Ejercicios resueltos de trabajo, energía, choques y fricción

Ejercicios de la unidad 3 del curso de física: trabajo, energía y leyes de la conservación. Usa $g = 9.8\ \text{m/s}^2$. Resuelve cada uno y después da clic en «Ver respuesta».

Trabajo y potencia

1.- ¿Qué trabajo se realiza al empujar un mueble con 80 N a lo largo de 5 m en la dirección de la fuerza?

1. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$W = 80(5) = 400$ J.

2.- Se jala un trineo con 100 N mediante una cuerda que forma 60° con el suelo, a lo largo de 10 m. ¿Qué trabajo se realiza?

• a) 1 000 J
• b) 866 J
• c) 500 J
• d) 0 J

2. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

c) $W = 100(10)\cos 60° = 500$ J.

3.- ¿Qué trabajo se necesita para subir una caja de 25 kg a una repisa de 1.2 m?

3. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$W = mgh = 25(9.8)(1.2) = 294$ J.

4.- ¿Cuánto trabajo realiza la fuerza normal sobre un auto que avanza por una carretera horizontal?

4. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

Cero, porque la normal es perpendicular al desplazamiento ($\cos 90° = 0$).

5.- Un motor de 2 kW sube una carga de 100 kg durante 5 s a velocidad constante. ¿A qué altura la sube?

5. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$W = Pt = 2000(5) = 10\,000$ J; $h = \dfrac{W}{mg} = \dfrac{10\,000}{980} \approx 10.2$ m.

Energía

6.- ¿Cuál es la energía cinética de un auto de 1 500 kg que viaja a 20 m/s?

6. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$E_c = \dfrac{1}{2}(1500)(20)^2 = 300\,000$ J $= 300$ kJ.

7.- Si la velocidad de un cuerpo se duplica, su energía cinética:

• a) Se duplica
• b) Se reduce a la mitad
• c) Se cuadruplica
• d) No cambia

7. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

c) $E_c$ depende de $v^2$: $(2v)^2 = 4v^2$.

8.- ¿Qué energía potencial tiene una maceta de 3 kg a 8 m de altura?

8. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$E_p = 3(9.8)(8) = 235.2$ J.

9.- ¿Con qué velocidad llega al suelo un objeto que cae desde 5 m (sin fricción)?

9. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2(9.8)(5)} = \sqrt{98} \approx 9.9$ m/s.

10.- Un carrito de 2 kg aumenta su velocidad de 3 m/s a 7 m/s. ¿Qué trabajo neto recibió?

10. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$W = \Delta E_c = \dfrac{1}{2}(2)(7^2 - 3^2) = 49 - 9 = 40$ J.

11.- Un carro de montaña rusa parte del reposo a 30 m de altura. ¿Qué velocidad tiene al llegar al punto más bajo (sin fricción)?

11. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$v = \sqrt{2(9.8)(30)} = \sqrt{588} \approx 24.2$ m/s.

Impulso y choques

12.- ¿Cuál es la cantidad de movimiento de una pelota de 0.15 kg que viaja a 40 m/s?

12. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$p = 0.15(40) = 6$ kg·m/s.

13.- Una fuerza de 200 N actúa sobre un balón durante 0.05 s. ¿Qué impulso recibe?

13. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$I = F\Delta t = 200(0.05) = 10$ N·s, igual a su cambio de cantidad de movimiento.

14.- Un carrito de 2 kg a 6 m/s choca con otro de 4 kg en reposo y quedan unidos. ¿Cuál es su velocidad final?

• a) 3 m/s
• b) 2 m/s
• c) 6 m/s
• d) 1.5 m/s

14. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

b) $2(6) = 6\,v' \Rightarrow v' = 2$ m/s.

15.- Un cañón de 500 kg dispara un proyectil de 5 kg a 200 m/s. ¿Con qué velocidad retrocede?

15. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$0 = 5(200) + 500\,v \Rightarrow v = -2$ m/s (2 m/s hacia atrás).

16.- En un choque elástico se conservan:

• a) Solo la cantidad de movimiento
• b) Solo la energía cinética
• c) La cantidad de movimiento y la energía cinética
• d) Ninguna

16. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

c) En un choque elástico se conservan ambas; en uno inelástico solo la cantidad de movimiento.

Fricción

17.- ¿Qué fricción cinética actúa sobre un bloque de 10 kg con $\mu_k = 0.25$ sobre un piso horizontal?

17. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

$f_k = \mu_k mg = 0.25(10)(9.8) = 24.5$ N.

18.- ¿Qué fuerza horizontal se necesita para mover una caja de 40 kg a velocidad constante si $\mu_k = 0.4$?

18. RespuestaVer respuestaOcultar respuesta

A velocidad constante, la fuerza iguala a la fricción: $F = 0.4(40)(9.8) = 156.8$ N.

Si tuviste dudas, repasa las clases de esta unidad:

Trabajo y potencia

Energía y su conservación

Impulso y choques

Referencias

• Tippens, P. E. (2011). Física: conceptos y aplicaciones (7.ª ed.). McGraw-Hill.
• Colegio Nacional de Matemáticas. Guía práctica para el examen de ingreso a la universidad. Pearson Educación (temario de referencia).

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