Capítulo 11: Equilibrio y elasticidad

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.51 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.51 Una viga de masa M y longitud L se apoya horizontalmente en sus extremos mediante dos cables que forman ángulos u y f con el techo horizontal (figura 11.41). a) Demuestre que si la viga es uniforme, estos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.50 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.50 Un museo de arte moderno está exhibiendo una escultura irregular de 358 N que cuelga de dos alambres verticales delgados, A y B, que están separados 1.25 m (figura 11.40). El centro de gravedad de esta pieza de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.49 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.49 El extremo A de la barra AB de la figura 11.39 descansa en una superficie horizontal sin fricción, y el extremo B tiene una articulación. Se ejerce en A una fuerza horizontal de magnitud 120 N. Desprecie el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.48 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.48 Se usa un martillo de uña para sacar un clavo de una tabla (figura 11.38). El clavo forma un ángulo de 60° con la tabla, y se necesita una fuerza de 500 N aplicada al clavo para sacarlo.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.47 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.47 Suponga que usted inaugura un restaurante y espera atraer a sus clientes colgando un letrero en el exterior (figura 11.37). La viga horizontal uniforme que sostiene el letrero tiene 1.50 m de longitud y masa de 18.0 kg,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.46 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.46 Una varilla de metal delgada y uniforme se dobla para formar tres segmentos perpendiculares, dos de los cuales tienen longitud L. Usted quiere determinar cuál debería ser la longitud del tercer segmento, de manera que la unidad quede…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.45 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.45 Una varilla uniforme de 255 N y 2.00 m de longitud carga un peso de 225 N en su extremo derecho, y un peso desconocido W hacia su extremo izquierdo (figura 11.35). Cuando W se coloca a 50.0…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.44 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.44 Una camioneta tiene una distancia entre ejes de 3.00 m. Normalmente, 10,780 N descansan sobre las ruedas delanteras y 8820 N sobre las ruedas traseras, cuando el vehículo está estacionado en pavimento horizontal. a) Una carga de 3600…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.43 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.43 Tres fuerzas verticales actúan sobre un avión cuando vuela con altitud y velocidad constantes. Se trata del peso del avión, una fuerza vertical aerodinámica sobre el ala y una fuerza vertical aerodinámica sobre la cola horizontal. (El aire…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.42 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.42 Sir Lancelot sale lentamente a caballo de la fortaleza de Camelot pasando por el puente levadizo de 12.0 m que salva el foso (figura 11.34). Él no sabe que sus enemigos cortaron parcialmente el cable vertical que sostiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.41 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.41 Escalar montañas. A menudo los alpinistas utilizan una cuerda para descender por la pared de un acantilado (lo cual se conoce como rapel). Colocan su cuerpo casi horizontal y sus pies empujando contra el risco (figura 11.33). Suponga…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.40 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.40 Un alambre de latón debe resistir una fuerza de tensión de 350 N sin romperse. ¿Qué diámetro mínimo debe tener dicho alambre?   Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SEARS ZEMANSKY 12…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.39 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.39  El límite elástico de un cable de acero es de 2.40 3 108 Pa y su área transversal es de 3.00 cm2. Calcule la aceleración máxima hacia arriba que puede darse a un elevador de 1200 kg sostenido…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.38 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.38 Un alambre de acero de 4.0 m de longitud tiene un área transversal de 0.050 m2, y un límite proporcional igual a 0.0016 veces su módulo de Young (véase la tabla 11.1). El esfuerzo de rotura tiene un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.37 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.37 En un laboratorio de prueba de materiales, se determina que un alambre metálico hecho con una nueva aleación se rompe cuando se aplica una fuerza de tensión de 90.8 N perpendicular a cada extremo. Si el diámetro del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.36 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.36 Se aplican fuerzas de corte a un sólido rectangular. Se aplican las mismas fuerzas a otro sólido rectangular del mismo material, pero con cada lado tres veces más largo. En ambos casos, las fuerzas son lo bastante pequeñas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.35 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.35 Un cubo de cobre mide 6.00 cm de cada lado. Usando un pegamento muy fuerte, la base está sujeta a una superficie plana horizontal, mientras se aplica una fuerza horizontal F a la cara superior paralela a uno…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.34 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.34 Una placa cuadrada de acero mide 10.0 cm por lado y tiene un espesor de 0.500 cm. a) Calcule la deformación por corte que se produce al aplicarse a cada uno de los cuatro lados una fuerza de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.33 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.33 Una muestra de aceite con un volumen inicial de 600 cm3 se somete a un aumento de presión de 3.6 3 106 Pa, y el volumen disminuye 0.45 cm3 . ¿Qué módulo de volumen tiene el material? ¿Y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.32 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.32 En el abismo Challenger de la Fosa de las Marianas, la profundidad del agua es de 10.9 km y la presión es de 1.16 3 108 Pa (cerca de 1.15 3 103 atm). a) Si se lleva un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.31 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.31 Una joven mujer de baja estatura distribuye su peso de 500 N igualmente sobre los tacones altos de los zapatos. Cada tacón tiene una área de 0.750 cm2 . a) ¿Qué presión ejerce cada tacón sobre el suelo?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.30 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.30 . Se saca un lingote de oro sólido de la bodega del RMS Titanic hundido. a) ¿Qué sucede con su volumen al cambiar de la presión en el barco a la menor presión en la superficie del mar?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.29 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.29 Afuera de una casa a 1.0 km del centro de una explosión de bomba nuclear de 100 kilotones, la presión se eleva rápidamente hasta 2.8 atm, en tanto que dentro de la casa sigue siendo de 1.0 atm.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.28 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.28 Un poste vertical de acero sólido de 25 cm de diámetro y 2.50 m de longitud debe soportar una carga de 8000 kg. Puede despreciarse el peso del poste. a) ¿A qué esfuerzo se somete el poste? b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.27 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.27 Para construir un móvil grande, un artista cuelga una esfera de aluminio con masa de 6.0 kg de un alambre vertical de acero de 0.50 m de longitud y área transversal de 2.5 3 1023 cm2 . En…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.26 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.26  Esfuerzo en una cuerda de alpinista. Una cuerda de nylon se alarga 1.10 m sometida al peso de una alpinista de 65.0 kg. Si la cuerda tiene 45.0 m de longitud y 7.0 mm de diámetro, ¿qué módulo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.25 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.25 Una varilla metálica de 4.00 m de longitud y área transversal de 0.50 cm2 se estira 0.20 cm al someterse a una tensión de 5000 N. ¿Qué módulo de Young tiene el metal?   Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.24 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.24 Dos varillas redondas, una de acero y la otra de cobre, se unen por los extremos. Cada una tiene 0.750 m de longitud y 1.50 cm de diámetro. La combinación se somete a una tensión con magnitud de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.23 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.23 Un alambre circular de acero de 2.00 m de longitud no debe estirarse más de 0.25 cm, cuando se aplica una tensión de 400 N a cada extremo. ¿Qué diámetro mínimo debe tener?   Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.22 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.22 Bíceps. Un bíceps relajado requiere una fuerza de 25.0 N paraalargarse 3.0 cm; el mismo músculo sometido a máxima tensión requiere de una fuerza de 500 N para el mismo alargamiento. Calcule elmódulo de Young para el tejido…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.21 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.21 Un par. Dos fuerzas de igual magnitud y dirección opuesta que actúan sobre un objeto en dos puntos distintos forman un par. Dos fuerzas antiparalelas de magnitud F1 5 F2 5 8.00 N se aplican a una viga…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.20 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.20 Una viga no uniforme de 4.50 m de longitud que pesa 1.00 kN y forma un ángulo de 25.0° debajo de la horizontal está sostenida por un pivote sin fricción en su extremo superior derecho y por un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.19 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.19 En un zoológico, una varilla uniforme de 240 N y 3.00 m de longitud se sostiene en posición horizontal con dos cuerdas en sus extremos (figura 11.30). La cuerda izquierda forma un ángulo de 150° con la varilla,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.18 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.18  Una grúa de 15,000 N pivotea alrededor de un eje sin fricción en su base y está apoyada por un cable que forma un ángulo de 25° con la grúa (figura 11.29). La grúa tiene 16 m de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.17 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.17 Imagine que lleva su perrita Clea al veterinario y éste decide que debe ubicar el centro de gravedad del animal. Sería cruel colgar a la perrita del techo, así que el veterinario debe idear otro método. Coloca las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.16 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.16 Suponga que no puede levantar más de 650 N (aprox. 150 lb) sin ayuda. a) ¿Cuánto podrá levantar empleando una carretilla de 1.4 m de longitud que pesa 80 N y que su centro de gravedad está a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.15 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.15  Una puerta de 1.00 m de anchura y 2.00 m de altura pesa 280 N y se apoya en dos bisagras, una a 0.50 m debajo de la parte superior y otra a 0.50 m arriba de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.14 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.14 La viga horizontal de la figura 11.27 pesa 150 N, y su centro de gravedad está en su centro. Calcule: a) La tensión en el cable, y b) Las componentes horizontal y vertical de la fuerza ejercida por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.13 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.13 Calcule la tensión T en cada cable, así como la magnitud y dirección de la fuerza ejercida sobre el puntal por el pivote en los sistemas de la figura 11.26. En cada caso, sea w el peso de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.12 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.12 Una viga uniforme de aluminio de 9.00 m de longitud pesa 300 N y descansa simétricamente en dos apoyos separados 5.00 m (figura 11.25). Un niño que pesa 600 N parte de A y camina hacia la derecha.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.11 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.11 Un trampolín de 3.00 m de longitud se apoya en un punto a 1.00 m del extremo fijo, y una clavadista que pesa 500 N se para en el extremo libre (figura 11.24). El trampolín tiene sección transversal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.10 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.10  Una escalera uniforme de 5.0 m de longitud que pesa 160 N descansa contra una pared vertical sin fricción con su base a 3.0 m de la pared. El coeficiente de fricción estática entre la base de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.9 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.9 Una barra uniforme de 1.50 m y 350 N está suspendida horizontalmente con dos cables verticales en cada extremo. El cable A puede soportar una tensión máxima de 500.0 N sin romperse, y el cable B puede soportar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.8 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.8 Una repisa uniforme de 60.0 cm y 50.0 N se sostiene horizontalmente mediante dos alambre verticales unidos al techo en pendiente (figura 11.23). Una herramienta muy pequeña de 25.0 N se coloca en la repisa en medio de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.7 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.7 Dos personas llevan un pesado motor eléctrico sobre una tabla ligera de 2.00 m de longitud. Una persona levanta un extremo con una fuerza de 400 N, y la otra levanta el extremo opuesto con 600 N. a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.6 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.6 Dos personas llevan una tabla uniforme horizontal de 3.00 m de longitud que pesa 160 N. Si una persona aplica una fuerza hacia arriba de 60 N en un extremo, ¿en qué punto sostiene la tabla la otra…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.5 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.5 Levantar la escalera. La escalera de un camión de bomberos tiene 20.0 m de longitud, pesa 2800 N, tiene su centro de gravedad en su centro y pivotea sobre un perno en un extremo (A, figura 11.22). La…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.4 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.4 Una escotilla uniforme de 300 N en un techo tiene bisagras en un lado. Calcule la fuerza total hacia arriba necesaria para comenzar a abrirla, y la fuerza total ejercida por las bisagras sobre la puerta: a) si…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.3 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.3 Un cajón de masa despreciable está en reposo en el extremo izquierdo de una tabla de 25.0 kg y 2.00 m de longitud (figura 11.21). El ancho del cajón es de 75.0 cm y se va a distribuir…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA UNIVERSITARIA SEARS & ZEMANSKY 12 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 11.2 FÍSICA SEARS ZEMANSKY 11.2 El centro de gravedad de un objeto irregular se muestra en la figura 11.20. Usted necesita mover el centro de gravedad 2.20 cm a la izquierda pegándole una masa pequeña de 1.50 kg, la cual por ende se…