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Física Universitaria Volumen 1

Problemas Adicionales

Física Universitaria Volumen 1Problemas Adicionales
  1. Prefacio
  2. Mecánica
    1. 1 Unidades y medidas
      1. Introducción
      2. 1.1 El alcance y la escala de la Física
      3. 1.2 Unidades y estándares
      4. 1.3 Conversión de unidades
      5. 1.4 Análisis dimensional
      6. 1.5 Estimaciones y cálculos de Fermi
      7. 1.6 Cifras significativas
      8. 1.7 Resolver problemas de física
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Vectores
      1. Introducción
      2. 2.1 Escalares y vectores
      3. 2.2 Sistemas de coordenadas y componentes de un vector
      4. 2.3 Álgebra de vectores
      5. 2.4 Productos de los vectores
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 3 Movimiento rectilíneo
      1. Introducción
      2. 3.1 Posición, desplazamiento y velocidad media
      3. 3.2 Velocidad y rapidez instantáneas
      4. 3.3 Aceleración media e instantánea
      5. 3.4 Movimiento con aceleración constante
      6. 3.5 Caída libre
      7. 3.6 Calcular la velocidad y el desplazamiento a partir de la aceleración
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Movimiento en dos y tres dimensiones
      1. Introducción
      2. 4.1 Vectores de desplazamiento y velocidad
      3. 4.2 Vector de aceleración
      4. 4.3 Movimiento de proyectil
      5. 4.4 Movimiento circular uniforme
      6. 4.5 Movimiento relativo en una y dos dimensiones
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    5. 5 Leyes del movimiento de Newton
      1. Introducción
      2. 5.1 Fuerzas
      3. 5.2 Primera ley de Newton
      4. 5.3 Segunda ley de Newton
      5. 5.4 Masa y peso
      6. 5.5 Tercera ley de Newton
      7. 5.6 Fuerzas comunes
      8. 5.7 Dibujar diagramas de cuerpo libre
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 6 Aplicaciones de las leyes de Newton
      1. Introducción
      2. 6.1 Resolución de problemas con las leyes de Newton
      3. 6.2 Fricción
      4. 6.3 Fuerza centrípeta
      5. 6.4 Fuerza de arrastre y velocidad límite
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 7 Trabajo y energía cinética
      1. Introducción
      2. 7.1 Trabajo
      3. 7.2 Energía cinética
      4. 7.3 Teorema de trabajo-energía
      5. 7.4 Potencia
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    8. 8 Energía potencial y conservación de la energía
      1. Introducción
      2. 8.1 Energía potencial de un sistema
      3. 8.2 Fuerzas conservativas y no conservativas
      4. 8.3 Conservación de la energía
      5. 8.4 Diagramas de energía potencial y estabilidad
      6. 8.5 Fuentes de energía
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    9. 9 Momento lineal y colisiones
      1. Introducción
      2. 9.1 Momento lineal
      3. 9.2 Impulso y colisiones
      4. 9.3 Conservación del momento lineal
      5. 9.4 Tipos de colisiones
      6. 9.5 Colisiones en varias dimensiones
      7. 9.6 Centro de masa
      8. 9.7 Propulsión de cohetes
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    10. 10 Rotación de un eje fijo
      1. Introducción
      2. 10.1 Variables rotacionales
      3. 10.2 Rotación con aceleración angular constante
      4. 10.3 Relacionar cantidades angulares y traslacionales
      5. 10.4 Momento de inercia y energía cinética rotacional
      6. 10.5 Calcular momentos de inercia
      7. 10.6 Torque
      8. 10.7 Segunda ley de Newton para la rotación
      9. 10.8 Trabajo y potencia en el movimiento rotacional
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    11. 11 Momento angular
      1. Introducción
      2. 11.1 Movimiento rodadura
      3. 11.2 Momento angular
      4. 11.3 Conservación del momento angular
      5. 11.4 Precesión de un giroscopio
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    12. 12 Equilibrio estático y elasticidad
      1. Introducción
      2. 12.1 Condiciones para el equilibrio estático
      3. 12.2 Ejemplos de equilibrio estático
      4. 12.3 Estrés, tensión y módulo elástico
      5. 12.4 Elasticidad y plasticidad
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    13. 13 Gravitación
      1. Introducción
      2. 13.1 Ley de la gravitación universal de Newton
      3. 13.2 Gravitación cerca de la superficie terrestre
      4. 13.3 Energía potencial gravitacional y energía total
      5. 13.4 Órbita satelital y energía
      6. 13.5 Leyes del movimiento planetario de Kepler
      7. 13.6 Fuerzas de marea
      8. 13.7 La teoría de la gravedad de Einstein
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    14. 14 Mecánica de fluidos
      1. Introducción
      2. 14.1 Fluidos, densidad y presión
      3. 14.2 Medir la presión
      4. 14.3 Principio de Pascal y la hidráulica
      5. 14.4 Principio de Arquímedes y flotabilidad
      6. 14.5 Dinámicas de fluidos
      7. 14.6 Ecuación de Bernoulli
      8. 14.7 Viscosidad y turbulencia
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Ondas y acústica
    1. 15 Oscilaciones
      1. Introducción
      2. 15.1 Movimiento armónico simple
      3. 15.2 Energía en el movimiento armónico simple
      4. 15.3 Comparación de movimiento armónico simple y movimiento circular
      5. 15.4 Péndulos
      6. 15.5 Oscilaciones amortiguadas
      7. 15.6 Oscilaciones forzadas
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 16 Ondas
      1. Introducción
      2. 16.1 Ondas en desplazamiento
      3. 16.2 Matemáticas de las ondas
      4. 16.3 Rapidez de onda en una cuerda estirada
      5. 16.4 La energía y la potencia de una onda
      6. 16.5 Interferencia de ondas
      7. 16.6 Ondas estacionarias y resonancia
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 17 Sonido
      1. Introducción
      2. 17.1 Ondas sonoras
      3. 17.2 Velocidad del sonido
      4. 17.3 Intensidad del sonido
      5. 17.4 Modos normales de una onda sonora estacionaria
      6. 17.5 Fuentes de sonido musical
      7. 17.6 Batimientos
      8. 17.7 El Efecto Doppler
      9. 17.8 Ondas expansivas
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
  12. Índice

Problemas Adicionales

56 .

Suponga que fijara un objeto de masa m a un resorte vertical originalmente en reposo y lo deja rebotar hacia arriba y hacia abajo. Usted suelta el objeto desde el reposo hasta la longitud de reposo original del resorte, la longitud del resorte en equilibrio, sin la masa unida. La amplitud del movimiento es la distancia entre la posición de equilibrio del resorte sin la masa unida y la posición de equilibrio del resorte con la masa unida. (a) Demuestre que el resorte ejerce una fuerza ascendente de 2,00mg sobre el objeto en su punto más bajo. (b) Si el resorte tiene una constante de fuerza de 10,0 N/m, está colgado horizontalmente y la posición del extremo libre del resorte está marcada como y=0,00my=0,00m, ¿dónde está la nueva posición de equilibrio si se cuelga del resorte un objeto de 0,25 kg de masa? (c) Si el resorte tiene una constante de fuerza de 10,0 N/m y se pone en movimiento un objeto de 0,25 kg de masa como se ha descrito, calcule la amplitud de las oscilaciones. (d) Calcule la velocidad máxima.

57 .

Un buceador en un trampolín experimenta un SHM. Su masa es de 55,0 kg y el periodo de su movimiento es de 0,800 s. El siguiente buceador es un hombre cuyo periodo de oscilación armónica simple es de 1,05 s. ¿Cuál es su masa si la masa de la tabla es insignificante?

58 .

Suponga que un trampolín sin nadie encima rebota en un SHM con una frecuencia de 4,00 Hz. El trampolín tiene una masa efectiva de 10,0 kg. ¿Cuál es la frecuencia del SHM de un buceador de 75,0 kg en el trampolín?

59 .

El dispositivo que se muestra en la siguiente figura entretiene a los bebés al tiempo que evita que deambulen. El niño rebota en un arnés suspendido del marco de una puerta por un resorte. (a) Si el resorte se estira 0,250 m mientras soporta a un niño de 8,0 kg, ¿cuál es su constante de fuerza? (b) ¿Cuál es el tiempo para un rebote completo de este niño? (c) ¿Cuál es la velocidad máxima del niño si la amplitud de su rebote es de 0,200 m?

Una foto de un bebé en una silla colgante que rebota
Figura 15.34 (créditos: Lisa Doehnert).
60 .

Se coloca una masa en una mesa horizontal sin fricción. Un resorte (k=100N/m)(k=100N/m), el cual se puede estirar o comprimir, se coloca en la mesa. Una masa de 5,00 kg está unida a un extremo del resorte y el otro extremo se ancla a la pared. La posición de equilibrio está marcada en cero. Un estudiante mueve la masa hacia afuera para x=4,00cmx=4,00cm y lo libera del reposo. La masa oscila en SHM. (a) Determine las ecuaciones del movimiento. (b) Calcule la posición, la velocidad y la aceleración de la masa en el tiempo t=3,00s.t=3,00s.

61 .

Calcule la relación entre los periodos nuevo y viejo de un péndulo si este fuera transportado desde la Tierra hasta la Luna, donde la aceleración debido a la gravedad es 1,63m/s21,63m/s2.

62 .

¿A qué velocidad funcionará un reloj de péndulo en la Luna, donde la aceleración debido a la gravedad es 1,63m/s21,63m/s2, si mantiene la hora con precisión en la Tierra? Es decir, hallar el tiempo (en horas) que tarda la aguja horaria del reloj en dar una vuelta a la Luna.

63 .

Si un reloj de péndulo gana 5,00 s/día, ¿qué cambio fraccionario en la longitud del péndulo se debe hacer para que mantenga la hora perfecta?

64 .

Un objeto de 2,00 kg cuelga, en reposo, de una cuerda de 1,00 m de longitud sujeta al techo. Una masa de 100 g se dispara con una velocidad de 20 m/s contra la masa de 2,00 kg, y la masa de 100,00 g colisiona perfectamente de forma elástica con la masa de 2,00 kg. Escriba una ecuación para el movimiento de la masa colgante después de la colisión. Suponga que la resistencia del aire es insignificante.

65 .

Un objeto de 2,00 kg cuelga, en reposo, de una cuerda de 1,00 m de longitud sujeta al techo. Un objeto de 100 g se dispara con una velocidad de 20 m/s contra el objeto de 2,00 kg, y los dos objetos chocan y se pegan en una colisión totalmente inelástica. Escriba una ecuación para el movimiento del sistema después de la colisión. Suponga que la resistencia del aire es insignificante.

66 .

Suponga que un péndulo utilizado para accionar un reloj de pie tiene una longitud L0=1,00mL0=1,00m y una masa M a la temperatura T=20,00 °C.T=20,00 °C. Se puede modelar como un péndulo físico, como una varilla que oscila alrededor de un extremo. ¿En qué porcentaje cambiará el periodo si la temperatura aumenta en 10 °C?10 °C? Suponga que la longitud de la varilla cambia linealmente con la temperatura, donde L=L0(1+αΔT)L=L0(1+αΔT) y la varilla es de latón (α=18×10−6°C−1).(α=18×10−6°C−1).

67 .

Un bloque de 2,00 kg está en reposo sobre una mesa sin fricción. Un resorte, con una constante de resorte de 100 N/m, se fija a la pared y al bloque. Un segundo bloque de 0,50 kg se coloca encima del primer bloque. El bloque de 2,00 kg se hala suavemente hasta una posición x=+Ax=+A y se libera del reposo. Hay un coeficiente de fricción de 0,45 entre los dos bloques. (a) ¿Cuál es el periodo de las oscilaciones? (b) ¿Cuál es la mayor amplitud de movimiento que permitirá que los bloques oscilen sin que el bloque de 0,50 kg se deslice?

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