔)(12.0 𝑚/𝑠)(0.866) = −2(2.50𝑘𝑔)(12.0 𝑚/𝑠)(0.866) = −51.96 𝑘𝑔 ⋅ 𝑚/𝑠 𝐹𝑝𝑟𝑜𝑚 =

∆𝑃𝑥 −51.96 𝑘𝑔 ⋅ 𝑚/𝑠 = = −𝟐𝟖𝟖. 𝟖 𝐍 ∆𝑡 0.180 𝑠

6. Una bala de 12.0 g se dispara en un bloque de madera fijo (m = 4.80 kg). La bala se incrusta en el bloque. La rapidez de la combinación bala más madera inmediatamente después de la colisión es 0.500 m/s. ¿Cuál fue la rapidez original de la bala?

Antes 𝑚1 = 12.0 𝑔 𝑣1 = ? 𝑚2 = 4.80 𝑔

𝑣2 = 0 𝑚/𝑠

Después 𝑚1 = 12.0 𝑔 ×

1𝑘𝑔 = 10−2 𝑘𝑔 1000𝑔

𝑚1 + 𝑚2 = 12.0 + 4.80𝑘𝑔 = 10−2 𝑘𝑔 + 4.80𝑘𝑔 = 𝟒. 𝟖𝟏𝒌𝒈 𝑽𝑭 = 𝟎. 𝟓𝟎𝟎 𝒎/𝒔 (𝑚1 × 𝑉1 ) − (𝑚2 × 𝑉2 ) = (𝑚1 + 𝑚2 ) × 𝑉𝐹 (10−2 × 𝑉1 ) − (4.80 × 0) = (4.81) × 0.500 (10−2 × 𝑉1 ) = (2.405) 𝑉1 =

2.405 = 𝟐𝟒𝟎. 𝟓 𝒎/𝒔 10−2

Breve estudio de la presión 7. La presión atmosférica normal es de 1.013 x 105Pa. La proximidad de una tormenta hace que la altura de un barómetro de mercurio caiga 20.0 mm de la altura normal. ¿Cuál es la presión atmosférica? (La densidad del mercurio es 13.59 g/cm3.) ∆𝑃0 = 𝑃𝑔∆ℎ = −2.66 × 103 𝐏𝐚 𝑃 = 𝑃0 + ∆𝑃0 = (1.013 − 0.0266) × 105 𝐏𝐚 = 𝟎. 𝟗𝟖𝟔 × 𝟏𝟎𝟓 𝐏𝐚

8. Un pedazo de aluminio se suspende de una cuerda y después se sumerge en un recipiente con agua. La masa del aluminio es de 1.5 Kg y su densidad es de 2.7×10³Kg/m³. Calcule la tensión de la cuerda antes y después de sumergido el bloque. La tensión de la cuerda antes es simplemente el peso del trozo de aluminio es decir: 𝑃 = 𝑚𝑔 = 1.5𝐾𝑔 × 9.8𝑁 = 𝟏𝟒. 𝟕𝐍 Cuando se sumerge la fuerza de empuje es: 𝐸 = 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑉𝑎𝑙 g pero el volumen del aluminio es 𝑉𝐴𝑙 =

𝑚 𝜌𝐴𝑙

La fuerza de empuje será 𝐸 = 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 =

𝑚 1.5 g = 103 = 9.8 = 𝟓. 𝟒𝐍 𝜌𝐴𝑙 2.7 × 103

La tensión de la cuerda será: 𝑇 = 9.8 − 5.4 = 𝟒. 𝟒𝐍

Dinámica de fluidos y aplicación de la dinámica de fluidos 9. Un avión cruza a una altura de 10 km. La presión afuera de la cabina es 0.287 atm; dentro del compartimiento de pasajeros, la presión es de 1.00 atm y la temperatura es de 20°C. En el sello de una de las ventanas del compartimiento de pasajeros ocurre una pequeña fuga. Represente el aire como un fluido ideal para encontrar la rapidez de la corriente del aire que circula a través de la fuga. 1 1 𝑃1 + 𝜌𝑔𝑦1 + 𝜌𝑣12 = 𝑃2 + 𝜌𝑔𝑦2 + 𝜌𝑣22 2 2 1 1.00 𝑎𝑡𝑚 + 0 + 0 = 0.287 𝑎𝑡𝑚 + 0 + (1.20 𝑘𝑔/𝑚3 )𝑣22 2 5 2(1.00 − 0.287)(1.013 × 10 N/𝑚2 ) 𝑣2 = √ = 𝟑𝟒𝟕 𝒎/𝒔 1.20 𝑘𝑔/𝑚3 10. Se tiene una corriente de agua en flujo estable desde el grifo de una cocina, en el grifo, el diámetro de la corriente es de 0.960 cm. La corriente llena un contenedor de 125 cm 3 en 16.3 s. Encuentre el diámetro de la corriente 13.0 cm abajo de la abertura del grifo. La velocidad de flujo de volumen es: 125 𝑐𝑚3 0.960 𝑐𝑚 2 = 𝐴𝑣1 = 𝜋 ( ) 𝑣1 16.3 𝑠 2 La velocidad en la parte superior que cae es: 𝑣1 =

7.67 𝑐𝑚3 /𝑠 = 10.6 𝑐𝑚/𝑠 0.724 𝑐𝑚2

Tomando el punto 2 a 13 cm debajo de : 1 1 𝑃1 + 𝜌𝑔𝑦1 + 𝜌𝑣12 = 𝑃2 + 𝜌𝑔𝑦2 + 𝜌𝑣22 2 2 1 3 2 𝑃0 + (1000𝑘𝑔/𝑚 )(9.8 𝑚/𝑠 )0.13𝑚 + + (1000𝑘𝑔/𝑚3 )(0.106 𝑚/𝑠 2 ) 2 1 𝑃0 = 0 + (1000𝑘𝑔/𝑚3 )𝑣22 2 2 𝑣2 = √2(9.8 𝑚/𝑠 )0.13𝑚 + (0.106 𝑚/𝑠 2 ) = 𝟏. 𝟔𝟎 𝒎/𝒔 La tasa de flujo de volumen es constante: 𝑑 2 7.67 𝑐𝑚3 /𝑠 = 𝜋 ( ) 160 𝑐𝑚/𝑠 2 𝑑 = 𝟎. 𝟐𝟒𝟕𝒄𝒎

CONCLUSIONES

Como resultado de este trabajo se pudo realizar la solución a los ejercicios propuestos de la unidad DOS con la ayuda del material dado, de investigaciones y la implementación de fórmulas. Con ello se entendió el buen uso de las fórmulas en la utilización de problemas de física. Se comprende que la Energía potencial en una región del espacio existe un campo de fuerzas para dar la conservación además el trabajo que se da para mover una masa cualquiera a un punto. El grupo trabaja y comprende que aplicar los conocimientos adquiridos teóricamente sobre la conservación de la energía, sirve como mecanismo para determinar velocidades aplicando la conservación de la energía aplicando simples despejes de ecuaciones, colocando en práctica lo aprendido durante los ejercicios.

BIBLIOGRAFIA Trenzado, Jose. L. (2014), Física. Editorial Universidad de Las Palmas de Gran Canaria Retrieved from http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?docID=11013443 Serway, Raymond A.; Jewett, John W.; FÍSICA para Ciencias e Ingeniería; Cengage Learning Editores S.A. de C.V.; Mexico, Distrito Federal, México (2014), Retrieved from http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/detail.action?docID=10827187