Capítulo 06: Trabajo y energía cinética

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.54 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.54 Un insecto volador común aplica una fuerza media igual al doble de su peso durante cada aleteo hacia abajo cuando está suspendido en el aire. Suponga que la masa del insecto es de 10 g y que las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.53 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.53 Un remolcador de esquiadores opera en una ladera a 15.0° con longitud de 300 m. La cuerda se mueve a 12.0 km/h y se suministra potencia para remolcar 50 pasajeros (de 70.0 kg en promedio) a la vez.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.52 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.52 El portaaviones John F. Kennedy tiene una masa de 7.4 x 107 kg. Cuando sus motores desarrollan su potencia máxima de 280,000 hp, la nave viaja con su rapidez máxima de 35 nudos (65 km/h). Si el 70%…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.51 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.51 Potencia automotriz. Es frecuente que un automóvil de 1000 kg rinda 30 mi/gal cuando viaja a 60 mi/h en una carretera horizontal. Si este auto realiza un viaje de 200 km, a) ¿cuántos joules de energía consume, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.50 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.50 Un elevador vacío tiene masa de 600 kg y está diseñado para subir con rapidez constante una distancia vertical de 20.0 m (5 pisos) en 16.0 s. Es impulsado por un motor capaz de suministrar 40 hp al…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.49 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.49 Trabajar como caballo. Imagine que usted trabaja levantando cajas de 30 kg una distancia vertical de 0.90 m del suelo a un camión. a) ¿Cuántas cajas tendría que cargar en el camión en 1 min, para que su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.48 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.48 Cuando el motor de 75 kW (100 hp) está desarrollando su potencia máxima, un pequeño avión monomotor con masa de 700 kg gana altitud a razón de 2.5 m/s (150 m/min, o 500 ft/min). ¿Qué fracción de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.47 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.47 Un equipo de dos personas en una bicicleta tándem debe vencer una fuerza de 165 N para mantener una rapidez de 9.00 m/s. Calcule la potencia requerida por ciclista, suponiendo contribuciones iguales. Exprese su respuesta en watts y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.46 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.46 Una piedra de 20.0 kg se desliza por una superficie horizontal áspera a 8.0 m/s y finalmente se para debido a la fricción. El coeficiente de fricción cinética entre la piedra y la superficie es de 0.200. ¿Cuánta…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.45 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.45 Magnetoestrella. El 27 de diciembre de 2004 los astrónomos observaron el destello de luz más grande jamás registrado, proveniente de afuera del Sistema Solar. Provenía de la estrella de neutrones altamente magnética SGR 1806-20 (una magnetoestrella). Durante 0.20…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.44 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.44 El consumo total de energía eléctrica en Estados Unidos es del orden de 1.0 x 1019 J por año. a) ¿Cuál es la tasa media de consumo de energía eléctrica en watts? b) Si la población de ese…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.43 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.43 ¿Cuántos joules de energía consume una bombilla eléctrica de 100 watts cada hora? ¿Con qué rapidez tendría que correr una persona de 70 kg para tener esa cantidad de energía cinética? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.42 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.42 Un albañil ingenioso construye un dispositivo para lanzar ladrillos hasta arriba de la pared donde está trabajando. Se coloca un ladrillo sobre un resorte vertical comprimido con fuerza constante k = 450 N/m y masa despreciable. Al soltarse…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.41 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.41 Un deslizador pequeño con masa de 0.0900 kg se coloca contra un resorte comprimido en la base de un riel de aire inclinado 40.08 hacia arriba sobre la horizontal. El resorte tiene k = 640 N/m y masa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.40 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.40 La mitad de un resorte. a) Suponga que usted corta a la mitad un resorte ideal sin masa. Si el resorte completo tiene una constante de fuerza k, ¿cuál es la constante de fuerza de cada mitad, en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.39 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.39 En un parque acuático, trineos con pasajeros se impulsan por una superficie horizontal resbaladiza liberando un resorte grande comprimido. El resorte, con constante de fuerza k = 40.0 N/cm y masa despreciable, descansa sobre la superficie horizontal sin…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.38 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.38 Suponga que el auto a escala de 2.0 kg del ejercicio 6.37 está inicialmente en reposo en x = 0 y que F es la fuerza neta que actúa sobre él. Use el teorema trabajo-energía para determinar la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.37 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.37 A un automóvil a escala de 2.0 kg, controlado por radio, se aplica una fuerza paralela al eje x; mientras el auto se mueve por una pista recta. La componente x de la fuerza varía con la coordenada…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.36 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.36 Un bloque de hielo de 4.00 kg se coloca contra un resorte horizontal que tiene fuerza constante k = 200 N/m, y está comprimido 0.025 m. El resorte se suelta y acelera al bloque sobre una superficie horizontal.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.35 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.35 a) En el ejemplo 6.7 (sección 6.3), se calcula que, con el riel de aire apagado, el deslizador viaja 8.6 cm antes de parar instantáneamente. ¿Qué tan grande debe ser el coeficiente de fricción estática μs para evitar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.34 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.34 “Press” de piernas. Como parte de su ejercicio diario, usted se acuesta boca arriba y empuja con los pies una plataforma conectada a dos resortes rígidos paralelos entre sí. Al empujar la plataforma, usted comprime los resortes. Realiza…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.33 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.33 Una caja de 6.0 kg que se mueve a 3.0 m/s, sobre una superficie horizontal sin fricción, choca con un resorte ligero cuya constante de fuerza es de 75 N/cm. Use el teorema trabajo-energía para determinar la compresión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.32 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.32 Una vaca terca intenta salirse del establo mientras usted la empuja cada vez con más fuerza para impedirlo. En coordenadas cuyo origen es la puerta del establo, la vaca camina de x = 0 a x = 6.9…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.31 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.31 Suponga que el trineo del ejercicio 6.30 está inicialmente en reposo en x = 0. Use el teorema trabajo-energía para determinar la rapidez del trineo en a) x = 8.0 m, y b) x = 12.0 m. Puede…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.30 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.30 Una niña aplica una fuerza paralela al eje x a un trineo de 10.0 kg que se mueve sobre la superficie congelada de un estanque pequeño. La niña controla la rapidez del trineo, y la componente x de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.29 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.29 Una fuerza de 160 N estira un resorte 0.050 m más allá de su longitud no estirada. a) ¿Qué fuerza se requiere para un estiramiento de 0.015 m de este resorte? ¿Y para comprimirlo 0.020 m? b) ¿Cuánto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.28 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.28 Se requiere un trabajo de 12.0 J para estirar un resorte 3.00 cm respecto a su longitud no estirada. a) ¿Cuál es la constante de fuerza de este resorte? b) ¿Qué fuerza se necesita para estirar 3.00 cm…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.27 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.27 Distancia de paro. Un automóvil viaja por un camino horizontal con rapidez v0 en el instante en que los frenos se bloquean, de modo que las llantas se deslizan en vez de rodar. a) Use el teorema trabajo-energía…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.26 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.26 Un bloque de hielo con masa de 2.00 kg se desliza 0.750 m hacia abajo por un plano inclinado a un ángulo de 36.9° bajo la horizontal. Si el bloque parte del reposo, ¿cuál será su rapidez final?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.25 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.25 Un vagón de juguete con masa de 7.00 kg se mueve en línea recta sobre una superficie horizontal sin fricción. Tiene rapidez inicial de 4.00 m/s y luego es empujado 3.0 m, en la dirección de la velocidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.24 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.24 Un bateador golpea una pelota de béisbol con masa de 0.145 kg y la lanza hacia arriba con rapidez inicial de 25.0 m/s. a) ¿Cuánto trabajo habrá realizado la gravedad sobre la pelota cuando ésta alcanza una altura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.23 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.23 Un “12-pack” de Omni-Cola (masa de 4.30 kg) está en reposo en un piso horizontal. Luego, un perro entrenado que ejerce una fuerza horizontal con magnitud de 36.0 N lo empuja 1.20 m en línea recta. Use el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.22 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.22 Un balón de fútbol sóquer de 0.420 kg se mueve inicialmente con rapidez de 2.00 m/s. Un jugador lo patea, ejerciendo una fuerza constante de 40.0 N en la dirección del movimiento del balón. ¿Durante qué distancia debe…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.21 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.21 Un trineo con masa de 8.00 kg se mueve en línea recta sobre una superficie horizontal sin fricción. En cierto punto, su rapidez es de 4.00 m/s; 2.50 m más adelante, su rapidez es de 6.00 m/s. Use…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.20 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.20 Un electrón en movimiento tiene energía cinética K1. Después de realizarse sobre él una cantidad neta de trabajo W, se mueve con una cuarta parte de su rapidez anterior y en la dirección opuesta. a) Calcule W términos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.19 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.19 Un automóvil es detenido en una distancia D por una fuerza de fricción constante independiente de la rapidez del auto. ¿Cuál es la distancia en que se detiene (en términos de D) a) si el auto triplica su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.18 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.18 Una masa m baja deslizándose por un plano inclinado liso que forma un ángulo a con la horizontal, desde una altura vertical inicial h. a) El trabajo efectuado por una fuerza es la sumatoria del trabajo efectuado por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.17 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.17 Imagine que pertenece a la Cuadrilla de Rescate Alpino y debe proyectar hacia arriba una caja de suministros por una pendiente de ángulo constante α, de modo que llegue a un esquiador varado que está una distancia vertical…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.16 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.16 Se lanza una piedra de 20 N verticalmente hacia arriba desde el suelo. Se observa que, cuando está 15.0 m sobre el suelo, viaja a 25.0 m/s hacia arriba. Use el teorema trabajo-energía para determinar a) su rapidez…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.15 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.15 Use el teorema trabajo-energía para resolver los siguientes problemas. Usted puede utilizar las leyes de Newton para comprobar sus respuestas. Ignore la resistencia del aire en todos los casos. a) Una rama cae desde la parte superior de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.14 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.14 Una sandía de 4.80 kg se deja caer (rapidez inicial cero) desde la azotea de un edificio de 25.0 m y no sufre resistencia del aire apreciable. a) Calcule el trabajo realizado por la gravedad sobre la sandía…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.13 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.13 La masa de un protón es 1836 veces la masa de un electrón. a) Un protón viaja con rapidez V. ¿Con qué rapidez (en términos de V) un electrón tendría la misma energía cinética que un protón? b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.12 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.12 Algunas energías cinéticas familiares. a) ¿Cuántos joules de energía cinética tiene una persona de 75 kg al caminar y al correr? b) ¿En el modelo atómico de Bohr, el electrón del hidrógeno en estado fundamental tiene una rapidez…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.11 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.11 Cráter de meteorito. Hace aproximadamente 50,000 años, un meteorito se estrelló contra la Tierra cerca de lo que actualmente es la ciudad de Flagstaff, en Arizona. Mediciones recientes (2005) estiman que dicho meteorito tenía una masa aproximada de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.10 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.10 a) ¿Cuántos joules de energía cinética tiene un automóvil de 750 kg que viaja por una autopista común con rapidez de 65 mi/h? b) ¿En qué factor disminuiría su energía cinética si el auto viajara a la mitad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.9 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.9 Una pelota de 0.800 kg se ata al extremo de un cordón de 1.60 m de longitud y se hace girar en un circulo vertical. a) Durante un círculo completo, contando a partir de cualquier punto, calcule el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.8 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.8 Un carrito de supermercado cargado rueda por un estacionamiento por el que sopla un viento fuerte. Usted aplica una fuerza constante F = (30 N)i – (40N)j al carrito mientras éste sufre un desplazamiento s = (-9.0m)i –…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.7 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.7 Dos bloques están conectados por un cordón muy ligero que pasa por una polea sin masa y sin fricción (figura 6.30). Al viajar a rapidez constante, el bloque de 20.0 N se mueve 75.0 cm a la derecha…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.6 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.6 Dos botes remolcadores tiran de un buque tanque averiado. Cada uno ejerce una fuerza constante de 1.80 x 106 N, uno 148 al oeste del norte y el otro 14° al este del norte, tirando del buque tanque…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 6.5 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 6.5 Un pintor de 75.0 kg sube por una escalera de 2.75 m que está inclinada contra una pared vertical. La escalera forma un ángulo de 30.0° con la pared. a) ¿Cuánto trabajo realiza la gravedad sobre el pintor?…