capitulo 7 fisica de serway, Diapositivas de Cálculo

¡Descarga capitulo 7 fisica de serway y más Diapositivas en PDF de Cálculo solo en Docsity!

Capítulo 7.

Energía de un Sistema

Ejercicios

Sofía Monje Gutierrez.

6. O La figura 7.9a muestra un resorte ligero extendido que ejerce una fuerza Fs hacia la izquierda sobre el bloque. i) ¿El bloque ejerce una fuerza sobre el resorte? Elija toda respuesta correcta. a) No, no lo hace. b) Sí, hacia la izquierda. c) Sí, hacia la derecha. d) Su magnitud es mayor que Fs. e) Su magnitud es igual a Fs. f) Su magnitud es menor que Fs. ii) ¿El resorte ejerce una fuerza sobre la pared? i.C) La fuerza del bloque sobre el resorte es igual en magnitud y al mismo tiempo es opuesta a la fuerza del resorte que tiene el bloque. ii.E) La tensión del resorte que ejerce fuerza sobre el resorte es igual en magnitud hacia el centro del resorte sobre los objetos que están en ambos extremos.

8. ¿La energía cinética puede ser negativa? Explique. Todo cuerpo en movimiento tiene una energía acumulada capaz de producir otro efecto (EC) No. La energía cinética siempre es positiva. A partir de la fórmula de EC se observa que masa y la velocidad al cuadrado son positivas. Y con esto se tiene que un objeto en movimiento siempre puede hacer un trabajo positivo al golpear a otro objeto y hacer que se mueva en la misma dirección de movimiento. m m Vo=0 (^) Vf=V F F a d Wf= ½ m.v^

9. Discuta el trabajo invertido por un pitcher que lanza una pelota de béisbol. ¿Cuál es la distancia aproximada a través de la cual actúa la fuerza mientras se lanza la pelota?

● La distancia que su mano atraviesa hacia arriba contra el viento y hasta que la suelta.

En primer lugar, un pitcher realiza el trabajo solo al momento de acelerar la pelota, la cual está en estado de reposo, como lo muestra la siguiente imagen: Como se observó en la imagen, el pitcher extiende su mano y es por esto, que el trabajo hacia la pelota de béisbol se hace en la longitud del brazo del jugador. Además, la distancia aproximada a la cual actúa la fuerza mientras se lanza la pelota, es la distancia en la que la mano se mueve hasta que suelta la pelota y esta se puede se ampliar, con el movimiento de dar un paso al frente, como se observa en la figura

11. O Si la rapidez de una partícula se duplica, ¿qué ocurre con su energía cinética? a) Se vuelve cuatro veces mayor. b) Se vuelve dos veces mayor. c) Se vuelve 2 veces mayor. d) No cambia. e) Se vuelve la mitad. El primer paso para resolver esta pregunta, es mediante el planteamiento de la fórmula de la energía cinética : Ec = ½ m * v^2 , donde: Ec = energía cinética m = masa v = velocidad Por tanto, Ec está en función de la masa y la velocidad. Ahora bien, al duplicar la velocidad, ocurre lo siguiente: Ec = ½ m * ( 2 v)^2 Ec = ½ m * 4 v^2 Ec = 4 (½ m * v^2 ) Entonces, al duplicar la velocidad de una partícula, la energía cinética se cuadruplica , es decir, que la respuesta es la opción a)

12. Un estudiante tiene la idea de que el trabajo total invertido en un objeto es igual a su energía cinética final. ¿Este enunciado es cierto siempre, a veces o nunca? Si a veces es cierto, ¿bajo qué circunstancias? Si es siempre o nunca, explique por qué. Si el objeto es una partícula inicialmente en reposo, el trabajo neto realizado sobre el objeto es igual a su energía cinética final : Wneto= ECf-ECo Wneto= ECf - ECo Wneto= Ecf Si el objeto no es una partícula, el trabajo podría entrar (o salir) de alguna otra forma de energía. Si el objeto se mueve inicialmente, su energía cinética inicial debe agregarse al trabajo total para encontrar la energía cinética final. (Ya no se cumpliría Wneto=ECf) A veces es cierto .Para responder nos basamos en el teorema del trabajo y la energía cinética “ El trabajo neto realizado sobre un cuerpo que se desplaza es igual al cambio en su energía cinética “

18. Si sólo una fuerza externa actúa sobre una partícula, ¿necesariamente cambia la a) energía cinética de la partícula? b) ¿Su velocidad?

Si solo una fuerza actúa sobre una partícula, no necesariamente cambia la energía cinética

de la esta. Esto se debe porque en el movimiento circular uniforme actúa la fuerza

centrípeta, que no modifica o altera el módulo de la velocidad. Por lo tanto la energía

cinética es constante. No obstante, lo que si se modifica es la dirección de la velocidad, la

cual es tangente a la circunferencia en todo instante y al modificarse esta, y de acuerdo con

la Segunda Ley de Newton, la velocidad si cambia.

21****. Los músculos del cuerpo ejercen fuerzas cuando se levanta, empuja, corre, salta, etcétera. ¿Estas fuerzas son conservativas? Las fuerzas conservativas, son aquellas en donde su trabajo realizado depende solo de la posición inicial (xi) y final (xf) de la partícula y no de la trayectoria que este ha realizado para llegar de xi a xf. Por ejemplo, al levantar un objeto (e.g. pesas), el cuerpo regresa al mismo sitio después de cada repetición. Asimismo, al realizar una repetición, la energía química generada por esa acción se convierte en trabajo de salida (energía interna) y es por esto, que la fuerza de los músculos del cuerpo no son conservativas.

24. Para limpiarlas, usted quita todas las teclas removibles de un teclado de computadora. Cada tecla tiene la forma de una pequeña caja con un lado abierto. Por accidente, tira las teclas en el suelo. Explique por qué muchas más de ellas aterrizan con el lado de la letra hacia abajo que con el lado abierto. En primer lugar, tenemos que la relación entre la Fuerza conservativa y la energía potencial es la siguiente: F = - dU/dx , donde: F= Fuerza conservativa dU = energía potencial del sistema dx = desplazamiento infinitesimal Como lo describe la anterior ecuación, para explicar dicho fenómeno, se tiene que existe una fuerza que empuja hacia abajo las teclas en donde el ángulo de orientación de la tecla aporta a cómo se da su caída. A su vez, la fricción (generada al caer cada tecla) elimina la energía mecánica del sistema (tecla-Tierra), lo cual causa que las teclas tiendan a una energía potencial mínima (valores de dU bajos) que explica el porqué las mayoría de las teclas caen con la letra hacia abajo.