FÍSICA
SEMANA 08: TEOREMA TRABAJO-ENERGÍA CINÉTICA. ENERGÍA MECÁNICA. POTENCIA.
TEOREMA TRABAJO – ENERGÍA CINÉTICA
01. La rapidez de una bala, de 10 g de masa, a la salida del
cañón de un fusil de 80 cm de largo es de 1 000 m/s. Si no se considera el
rozamiento y el cañón se mantiene horizontal, ¿Cuál es la magnitud de la fuerza
media (en kN) ejercida por los gases de la explosión de la pólvora durante el
disparo?
A) 5,50 B)
6,25 C) 7,22
D) 8,49 E) 9,81
02. Un rifle de cierta longitud dispara una bala de 200 g
con una rapidez de 800 m/s. Si el tiem- po que la bala permaneció dentro del
cañón fue de 2 ms, calcule la magnitud de la fuerza media aplicada sobre la
bala dentro del cañón (en kN).
A) 32
B) 64
C) 80
D) 96
E) 98
03. Un proyectil de 20 g de masa atraviesa una bolsa de
arena. El proyectil ingresa a una velocidad de 20î m/s y logra salir por el
extremo a una velocidad de 5î m/s. La magnitud de la fuerza de resistencia
promedio de la arena es 15 N. Encuentre la distancia, en cm, que recorre el
proyectil sobre la arena.
A) 16,7 B)
20,0 C) 25,0
D) 26,7 E)
28,3 UNI_2016-II
04. Una bala con una masa de 5 g y una rapidez de 600 m/s
penetra horizontalmente un árbol hasta una distancia de 4 cm. Encuentre la
magnitud de la fuerza media (en kN) de resistencia de la madera del árbol que
detiene la bala.
A) 11,2 B)
15,0 C) 18,9
D) 22,5 E) 32,4
05. Se le da un empujón a una caja para que se deslice sobre
un suelo horizontal. Calcule aproxi
madamente la distancia que recorrerá, en m, si el coeficiente de fricción
cinética es 0,2 y sale
con rapidez inicial de 4 m/s. (g = 9,8 m/s2)
A) 2,98 B)
3,46 C) 4,08
D) 5,66 E)
6,32 UNI_2016-I
06. Al tratar de detener su auto en una calle un conductor
pisa el pedal del freno demasiado fuerte y el auto comienza a resbalar por un
camino recto, recorriendo en total 30 m antes de detenerse. Todas las ruedas
resbalan hasta detenerse. Si la masa del auto es 1 100 kg y el coeficiente de
fricción cinético entre las ruedas y la pista es 0,9; calcule aproximadamente
la rapidez inicial del auto en m/s. g = 9,8 m/s2
A) 13 B) 18 C) 23
D) 25 E) 26 UNI_2016-II
07. Considere una moneda colocada sobre una superficie
horizontal rugosa. Cuando a la moneda se le da una rapidez inicial horizontal V1,
se desplaza una distancia de 20 cm y cuando se le da una rapidez inicial
horizontal V2 se desplaza 45 cm. Calcule la distancia, en cm, que se
desplazará la moneda cuando se le dé una rapidez inicial igual V1+V2.
A) 100 B)
125 C) 150
D) 175 E)
200 UNI_2011-I
08. Un
bloque es lanzado sobre una superficie horizontal con una rapidez V1
y se observa que recorre 10 cm hasta detenerse. Si se lanza con una rapidez de
V2 recorre 40 cm. ¿Qué distancia recorrerá si se lanza con una
rapidez V1+V2?
A) 40 B) 80 C) 90
D) 110 E) 130
09.
Una fuerza 𝐹⃗
actúa sobre un bloque de masa 3 kg que se mueve sobre una superficie sin
fricción habiendo partido del reposo desde el origen de coordenadas. La
dependencia de F con x se muestra en la figura. Calcule la rapidez, en m/s, con
la que se mueve el bloque en el pun
10.
Una partícula de 3 kg empieza a moverse a lo
largo del eje x desde x = 2 m con una velocidad inicial de 2î m/s. Durante su
movimiento actúa sobre la partícula una fuerza:
𝐹⃗(𝑥) = (6 + 4𝑥)î,
donde x está en m y F en N. calcule el
módulo de la velocidad, en m/s, de la partícula al pasar por el punto x = 6 m.
A) 3,91 B)
4,91 C) 5,91
D) 6,91 E) 7,91 PARCIAL_2010-I
11. Un bloque de 16 kg se desplaza con una rapidez constante
de 3 m/s. Cuando pasa por x = 0 m recibe la acción de una fuerza variable cuya
magnitud varía con la posición según la expresión F = 4+8x, en unidades del
S.I. Determine la rapidez (en m/s) del bloque cuando pase por x
= 10 m
A) 2
B) 4
C) 6
D) 7
E) 8
FUERZAS CONSERVATIVAS
12. Si una fuerza es conservativa, se cumple:
I. El trabajo realizado entre dos puntos es independiente de
la trayectoria seguida. II. El trabajo entre dos puntos es el mismo de ida y
vuelta.
III. La fuerza es constante en todo el recorrido.
A) Todas B)
I y II C) I y III
D) sólo I E)
ninguna
13. Determine la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes
proposiciones:
I.
El trabajo de una fuerza conservativa aplicada a
una partícula que se mueve en una trayectoria cerrada es nulo.
II.
El trabajo de una fuerza conservativa es igual a
menos la variación de energía cinética entre dos puntos.
III.
La fuerza del resorte y la fuerza gravitatoria
son fuerzas conservativas.
A) VFF
B) VVF C) FVV
D) VFV E) FFF
14. Señale la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes
proposiciones:
I.
Sólo a una fuerza conservativa se le asocia una
energía potencial.
II.
La energía potencial gravitatoria del sistema
objeto-tierra se almacena en la masa del objeto. III. La energía potencial
elástica en un sistema objeto-resorte se almacena en el resorte.
A) VVV
B) VFV C) VFF
D) FFV E) VVF
15. Una partícula se mueve bajo la acción de una fuerza
conservativa F(x) cuya correspondiente función energía potencial es U(x) = x2,
en unidades del SI. El trabajo, en joules, que realiza la fuerza F(x) para
trasladar la partícula, en un proceso cuasiestático, del punto x = 0,2 m al
punto x = 0,6 m y luego al punto x = 0,4 m, es:
A) –0,16 B)
0,16 C) –0,12
D) 0,12 E)
0,32 PARCIAL_2009-II
16. Una
fuerza conservativa, cuya función ener gía
potencial es U(x) = ‒x ‒1, en unidades del SI, actúa sobre una
partícula llevándola desde la posición x1 = 5 m, hasta la posición x3
= 10 m en un proceso cuasiestático, pasando por la posición x2 = 8
m. Determine el trabajo realiza do por la
fuerza conservativa.
A) 0,1 B) 0,2 C) ‒0,1
D)
‒0,2 E) ‒0,5
TEOREMA TRABAJO – ENERGÍA MECÁNICA
17. Un niño de 40 kg de masa se desliza por un tobogán desde
una altura de h = 2,5 m, par tiendo del
reposo en A. Si llega a B con una rapidez de 4 m/s, el trabajo realizado por la
fuerza de fricción, en J, es: (g = 9,81 m/s2)
A) –981
B) –661
C) –561
D) –451
E) –320
UNI_2009-I
18. Un
bloque de 2 kg de masa, es lanzado des de
el punto A con una rapidez de 5 m/s y se de
tiene en B para luego regresar. Determine el trabajo, en J, desarrollado por la
fuerza de roza miento desde A hasta
B.
g =
9,81 m/s2.
A) −44,6
B) −25,0
C) −19,6
D) −14,6
E) −5,4
19. Un
bloque pequeño de 1 kg es soltado en la posición A. Determine su rapidez, en
m/s, al pasar por el punto B, si entre A y B el trabajo de la fuerza de
rozamiento es −32 J. (g = 10 m/s2)
A) 2
B) 4
C) 6
D) 8
E) 10
20. Un bloque ingresa a una rampa con una rapidez de 2 m/s,
en el punto A. Existe fricción entre el bloque y la rampa. Si el bloque llega
hasta el punto B a una altura H, regresando al punto A con una rapidez de 1
m/s, determine H, en m. (g:
aceleración de la gravedad)
A) 2/3g
UNI_2013-II
21. Se
lanza verticalmente hacia arriba un objeto de 1 kg con una rapidez de 4 m/s;
pero, debido a la fuerza de resistencia del aire, el objeto solo sube 0,5 m.
¿Con que rapidez (en m/s) regresa a la posición de lanzamiento? Considere que
el trabajo de la resistencia del aire es el
mismo de subida y bajada (g = 10 m/s2)
A) 1 B) 2 C)
3
D) 4 E)
5
22. Un bloque de 40 kg de masa al caer libremente sobre la
tierra hace un agujero de 1 m de profundidad. Un estudio experimental probó que
la fuerza media de resistencia del suelo al movimiento del bloque es de F = 490
kN. Calcule aproximadamente desde que altura (en m) cayó el bloque. g = 9,8 m/s2.
A) 1249 B)
1250 C) 1251
D) 1,25 E)
0,25 UNI_2013-I
23. Un objeto se deja caer desde una altura de 12 m sobre la
superficie del agua. Si empuje del agua sobre el cuerpo es el triple de su
peso, deter mine la profundidad que recorre
el objeto dentro del agua antes de empezar su ascenso.
A) 12 B) 9 C) 6
D) 4 E)
3
24.
Un bloque se deja caer desde una altura h = 8 m,
resbala por una superficie curva lisa y entra finalmente en un trayecto
horizontal áspero. Si d = 32 m es la distancia que recorre hasta quedar
detenido, determine el coeficiente de ro
zamiento cinético entre el bloque y el tramo horizontal.
25.
Un bloque de 1 kg es soltado en el punto A y
desliza por una superficie esférica lisa para luego deslizar sobre una
superficie horizontal rugo sa. ¿A qué
distancia, en m, del punto B se detiene? Considere entre el bloque y la
superficie horizontal μK = 0,125, además g = 10 m/s2.
A) 24
B) 30
C) 20
D) 40
E) 50
26. Un bloque de 2 kg se suelta del reposo desde una altura
de h = 1,5 m, tal como se muestra en la figura. Calcule la máxima deformación
que produce el bloque en el resorte (en m). Considere que solo hay fricción en
el tramo AB. El coeficiente de fricción entre el bloque y la superficie AB es
0,5 y g = 10 m/s2.
A) 0,1 B) 0,2 C)
0,3
D) 0,4 E) 0,5 CEPRE_2014-II
27. El
bloque de 4 kg que resbala sobre el plano inclinado fue abandonado en A. Si la
máxima deformación que experimenta el resorte de constante k = 600 N/m es 10
cm, determine el trabajo, en J, realizado por la fuerza de rozami-
ento. (g = 10 m/s2)
A) −6
B) −3 C) −9
D) −4
E) −1
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA
28. La energía mecánica de un cuerpo se conser- va, cuando:
I. Sobre
el cuerpo solamente actúan fuerzas con- servativas.
II. El
trabajo de la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo es cero.
III. Sobre
el cuerpo no existe fuerza de fricción
A) Sólo I B)
I y III C) sólo III
D) III y IV E)
ninguna
29. Una piedra es lanzada desde el piso con una rapidez
inicial de 12 m/s y describe una trayec- toria parabólica. Determine a qué
altura, en m, con respecto al piso la rapidez de la piedra es igual a 6
m/s. (g = 9,81 m/s2)
A) 4,60 B)
5,50 C) 6,60
D) 7,40 E)
8,60 PARCIAL_2007-I
30.
Desde una avioneta que viaja con una veloci
dad de 50î m/s a una altura de 195 m se deja ca
er una piedra. Determine la rapidez de la piedra al chocar con el piso. g = 10
m/s2.
A) 60 B) 70 C)
75
D) 80 E)
90
31. Un
cuerpo se suelta a partir del reposo en caída libre, desde una altura de 60 m
sobre el piso. Determine a que altura (en m) sobre el piso se encontrará el
cuerpo en el instante en el que su energía cinética sea el doble de su energía
potencial. Considere el piso como nivel de referencia de la energía potencial
gravitatoria.
A) 15 B) 20 C)
25
D) 30 E) 40 SELEC_2
020-2
32. Una
manzana se lanza verticalmente hacia arriba. Despreciando la resistencia del
aire determine la relación entre la energía cinética y la energía potencial
cuando pasa por la tercera parte de su altura máxima.
A) 2/3 B) 1/3
C) 3
D) 2 E)
3/2
33.
Hallar la rapidez mínima con que el carrito
llega al puto A de la pista cilíndrica de radio R, para completar el “rizo de
la muerte”.
PARCIAL_2007-II
34.
Calcular la altura mínima H desde la cual se
debe soltar un objeto de masa m para pueda completar el rizo de radio R
mostrado en la fi-
33.
La esfera lisa pasa por el punto A del rizo de
radio r = 1,5 m, con una rapidez de 4 m/s.
Determine el rango (en m) BC que alcanza la
¿
D) 9,63 E) 11,55
36. Un
pequeño bloque se deja caer desde el punto A. Determine el alcance horizontal D
que logra sobre la superficie horizontal. Desprecie el rozamiento.
D) ¿√3R
¿37.
Una esfera de 1 kg es soltada en A. Determi- ne el módulo de la fuerza de
tensión, en N, en la cuerda cuando la esfera pasa por el punto B. (g = 10 m/s2).
A) 15
B) 20
C) 25
D) 30
E) 45
38. Una esfera de 0,5 kg es soltada en la posición mostrada,
de tal forma que describe una tra yectoria
circular. Determine el módulo, en N, de la tensión en la cuerda cuando pase por
P.
¿g =10
m/s2
A) 6
B) 12
C) 18 D) 9
E) 14
39. Un
bloque de masa 120 g se empuja contra un resorte de constante elástica k = 150
N/m, comprimiéndolo 6 cm. Al soltarse el bloque se mueve sobre una superficie
lisa que es primero horizontal y luego es un plano inclinado cuya altura máxima
es h = 30 cm. Determine la verdad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposi ciones: (g = 9,81 m/s2)
I.
La energía elástica del resorte comprimido 6 cm
es 0,54 J.
II.
El bloque sube hasta la parte más alta del plano
inclinado.
III.
El bloque sube sobre el plano inclinado hasta una
altura de 0,23 m (aprox.)
A)
VVF B) VFV C) FVF
D) FVV E)
FFV PARCIAL_2011-I
40. El
resorte de la figura, de k = 8 000 N/m, está inicialmente comprimido 2 cm y al
ser liberado empuja al carrito de 0,2 kg de masa. El carrito se desprende del
resorte cuando éste al canza su longitud
natural y recorre la pista lisa que termina en una rampa. Calcule la altura h
(en m) en la que el carrito tiene una rapidez de
2 m/s. g = 9,8 m/s2
A) 0,51
B) ¿0,61
C) 0,71
D) 0,81
E) 0,91
PARCIAL_2015-II
¿41.
Sobre la superficie horizontal lisa, el bloque de 1,5 kg es lanzado con una
rapidez de 4 m/s hacia el resorte ideal de constante 600 N/m. De termine la máxima deformación del resorte,
en m. A) 0,100
B) 0,200
C) 0,250
D) 0,020
E) 0,025
42. Se tiene una
pequeña plataforma de peso despreciable enganchada a un resorte cuya lon gitud natural sobresale del piso una
longitud L = 0,1H. Un bloque de 100 N de peso se suelta del reposo desde una
altura H, si el bloque se detiene cuando llega el piso, calcule la fuerza (en
N) que ejerce el resorte en dicho instante.
A) ¿200
B) 400
C) 800
D) 1800
E) 2000
UNI_2015-II
43. Una
esfera de acero de 1 kg es soltada en el punto A. Determine la deformación
máxima, en cm, que experimenta el resorte de rigidez 200 N/m. (g = 10 m/s2).
A) ¿3
B) 30
C) 20
D) 10
E) 12
POTENCIA MECÁNICA
44. El trabajo que se realiza para levantar un cuerpo de 5
kg de masa es 6,0 kJ. Si la potencia fue de 1,2 kW, calcule el tiempo (en s)
que se empleó para levantar dicho cuerpo.
A) 2 B)
3 C)
4
D) 5 E)
6 IEN_UNI-2018-I
45. La potencia que desarrolla cierta maquina simple es 40
W. Determine el trabajo (en J) rea lizado
por esta máquina en un periodo de 20 s.
A) 80 B) 160 C) 400
D) 600 E) 800 SELECCIÓN_2017-I
46. Una locomotora de 95 toneladas de masa se mueve en una
pista recta y plana con una rapidez de 40 m/s, aplica los frenos y desacelera
uni- formemente recorriendo 6,4 km antes de dete- nerse. ¿Qué potencia media
(en kW) se requirió para frenar?
A) 79,1 B)
158,3 C) 237,5
D) 316,6 E) 395,76
47. Un auto de 2000 kg de masa acelera uniformemente desde
el reposo hasta alcanzar una rapidez de 10 m/s en un recorrido recto de 20 m.
Determine la potencia media (en kW) entregada por el motor.
A) 50 B)
25 C)
20
D) 15 E) 10
48. Un
motor hidraúlico eleva agua desde el fondo de un pozo de 10 m, expulsándola con
una rapidez de 4 m/s. Si la potencia del motor es 10,61 kW, calcular la masa de
agua, en tone
ladas, que eleva en un minuto. g = 9,81 m/s2
A) 2 B)
3 C)
4
D) 5 E)
6 PARCIAL_2018-I
49. Para
elevar 10 m3 de agua hasta un tanque elevado de un edificio, el cual
se encuentra a 40 m de altura, se utiliza una bomba que tiene un motor de 2 kW.
Si la eficiencia del motor es 80%, ¿en cuánto tiempo aproximadamente se logrará
subir el agua? g = 9,81 m/s2.
A) 36 min 20
s B) 40 min 52 s
C) 45
min D)
52 min 30 s
E) 60
min UNI_2012-I
50. Un motor de 5 kW y una eficiencia del 60% alimenta una
bomba que bombea agua desde el nivel del piso hasta la azotea de un edificio a
razón de 500 L en cada min. Halle la altura, en m, del edificio. g = 10 m/s2
A) 20 B) 21 C)
27
D) 30 E)
36
