Capítulo 07: Energía potencial y conservación de la energía

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.37 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.37 La energía potencial de dos átomos en una molécula diatómica se aproxima con U(r) = a/r12 – b/r6, donde r es la distancia entre los átomos y a y b son constantes positivas. a) Determine la fuerza F(r)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.36 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.36 Sobre un objeto que se mueve en el plano xy actúa una fuerza conservativa descrita por la función de energía potencial U(x,y) = α(1/x2+1/x2), donde α es una constante positiva. Deduzca una expresión para la fuerza expresada en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.35 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.35 Gravedad en dos dimensiones. Dos masas puntuales, m1 y m2, yacen en el plano xy, con m1 fija en el origen, y m2 con libre movimiento y a una distancia r en un punto P, cuyas coordenadas son…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.34 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.34 Gravedad en una dimensión. Dos masas puntuales, m1 y m2, yacen en el eje x, con m1 fija en el origen y m2 en una posición x y libre para moverse. La energía potencial gravitacional de estas masas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.33 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.33 Una fuerza paralela al eje x actúa sobre una partícula que se mueve sobre el eje x. La fuerza produce una energía potencial U(x) dada por U(x) = ax4, donde α = 1.20 J/m4. ¿Qué magnitud y dirección…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.32 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.32 La energía potencial de un par de átomos de hidrógeno separados una distancia grande x está dada por U(x) = -C6/x6, donde C6 es una constante positiva. ¿Qué fuerza ejerce un átomo sobre otro? ¿Esta fuerza es de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.31 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.31 Un bloque con masa m está unido a un resorte ideal con constante de fuerza k. a) El bloque se mueve de x1 a x2 (donde x2 > x1). ¿Cuánto trabajo realiza la fuerza del resorte durante este…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.30 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.30 Usted y tres amigos están parado en las esquinas de un cuadrado de 8.0 m de lado, en el piso de un gimnasio (figura 7.26). Toman su libro de física y lo empujan de una persona a otra.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.29 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.29 Un libro de 0.60 kg se desliza sobre una mesa horizontal. La fuerza de fricción cinética que actúa sobre el libro tiene una magnitud de 1.2 N. a) ¿Cuánto trabajo realiza la fricción sobre el libro durante un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.28 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.28 En un experimento, una de las fuerzas ejercidas sobre un protón es  F = -αx2i, donde α = 12 N/m2. a) ¿Cuánto trabajo efectúa F cuando el protón se desplaza sobre la recta del punto (0.10 m, 0)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.27 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.27 Se tira de una caja de 10.0 kg usando un alambre horizontal en un círculo sobre una superficie horizontal áspera, cuyo coeficiente de fricción cinética es de 0.250. Calcule el trabajo efectuado por la fricción durante un recorrido…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.26 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.26 Un reparador de azoteas de 75 kg sube por una escalera vertical de 7.0 m al techo plano de una casa. Después, camina 12 m sobre el techo, desciende por otra escalera vertical de 7.0 m y, por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.25 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.25 Imagine que le piden diseñar un resorte que confiera a un satélite de 1160 kg una rapidez de 2.50 m/s relativa a un transbordador espacial en órbita. El resorte debe imprimir al satélite una aceleración máxima de 5.00g.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.24 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.24 a) ¿Qué rapidez tiene el elevador del ejemplo 7.9 (sección 7.2) después de haber bajado 1.00 m desde el punto 1 de la figura 7.17? b) ¿Qué aceleración tiene el elevador cuando está 1.00 m abajo del punto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.23 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.23 Una masa de 2.50 kg se empuja contra un resorte horizontal, cuya constante de fuerza es de 25.0 N/cm, sobre una mesa de aire sin fricción. El resorte está unido a la superficie de la mesa, en tanto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.22 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.22 Considere el deslizador del ejemplo 7.8 (sección 7.2) y la figura 7.16. a) Igual que en el ejemplo, el deslizador se suelta del reposo con el resorte estirado 0.100 m. ¿Qué rapidez tiene el deslizador cuando regresa a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.21 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.21 Considere el deslizador del ejemplo 7.7 (sección 7.2) y la figura 7.16. Igual que en el ejemplo, el deslizador se suelta del reposo con el resorte estirado 0.100 m. ¿Qué desplazamiento x tiene el deslizador con respecto a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.20 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.20 Un queso de 1.20 kg se coloca en un resorte vertical con masa despreciable y constante de fuerza k = 1800 N/m que está comprimido 15.0 cm. Cuando se suelta el resorte, ¿qué altura alcanza el queso sobre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.19 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.19 Un resorte de masa despreciable tiene una constante de fuerza k = 1600 N/m. a) ¿Qué tanto debe comprimirse para almacenar en él 3.20 J de energía potencial? b) El resorte se coloca verticalmente con un extremo en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.18 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.18 Una resortera dispara un guijarro de 10 g a una distancia de 22.0 m hacia arriba. a) ¿Cuánta energía potencial se almacenó en la banda de caucho de la resortera? b) Con la misma energía potencial almacenada en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.17 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.17 Un resorte almacena energía potencial U0 cuando se comprime una distancia x0 desde su longitud sin comprimir. a) En términos de U0, ¿cuánta energía almacena el resorte cuando se comprime i) el doble de la distancia y ii)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.16 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.16 Un resorte ideal de masa despreciable tiene 12.00 cm de longitud cuando nada se une a él. Cuando usted cuelga un peso de 3.15 kg del resorte, mide que la longitud de éste es de 13.40 cm. Si usted…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.15 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.15 Una fuerza de 800 N estira cierto resorte una distancia de 0.200 m. a) ¿Qué energía potencial tiene el resorte cuando se estira 0.200 m? b) ¿Y cuando se le comprime 5.00 cm? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.14 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.14 Péndulo. Una piedrita de 0.12 kg está atada a un hilo sin masa de 0.80 m de longitud, formando un péndulo que oscila con un ángulo máximo de 45° con la vertical. La resistencia del aire es despreciable.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.13 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.13 Un horno de microondas de 10.0 kg se empuja para subirlo 8.00 m por la superficie de una rampa inclinada a 36.9° sobre la horizontal, aplicando una fuerza constante F de magnitud 110 N, que actúa paralela a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.12 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.12 Tarzán y Jane. Tarzán, en un árbol, ve a Jane en otro árbol. Él toma el extremo de una liana de 20 m que forma un ángulo de 45° con la vertical, se deja caer de su rama…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.11 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.11 Imagine que, en un parque de diversiones, usted está probando una nueva montaña rusa con un carrito vacío de 120 kg de masa. Una parte de la vía es un rizo vertical con radio de 12.0 m. En…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.10 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.10 Una piedra de masa m se lanza hacia arriba a un ángulo u sobre la horizontal y no experimenta resistencia del aire considerable. Use la conservación de la energía para demostrar que, en su punto más alto, la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.9 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.9 Una piedra con masa de 0.20 kg se libera del reposo en el punto A, en el borde de un tazón hemisférico de radio R = 0.50 m (figura 7.25). Suponga que la piedra es pequeña en comparación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.8 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.8 A una caja vacía se le da un empujón inicial y baja deslizándose por una rampa con rapidez inicial v0, llegando a la base con rapidez v y energía cinética K. Se colocan unos libros en la caja,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.7 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.7 Resuelva el inciso b) del ejemplo 7.6 (sección 7.1) aplicando la ecuación (7.7) a los puntos 2 y 3, en vez de a los puntos 1 y 3 como se hizo en el ejemplo. Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.6 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.6 Una caja de masa M parte del reposo en la cima de una rampa sin fricción inclinada con un ángulo a sobre la horizontal. Calcule su rapidez en la base de la rampa, una distancia d desde donde…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.5 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.5 Se lanza una pelota de béisbol desde la azotea de un edificio de 22.0 m de altura con velocidad inicial de magnitud 12.0 m/s y dirigida con un ángulo de 53.1° sobre la horizontal. a) ¿Qué rapidez tiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.4 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.4 Un nadador de 72 kg salta a la vieja piscina desde un trampolín que está a 3.25 m sobre el agua. Use la conservación de la energía para obtener su rapidez justo al momento de llegar al agua…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.3 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.3 Un saco de correo de 120 kg cuelga de una cuerda vertical de 3.5 m de longitud. Un trabajador de correos desplaza el saco a una posición lateral a 2.0 m de su posición original, manteniendo la cuerda…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.2 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.2 Un saco de 5.00 kg de harina se levanta 15.0 m verticalmente con rapidez constante de 3.50 m/s. a) ¿Qué fuerza se requiere? b) ¿Cuánto trabajo realiza esa fuerza sobre el saco? ¿Qué pasa con dicho trabajo? Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7.1 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 7.1 En un día una alpinista de 75 kg asciende desde el nivel de 1500 m de un risco vertical hasta la cima a 2400 m. El siguiente día, desciende desde la cima hasta la base del risco, que…