Capítulo 11: Equilibrio y elasticidad

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.101 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.101 Un pescador cuelga verticalmente un pez de 4.50 kg de un alambre de acero de 1.50 m de longitud y área transversal de 5.00 3 1023cm2. El extremo superior del alambre está bien sujeto a un soporte.a) Calcule…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.100 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.100 Módulo de volumen de un gas ideal. La ecuación de estado(la que relaciona la presión, el volumen y la temperatura) de un gasideal es pV 5 nRT, donde n y R son constantes. a) Demuestre que siel gas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.99 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.99 Un dispositivo para medir la compresibilidad consiste en un cilindro lleno de aceite y provisto de un pistón en un extremo. Un bloquede sodio se sumerge en el aceite y se aplica una fuerza al pistón. Suponga que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.98 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.98 Dos escaleras, de 4.00 m y 3.00 m de longitud, tienen una bisagra en el punto A y están atadas por una cuerda horizontal 0.90 m arribadel piso (figura 11.67). Las escaleras pesan 480 N y 360 N,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.97 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.97 Reducción de la tensión al mínimo. Varios objetos cuelgan deuna pesada viga horizontal de longitud L apoyada en un pivote sin fricción en su extremo izquierdo y en un cable de peso despreciable atado ala viga en I…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.96 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.96 Tumbar un poste. Unextremo de un poste de altura hque pesa 400 N descansa en unasuperficie horizontal áspera (ms 50.30). El extremo superior sesujeta con una cuerda fijada a lasuperficie que forma un ángulo de36.9° con el poste…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.95 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.95 Un librero que pesa 1500 Ndescansa en una superficie horizontal donde el coeficiente de fricción estática es ms 5 0.40. Ellibrero tiene 1.80 m de altura y2.00 m de anchura, con su centrode gravedad en su centro geométrico,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.94 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.94 Una varilla horizontal uniforme de cobre tiene longitud iniciall0, área transversal A, módulo de Young Y y masa m; está sostenida porun pivote sin fricción en su extremo derecho y por un cable en el izquierdo. Tanto el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.93 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.93 Una barra con área transversal A se somete a fuerzas detensión iguales y opuestas ensus extremos. Considere un planoque atraviesa la barra formandoun ángulo u con el plano perpendicular a la barra (figura 11.64).a) ¿Qué esfuerzo de tensión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.92 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.92 Un contrabandista produce etanol (alcohol etílico) puro durantela noche y lo almacena en un tanque de acero inoxidable cilíndrico de0.300 m de diámetro con un pistón hermético en la parte superior. Elvolumen total del tanque es de 250…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.91 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.91 Se cuelga una lámpara del extremo de un alambre vertical dealuminio. La lámpara estira el alambre 0.18 mm, y el esfuerzo es proporcional a la deformación. ¿Cuánto se habría estirado el alambre:a) si tuviera el doble de longitud?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.90 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.90 Esfuerzo en la espinilla. La resistencia a la compresión denuestros huesos es importante en la vida diaria. El módulo de Youngde los huesos es cerca de 1.4 3 1010 Pa. Los huesos sólo pueden sufrirun cambio de longitud…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.89 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.89 Una varilla de latón de 1.40 m de longitud y área transversal de2.00 cm2 se sujeta por un extremo al extremo de una varilla de níquelde longitud L y área transversal de 1.00 cm2. La varilla compuesta sesomete…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.88 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.88 Un juego de feria (figura 11.63) consiste en pequeños avionesunidos a varillas de acero de 15.0 m de longitud y área transversal de8.00 cm2. a) ¿Cuánto se estira la varilla cuando el juego está en reposo? (Suponga que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.87 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.87 Una varilla de 1.05 m de longitud con peso despreciable estásostenida en sus extremos por alambres A y B de igual longitud (figura11.62). El área transversal de A es de 2.00 mm2, y la de B, 4.00 mm2.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.86 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.86 Un alambre metálico de 3.50 m de longitud y 0.70 mm de diámetro se sometió a esta prueba: se colgó de él un peso original de 20 Npara tensarlo, y se leyó en una escala la posición del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.85 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.85 Una masa de 12.0 kg sujeta al extremo de un alambre de aluminio con longitud sin estirar de 0.50 m gira en círculo vertical, conrapidez angular constante de 120 rev>min. El área transversal delalambre es de 0.014 cm2.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.84 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.84 La ley de Hooke para un alambre. Un alambre de longitudl0 y área transversal A sostiene un peso W que cuelga. a) Demuestreque si el cable obedece la ecuación (11.7), se comporta como resortede fuerza constante AY>l0, donde…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.83 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.83 Constructores de pirámides. Antiguos constructores de pirámides equilibran una losa de piedra rectangular y uniforme inclinándola a un ángulo u por encima de la horizontal y usando una cuerda(figura 11.61). Cinco trabajadores sostienen la cuerda compartiendofuerzas iguales. a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.82 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.82 Un peso W se sostiene unido a unposte metálico vertical y uniforme, mediante un cordón ligero que pasa por unapolea, cuyas masa y fricción son despreciables. El cordón está unido al poste40.0 cm debajo de la parte superior…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.81 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.81 Antes de colocarse en su agujero, un poste uniforme de 5700 Ny 9.0 m de longitud forma cierto ángulo distinto de cero con la vertical.Un cable vertical unido 2.0 m debajo del extremo superior del poste lomantiene fijo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.80 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.80 Un aguilón horizontal se apoya en su extremo izquierdo en unpivote sin fricción y se fija con un cable unido al extremo derecho. Unacadena y una caja con peso total w cuelgan de algún punto del aguilón.El peso…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.79 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.79 Una puerta de cochera está montada en un riel superior(figura 11.59). Las ruedas en A yB se oxidaron, de modo que noruedan, sino que se deslizan sobre el riel. El coeficiente de fricción cinética es de 0.52. Ladistancia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.78 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.78 La paca del problema 11.77es arrastrada sobre una superficiehorizontal con rapidez constantepor una fuerza (figura 11.58).El coeficiente de fricción cinéticaes de 0.35. a) Calcule la magnitudde b) Determine el valor de hcon el cual la paca apenas comenzará…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.77 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.77 Un ingeniero está diseñando un sistema transportador para cargar pacas de paja en un carro (figura 11.57). Las pacas miden 0.25 m a lo ancho, 0.50 m a lo alto y 0.80 m a lo largo (la dimensión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.76 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.76 Dos vigas uniformes idénticas que pesan 260 N cada unaestán unidas por un extremo conuna bisagra sin fricción. Una barra horizontal ligera unida a los puntosmedios de las vigas mantiene unángulo de 53.0° entre las vigas, lascuales cuelgan…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.75 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.75 Dos canicas uniformes de75.0 g y 2.00 cm de diámetro seapilan como se muestra en la figura 11.55, en un recipiente de 3.00cm de anchura. a) Calcule la fuerza que el recipiente ejerce sobrelas canicas en los puntos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.74 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.74 Si colocamos un bloque uniforme en el borde de una mesa, elcentro del bloque debe estar sobre la mesa para que el bloque no caiga. a) Si apilamos dos bloques idénticos en el borde de la mesa,el centro…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.73 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.73 La puerta del corral. Una puerta de 4.00 m de anchura y 2.00 m de altura pesa 500 N; su centro de gravedad está en su centro, y tiene bisagras en A y B. Para aliviar la deformación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.72 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.72 Imagine que está tratando de subir una rueda de bicicleta de masa m y radio R a una acera de altura h; para ello, aplica una fuerza horizontal (figura 11.52). ¿Qué magnitud mínima de logra subir la rueda,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.71 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.71 Arbotante. a) El techo de un edificio simétrico tiene una pendiente de 35.0° sobre la horizontal a cada lado. Si cada lado del techouniforme pesa 10,000 N, ¿qué fuerza horizontal ejerce el techo sobreel borde superior de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.70 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.70 Una mesa uniforme de 90.0 N mide 3.6 m a lo largo, 1.0 m a lo alto y 1.2 m a lo ancho. Se coloca un peso de 1500 N a 0.50 m de un extremo de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.69 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.69 Repase el ejemplo 11.4 donde se sostiene una mancuerna. El peso máximo que puede sostenerse de esa manera está limitado por la tensión máxima permisible T en el tendón (determinada por la resistencia de los tendones) y por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.68 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.68 Antebrazo. En el brazo humano, el antebrazo y la mano pivotean en torno a la articulación del codo. Considere un modelo simplificado donde el músculo bíceps está unido al antebrazo a 3.80 cmdel codo. Suponga que la mano…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.67 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.67 Dos amigos suben un tramo de escalera cargando una caja de 200 kg. La caja mide 1.25 m de longitud y 0.500 m de altura, y el centro de gravedad está en su centro. Las escaleras forman un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.66 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.66  Un extremo de un metro uniforme se coloca contra una pared vertical (figura 11.50); el otro extremo se sostiene con un cordón ligero que forma un ángulo u con el metro. El coeficiente de fricción estática entre el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.65 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.65 Un trabajador quiere darle la vuelta a una caja rectangular uniforme de 1250 N tirando a 53.0° sobre uno de sus lados verticales (figura 11.49). El piso es lo suficientemente áspero para evitar que la caja se deslice.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.64 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.64 Cuando estiramos un alambre, cuerda o banda de hule, se adelgaza además de alargarse. Si se cumple la ley de Hooke, la reducción fraccionaria de anchura es proporcional a la deformación por tensión. Si w0 es la anchura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.63 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.63 Una placa rectangular uniforme con ancho d, altura h y peso W se apoya con sus bordes superior e inferior horizontales (figura 11.18). En la esquina inferior izquierda hay una bisagra y en la esquina superior derecha hay…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.62 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.62 Un adorno consiste en dos esferas de cristal relucientes con masas de 0.0240 kg y 0.0360 kg suspendidas, como en la figura 11.47, de una varilla uniforme con masa de 0.120 kg y longitud de 1.00 m. La…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.61 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.61 El asta de una bandera uniforme horizontal de 5.00 m de longitud y peso de 200 N pivotea en una pared vertical en un extremo, y una acróbata de 600 N cuelga del otro extremo. El asta es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.60 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.60 a) En la figura 11.46a, una viga uniforme de 6.00 m de longitud cuelga de un punto 1.00 m a la derecha de su centro. La viga pesa 140 N y forma un ángulo de 30.0° con la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.59 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.59 Una viga uniforme de 250 kg se sostiene con un cable unido al techo, como muestra la figura 11.45. El extremo inferior de la viga descansa en el piso. a) Calcule la tensión en el cable. b) ¿Qué…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.58 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.58 Un puente levadizo uniforme debe sostenerse con un ángulo de 37° sobre la horizontal para que los barcos puedan pasar por abajo. El puente pesa 45,000 N y tiene una longitud de 14.0 m. Hay un cable conectado…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.57 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.57 Una viga uniforme de 7.5 m de longitud y 9000 N de peso está unida por una rótula a una pared y sostenida por un cable delgado, sujeto a un punto que está a 1.5 m del extremo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.56 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.56 Le piden diseñar el móvil decorativo que se muestra en la figura 11.44. Los hilos y varillas tienen peso despreciable, y las varillas deben colgar horizontales. a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para cada varilla. b) Calcule…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.55 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.55 Un puntal uniforme de masa m forma un ángulo u con la horizontal; está sostenido por un pivote sin fricción situado a un tercio de su longitud con respecto a su extremo inferior izquierdo, y por una cuerda…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.54 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.54 Una escalera de emergencia no uniforme tiene 6.0 m de longitud cuando se extiende al suelo congelado de un callejón. En su parte superior, la escalera está sujeta por un pivote sin fricción, y el suelo ejerce una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.53 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.53 Un cilindro sólido uniforme de masa M se apoya sobre una rampa que se eleva con un ángulo u por encima de la horizontal, mediante un alambre que se enrolla alrededor de su borde y tira de él…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.52 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.52 Camión en puente levadizo. Una revolvedora de cemento cargada entra en un viejo puente levadizo, se descompone y se detiene con su centro de gravedad a tres cuartos del claro del puente. El conductor solicita ayuda por radio,…