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FÍSICA GENERAL CÓDIGO: 100413 FASE 4- TRABAJO COLABORATIVO-UNIDAD 2 UNIDAD No 2 DINÁMICA Y ENERGÍA.

Presentado a: Juan Carlos Gonzales Tutor

Entregado por: Luis Miguel Aroca Vasquez Código: 1143954087 Nombres y Apellidos (Estudiante 2) Código: XXXXX Nombres y Apellidos (Estudiante 3) Código: XXXXX Nombres y Apellidos (Estudiante 4) Código: XXXXX Nombres y Apellidos (Estudiante 5) Código: XXXXX

Grupo: 100413_XX

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA FECHA CIUDAD

INTRODUCCIÓN

En la introducción, el grupo redacta con sus propias palabras la importancia que tiene la realización del trabajo colaborativo; en caso de que utilicen en algunos apartes de fuentes externas, deben citar dicha fuente bibliográfica, que a su vez debe estar en la lista de referencias bibliográficas. NOTA: Es necesario que borre el presente párrafo en el momento en que el grupo defina el contenido de la introducción que incluirá en el trabajo.

TRABAJO COLABORATIVO DE LA UNIDAD 2: DINÁMICA Y ENERGÍA.

Ejercicio No 1. Estudiante que realiza el ejercicio:

En el sistema que se muestra en la figura 1, una fuerza oblicua 𝐹⃗ forma un ángulo θ y actúa sobre el objeto de 𝒎𝟏 kg. La superficie horizontal no tiene rozamiento. Se asume que la polea no tiene masa ni fricción. Teniendo en cuenta el sistema de masas unidas por una cuerda inextensible, donde la masa colgante es de 𝒎𝟐 kg: A. Aplique el método newtoniano para determinar la aceleración 𝑎𝑥 del bloque de 𝒎𝟏 kg, en función de 𝐹. B. Trace una gráfica cuantitativa de 𝑎𝑥 en función de 𝐹 (incluyendo valores negativos de 𝐹 ). C. Responda las siguientes preguntas: ¿Para qué valores de 𝐹 acelera hacia arriba el objeto de 𝒎𝟐 kg? D. ¿Para qué valores de 𝐹 permanece el sistema en reposo o se mueve con rapidez constante? E. Trace una gráfica cuantitativa de 𝑇 en función de 𝐹 (incluyendo valores negativos de 𝐹).¿Para qué valores de 𝐹 queda distensionada la cuerda? ¿Es válida la gráfica trazada en la en el numeral anterior para esos valores? ¿Por qué? Datos del ejercicio

Desarrollo del ejercicio Diagrama de cuerpo libre

DATOS θ°(Grados)

24,41

m1°(kg)

7,50

m2 (kg)

3,90

RESPUESTAS A. B. C. D. E.

Estudiante que revisa el ejercicio:

Figura 1. Sistema Ejercicio No 1.

de

masas

unidad;

Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado:

PARA CAJA 1 (MASA 1 )

PARA CAJA 2 (MASA 2)

ACELERACION 𝑎=

𝑚2𝑔 7,50(9,8) = = 6,44𝑚/𝑠 2 𝑚1 + 𝑚2 7,50 + 3,90

Cuantificar la aceleración con respecto a la fuerza 𝐹⃗ = 𝑚 ∗ 𝑎⃗ 𝑎⃗ = ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹⃗ /𝑚 Tabla de valores

fuerza (N) aceleracion

-3 -2 -0,4 -0,3

-1 -0

0 1 2 3 0 0,1 0,3 0,4

GRAFICA CUANTITATIVA

Fx ax

-3 -2 -1 -0,4 -0,3 -0,1

0 1 2 3 ax 0 0,133 0,3 0,4 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

-4

-3

-2

-1

-0,1

-0,2 -0,3 -0,4 -0,5

0

1

2

3

4

D1) la casa 2 acelera hacia arriba cuando se le comienza a ejercer una fuerza positiva D2) el sistema permanece el reposo cuando no se le ejerce ni una fuerza positiva ni negativa cuando está en cero (0)

Observaciones (Espacio exclusivo para el estudiante que realiza la revisión del ejercicio) :

Ejercicio No 2. Estudiante que realiza el ejercicio:

Estudiante que revisa el ejercicio:

Sobre una superficie horizontal rugosa se ubica una masa de 𝒎𝟐 kg que está unida a otras dos masas de 𝒎𝟏 kg y 𝒎𝟑 kg, como lo muestra la figura 2. Si la mesa tiene un coeficiente de fricción de deslizamiento de 𝝁 y se considera que la masa de la cuerda es despreciable y las poleas no tienen fricción, entonces: A. Determine la aceleración de cada bloque y sus direcciones. B. Determine las tensiones en las dos cuerdas. Datos del ejercicio

Desarrollo del ejercicio

Figura 2. Sistema de masas unidad; Ejercicio No 2.

Explicación justificación utilizada en realizado:

y/o y/o regla el proceso

Para masa 1 DATOS m1 (kg)

3.40

∑ 𝑓𝑦 = 𝑚 ∗ 𝑎

m2 (kg)

2.20

m3 (kg)

8.10

𝑇1 = 𝑤1 = 𝑚1 ∗ 𝑎 𝑇1 − 𝑚1𝑔 = 𝑚1 ∗ 𝑎

𝝁

0.215

Para masa 2

RESPUESTAS

∑ 𝑓𝑥 = 𝑚 ∗ 𝑎

A.

𝑇2 − 𝑇1 − 𝑓𝑟 = 𝑚2 ∗ 𝑎 𝑓𝑟 = 𝜇 𝑓𝑁

B.

∑ 𝑓𝑦 = 0 𝑓𝑁 − 𝑤 = 0 𝑓𝑁 = 𝑤 𝑓𝑁 = 𝑚2 ∗ 𝑔 𝑇2 − 𝑇1 − 𝜇𝑚2 ∗ 𝑔 = 𝑚2 ∗ 𝑎

Para masa 3 ∑ 𝑓𝑦 = 𝑚𝑎 𝑤3 − 𝑇2 = 𝑚𝑎 𝑚3 ∗ 𝑔 − 𝑇2 = 𝑚3𝑎 Sumamos las tres ecuaciones que nos dieron 𝑇1 − 𝑚1𝑔 = 𝑚1 ∗ 𝑎 𝑇2 − 𝑇1 − 𝜇𝑚2 ∗ 𝑔 = 𝑚2 ∗ 𝑎 𝑚3 ∗ 𝑔 − 𝑇2 = 𝑚3𝑎 De la suma de estas tres ecuaciones nos queda la fórmula para calcular la aceleración 𝑚3𝑔 − 𝜇𝑚2𝑔 − 𝑚1𝑔 = 𝑚1𝑎 + 𝑚2𝑎 + 𝑚3𝑎 𝑚3𝑔 − 𝜇𝑚2𝑔 − 𝑚1𝑔 = (𝑚1 + 𝑚2 + 𝑚3)𝑎 𝑚3𝑔 − 𝜇𝑚2𝑔 − 𝑚1𝑔 𝑎= (𝑚1 + 𝑚2 + 𝑚3)

𝑎=

(8,10)(9,8) − (0,215)(2,20)(9,8) − (3,40)(9,8) = 3,02 𝑚/𝑠 2 8,10 + 2,20 + 3,40

Calculamos la tensión en masa 1 por ello remplazamos en las formulas anteriores Tensión en masa 1 𝑇1 − 𝑚1𝑔 = 𝑚1 ∗ 𝑎 𝑇1 − (3,40)(9,8) = (3,40)(3,02) 𝑇1 = 43,58𝑁 Tensión en masa 3 𝑚3 ∗ 𝑔 − 𝑇2 = 𝑚3𝑎 (8,10)(9,8) − 𝑇2 = (8,10)(3,02) 𝑇2 = 54,92𝑁

Observaciones (Espacio exclusivo para el estudiante que realiza la revisión del ejercicio) :

Ejercicio No 3. Estudiante que realiza el ejercicio:

Estudiante que revisa el ejercicio:

Considere un cuarto de bodega en forma de trapecio de isósceles, cuyas bases son de b1 m (Segmento AB) y b2 m (Segmento DC). Los vértices se rotulan como se muestra en la figura 3. Un trabajador empuja por el piso una caja de mercancía pequeña pero pesada de m1 kg de masa. El coeficiente de rozamiento cinético entre la caja y el suelo vale µ Determine el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento que actúa sobre la caja para cada una de las siguientes trayectorias (cada flecha indica el segmento rectilíneo que conecta los puntos marcados en sus extremos), teniendo en cuenta que la altura del trapecio es de h1 m: A. AC B. ADC. C. ABCD D. Explique por qué los anteriores resultados demuestran que la fuerza de

Figura 3. Trapecio de Ejercicio No 3.

rozamiento no es conservativa. Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio

Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado:

Sacamos el triángulo rectángulo que se forma

DATOS b1 (m)

9,70

b2 (m)

6,40

m1 (kg)

4,40

𝝁

0,279

h1 (m)

3,70

𝑥 + 6,40 + 𝑥 = 9,70 2𝑥 = 9,70 − 6,40 9,70 − 6.40 𝑥= = 1,65 2

L H=3,70

RESPUESTAS A. B. C.

X=1,65

D

Después de calcular x podemos hallar l por medio de Pitágoras 𝑙 = √𝑥 2 + ℎ2 𝑙 = √1,652 + 3,702 = 4,05 Después de calcular esto tenemos todos los puntos del trapecio 6,40

4,05

4,05

9,70

Con esto podemos calcular los punto A -> C ∑ 𝑓𝑦 = 0 𝑓𝑁 − 𝑤 = 0 𝑓𝑁 = 𝑤 𝑓𝑁 = 𝑚𝑔 𝑓𝑟 = 𝜇 ∗ 𝑓𝑁 𝑓𝑟 = 𝜇 ∗ 𝑚𝑔 𝑓𝑟 = 0,279 ∗ 4,40 ∗ 9,8 = 12,03𝑁 Calculamos el cateto que hay entre A y C 9,702 = 𝑧 2 + 4,052 𝑧 = √94,09 − 16,40 = 8,81𝑚 Para calcular el trabajo realizado se utilizara la siguiente formula 𝑤𝑓𝑟 = −𝑓𝑟 ∗ 𝐴𝐶 𝑤𝑓𝑟 = −12,03 ∗ 8,81 = −105,9 𝐽 Calculamos entre los puntos ADC Sumamos los lados AD + DC para obtener resultante r 𝑟 = 4,05 + 6,40 𝑟 = 10,45 Remplazamos en la formula 𝑤𝑓𝑟 = −𝑓𝑟 ∗ 𝐴𝐶 𝑤𝑓𝑟 = −12,03 ∗ 10,45 = −125,71𝐽

Calculamos en los puntos ABCD para obtener el resultante t 𝑡 = 𝐴𝐵 + 𝐵𝐶 + 𝐶𝐷 𝑡 = 9,70 + 4,05 + 6,40 𝑡 = 20,15 𝑤𝑓𝑟 = −𝑓𝑟 ∗ 𝐴𝐶 𝑤𝑓𝑟 = −12,03 ∗ 20,15 = −242,40𝐽

La fuerza no es conservativa ya que el trabajo realizado depende del punto Por el cual este pasando Observaciones (Espacio exclusivo para el estudiante que realiza la revisión del ejercicio) :

Ejercicio No 4. Estudiante que Estudiante que realiza el ejercicio: revisa el ejercicio: En la construcción de un edificio se tiene un martillo de acero con masa de 𝒎𝟏 kg que se levanta 𝒙𝟏 m sobre el tope de una viga en forma de I vertical, que se está clavando en el suelo. El martillo se suelta, metiendo la viga -I- otros 𝒙𝟐 cm en el suelo. Los rieles verticales que guían el martillo ejercen una fuerza de fricción constante de 𝒇𝒓 N sobre éste. Use el teorema trabajo-energía para determinar A. La rapidez del martillo justo antes de golpear la viga-I y B. La fuerza media que el martillo ejerce sobre la viga-I. Ignore los efectos del aire. Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado:

Para calcular la rapidez del martillo calculamos el peso DATOS m1 (kg)

2,09

x1 (m)

3,20

x2 (m)

7,10

fr (N)

64,8

𝑤 = 𝑚𝑔 𝑤 = 209 ∗ 9,8 𝑤 = 2048,2𝑁 A su vez calculamos fuerza Neta

RESPUESTAS

𝑓𝑁 = 𝑤 − 𝑓𝑟 𝑓𝑁 = 2048.2 − 64,8 𝑓𝑁 = 1983,4𝑁

A. B.

Distancia del punto 1 al 2 𝑆1 = 3,2 Calculamos el trabajo 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (𝑤 − 𝑓𝑟)𝑆1 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (2048,2 − 64,8) ∗ 3,2 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 6346,88 𝐽 Para calcular la velocidad del martillo antes de golpear la viga 1 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑚𝑣 2 − 0 2 2 𝑊𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 2(6346,88) 𝑣=√ = √ = 7,7𝑚/𝑠 𝑚 209

Observaciones (Espacio exclusivo para el estudiante que realiza la revisión del ejercicio) :

Ejercicio No 5. Estudiante que Estudiante que realiza el ejercicio: revisa el ejercicio: Un móvil de 𝒎𝟏 kg asciende una colina de Aº a una velocidad constante de 𝒗𝟏 km/h, después de ello, el automóvil ingresa a una superficie horizontal y alcanza a desarrollar una velocidad de 𝒗𝟐 m/s en 𝒕𝟏 s; si la fricción entre las llantas del móvil y el pavimento es de 𝒇𝒓 N durante todo el recorrido, determine la potencia desarrollada por el motor del automóvil: A. En la colina B. En la superficie horizontal Datos del ejercicio Desarrollo del ejercicio Explicación y/o justificación y/o regla utilizada en el proceso realizado: PARA CALCULAR LA POTENCIA DEL VEHÍCULO EN LA COLINA DATOS Aplicamos la ley de newton que nos dice que las sumatorias de la fuerza m1 (kg) 950 son iguales a cero Aº (grados) 16,4 v1 (km/s)

39,5

v2 (m/s)

57,9

Fr (N)

36,9

RESPUESTAS A. B.

∑𝑓 = 0 𝑓𝑚 − 𝑓𝑟 − 𝑚𝑔 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛽 = 0 𝑓𝑚 = 𝑓𝑟 + 𝑚𝑔 ∗ 𝑠𝑒𝑛𝛽 𝑓𝑚 = 36,9 + 950(9,8) ∗ 𝑠𝑒𝑛(16,4) 𝑓𝑚 = 2643,7𝑁 Para calcular la potencia utilizamos la fórmula que nos dice 𝑃𝑚 = 𝑓𝑚 ∗ 𝑣 Como la primera velocidad la tenemos en 𝑘𝑚/ℎ la pasaremos a 𝑚/𝑠 39,5

𝑘𝑚 𝑚 = 10,9 ℎ 𝑠

Remplazamos valores y calculamos la potencia del motor 𝑃𝑚 = 2643,7 ∗ 10,9 = 28816,33 𝑤

PARA CALCULAR LA POTENCIA DEL MOTOR EN SUPERFICIE HORIZONTAL ∑ 𝑓 = 𝑚𝑎 𝑓𝑚 − 𝑓𝑟 = 𝑚𝑎 𝑓𝑚 = 𝑚𝑎 + 𝑓𝑟 Hallamos la aceleración diciendo 𝑎=

∆𝑣 𝑣𝑓 − 𝑣𝑖 57,9 − 10,9 = = = 7,58 𝑚/𝑠 2 ∆𝑡 𝑡𝑓 − 𝑡𝑖 6,20 − 0

Con esto calculamos la fuerza del motor 𝑓𝑚 = 950 ∗ (7,58) + 36,9 = 7237,9𝑁 Con ello ya calculamos la potencia del motor 𝑃𝑚 = 𝑓𝑚 ∗ 𝑣 𝑃𝑚 = 7237,9 ∗ 57,9 = 419074.41𝑤

Observaciones (Espacio exclusivo para el estudiante que realiza la revisión del ejercicio) :

CONCLUSIONES

El grupo debe redactar las conclusiones del trabajo realizado en una hoja independiente del resto del trabajo, después del desarrollo de los ejercicios y antes de las referencias bibliográficas. Cada estudiante presenta como mínimo una conclusión. NOTA. Al final de la conclusión, debe indicarse entre paréntesis el nombre del autor y el año de presentación de la misma; por ejemplo; 

Con el desarrollo del presente trabajo colaborativo Fase No 1, se comprendió que en el movimiento circular uniforme, el módulo de la velocidad es constante (Edson Benítez, 2016)



NOTA: En el momento en que el grupo de estudiantes tenga definidas las conclusiones, debe borrar el contenido de la presente hoja.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Las referencias bibliográficas deben presentarse con base en las normas APA. descargarse del entorno de conocimiento del curso de física general.

El documento de las normas APA, puede