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  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

7.1 Trabajo

23 .

¿Cuánto trabajo realiza el cajero de un supermercado con una lata de sopa que empuja 0,600 m horizontalmente con una fuerza de 5,00 N?

24 .

Una persona de 75,0 kg sube las escaleras, para llegar a 2,50 m de altura. Calcule el trabajo realizado para llevar a cabo esta tarea.

25 .

(a) Calcule el trabajo realizado sobre una cabina de elevador de 1.500 kg por su cable para elevarla 40,0 m con rapidez constante, suponiendo que la fricción es de media 100 N. (b) ¿Cuál es el trabajo realizado sobre el elevador por la fuerza gravitatoria en este proceso? (c) ¿Cuál es el trabajo total realizado sobre el elevador?

26 .

Supongamos que un auto recorre 108 km a una rapidez de 30,0 m/s, y utiliza 2,0 galones de gasolina. Solo el 30 % de la gasolina se convierte en trabajo útil por la fuerza que mantiene el auto en movimiento a rapidez constante, a pesar de la fricción. (El contenido de energía de la gasolina es de unos 140 MJ/gal). (a) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza ejercida para mantener el auto en movimiento a rapidez constante? (b) Si la fuerza necesaria es directamente proporcional a la rapidez, ¿cuántos galones se utilizarán para recorrer 108 km a una rapidez de 28,0 m/s?

27 .

Calcule el trabajo realizado por un hombre de 85,0 kg que empuja una caja de 4,00 m hacia arriba por una rampa que forma un ángulo de 20,0°20,0° con la horizontal (vea más abajo). Ejerce una fuerza de 500 N sobre la caja paralela a la rampa y se mueve a rapidez constante. Incluya el trabajo que realiza en la caja y en su cuerpo para subir la rampa.

Una persona empuja una caja por una rampa. La persona empuja con una fuerza F paralela a la rampa.
28 .

¿Cuánto trabajo realiza el niño que hala a su hermana 30,0 m en una carretilla como la que se muestra a continuación? Supongamos que ninguna fricción actúa sobre la carretilla.

Una persona hala de una carretilla con una niña dentro. La persona hala con un vector de fuerza F de 50 Newtons con un ángulo de 30 grados respecto a la horizontal. El desplazamiento es un vector d de 30 metros.
29 .

Un comprador empuja un carro de supermercado 20,0 m a rapidez constante en terreno llano, contra una fuerza de fricción de 35,0 N. Empuja en una dirección de 25,0°25,0° por debajo de la horizontal. (a) ¿Cuál es el trabajo realizado sobre el carro por la fricción? (b) ¿Cuál es el trabajo realizado sobre el carro por la fuerza gravitatoria? (c) ¿Cuál es el trabajo realizado sobre el carro por el comprador? (d) Calcule la fuerza que ejerce el comprador; utilice consideraciones de energía. (e) ¿Cuál es el trabajo total realizado sobre el carro?

30 .

Supongamos que la patrulla de esquí baja un trineo de rescate y una víctima, con una masa total de 90,0 kg, por una pendiente de 60,0°60,0° a rapidez constante, como se muestra a continuación. El coeficiente de fricción entre el trineo y la nieve es de 0,100. (a) ¿Cuánto trabajo realiza la fricción cuando el trineo se desplaza 30,0 m por la colina? (b) ¿Cuánto trabajo realiza la cuerda sobre el trineo en esta distancia? (c) ¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza gravitatoria sobre el trineo? (d) ¿Cuál es el trabajo total realizado?

La figura es una ilustración de una persona en un trineo en una pendiente que forma un ángulo de 60 grados con la horizontal. Las tres fuerzas que actúan sobre el trineo se muestran como vectores: w apunta verticalmente hacia abajo, f y T apuntan hacia arriba, paralelas a la pendiente.
31 .

Una fuerza constante de 20 N empuja una pequeña pelota en la dirección de la fuerza a lo largo de una distancia de 5,0 m. ¿Cuál es el trabajo realizado por la fuerza?

32 .

Un carro de juguete es arrastrado una distancia de 6,0 m en línea recta por el suelo. La fuerza que hala del carro tiene una magnitud de 20 N y está dirigida a 37°37° sobre la horizontal. ¿Cuál es el trabajo realizado por esta fuerza?

33 .

Una caja de 5,0 kg descansa sobre una superficie horizontal. El coeficiente de fricción cinética entre la caja y la superficie es μK=0,50.μK=0,50. Una fuerza horizontal hala de la caja a velocidad constante durante 10 cm. Calcule el trabajo realizado por (a) la fuerza horizontal aplicada, (b) la fuerza de fricción y (c) la fuerza neta.

34 .

Un trineo más un pasajero con una masa total de 50 kg es halado 20 m por la nieve (μk=0,20)(μk=0,20) a velocidad constante por una fuerza dirigida a 25°25° sobre la horizontal. Calcule (a) el trabajo de la fuerza aplicada, (b) el trabajo de la fricción y (c) el trabajo total.

35 .

Supongamos que el trineo más el pasajero del problema anterior son empujados 20 m por la nieve a velocidad constante por una fuerza dirigida a 30°30° por debajo de la horizontal. Calcule (a) el trabajo de la fuerza aplicada, (b) el trabajo de la fricción y (c) el trabajo total.

36 .

¿Cuánto trabajo realiza la fuerza F(x)=(−2,0/x)NF(x)=(−2,0/x)N en una partícula cuando se mueve de x=2,0mx=2,0m a x=5,0m?x=5,0m?

37 .

¿Cuánto trabajo se realiza contra la fuerza gravitatoria sobre un maletín de 5,0 kg cuando se transporta desde la planta baja hasta la azotea del Empire State Building, un ascenso vertical de 380 m?

38 .

Se necesitan 500 J de trabajo para comprimir un resorte 10 cm. ¿Cuál es la constante de fuerza del resorte?

39 .

Una cuerda elástica es esencialmente una banda elástica muy larga que puede estirarse hasta cuatro veces su longitud sin estirar. Sin embargo, su constante de resorte varía a lo largo de su estiramiento [vea Menz, P.G. "La física del puenting". El profesor de física (The Physics Teacher) (noviembre de 1993) 31: 483-487]. Tome la longitud de la cuerda en la dirección de la x y defina el estiramiento de la x como la longitud de la cuerda l menos su longitud no estirada l0;l0; es decir, x=l-l0x=l-l0 (vea más abajo). Supongamos que una determinada cuerda elástica tiene una constante de resorte, para 0x4,88m0x4,88m, de k1=204N/mk1=204N/m y para 4,88mx4,88mx, de k2=111N/m.k2=111N/m. (Recuerde que la constante del resorte es la pendiente de la fuerza F(x) en función de su estiramiento x). (a) ¿Cuál es la tensión en la cuerda cuando el estiramiento es de 16,7 m (el máximo deseado para un salto determinado)? (b) ¿Cuánto trabajo debe realizarse contra la fuerza elástica de la cuerda elástica para estirarla 16,7 m?

La fotografía de una persona haciendo puenting desde un puente sobre un río va acompañada de una ilustración de la situación. La ilustración muestra al saltador en su posición más baja, y la cuerda elástica estirada por una distancia l menos l sub cero
Figura 7.16 (créditos: modificación del trabajo de Graeme Churchard).
40 .

Una cuerda elástica ejerce una fuerza elástica no lineal de magnitud F(x)=k1x+k2x3,F(x)=k1x+k2x3, donde la x es la distancia a la que se estira la cuerda, k1=204N/mk1=204N/m y k2=−0,233N/m3.k2=−0,233N/m3. ¿Cuánto trabajo hay que ejercer en la cuerda para estirarla 16,7 m?

41 .

Los ingenieros desean modelar la magnitud de la fuerza elástica de una cuerda elástica con la ecuación
F(x)=a[x+9m9m-(9mx+9m)2]F(x)=a[x+9m9m-(9mx+9m)2],
donde la x es el estiramiento de la cuerda a lo largo de su longitud y a es una constante. Si se necesitan 22,0 kJ de trabajo para estirar la cuerda 16,7 m, determine el valor de la constante a.

42 .

Una partícula que se mueve en el plano xy está sometida a una fuerza
F(x,y)=(50N/m) (xi^+ y2 3mj^)F(x,y)=(50N/m) (xi^+ y2 3mj^)
donde la x y la y están en metros. Calcule el trabajo realizado sobre la partícula por esta fuerza, al moverse en línea recta desde el punto (3 m, 4 m) hasta el punto (6 m, 8 m).

43 .

Una partícula se mueve a lo largo de una trayectoria curva y(x)=(10m){1+cos[(0,1m−1)x]},y(x)=(10m){1+cos[(0,1m−1)x]}, de x=0x=0 a x=10πm,x=10πm, sometida a una fuerza tangencial de magnitud variable F(x)=(10N)sen[(0,1m−1)x].F(x)=(10N)sen[(0,1m−1)x]. ¿Cuánto trabajo hace la fuerza? (Pista: Consulte una tabla de integrales o utilice un programa de integración numérica).

7.2 Energía cinética

44 .

Compare la energía cinética de un camión de 20.000 kg que se mueve a 110 km/h con la de un astronauta de 80,0 kg en órbita que se mueve a 27.500 km/h.

45 .

(a) ¿A qué velocidad debe moverse un elefante de 3.000 kg para tener la misma energía cinética que un velocista de 65,0 kg que corre a 10,0 m/s? (b) Argumente de qué manera las mayores energías necesarias para el movimiento de los animales más grandes se relacionarían con las tasas metabólicas.

46 .

Calcule la energía cinética de un portaaviones de 90.000 toneladas que se mueve a una rapidez de 30 nudos. Tendrá que buscar la definición de milla náutica para utilizarla en la conversión de la unidad para la rapidez, donde 1 nudo equivale a 1 milla náutica por hora. Además, para este problema, 1 tonelada equivale a 2.000 libras.

47 .

Calcule las energías cinéticas de (a) un automóvil de 2.000,0 kg que se mueve a 100,0 km/h; (b) un corredor de 80,0 kg que esprinta a 10,0 m/s; y (c) un electrón de 9,1×10−31-kg9,1×10−31-kg que se mueve a 2,0×107m/s.2,0×107m/s.

48 .

Un cuerpo de 5,0 kg tiene tres veces la energía cinética de un cuerpo de 8,0 kg. Calcule el cociente de la rapidez de estos cuerpos.

49 .

Una bala de 8,0 g tiene una rapidez de 800 m/s. (a) ¿Cuál es su energía cinética? (b) ¿Cuál es su energía cinética si la rapidez se reduce a la mitad?

7.3 Teorema de trabajo-energía

50 .

(a) Calcule la fuerza necesaria para que un auto de 950 kg se detenga desde una rapidez de 90,0 km/h en una distancia de 120 m (una distancia bastante típica para una parada sin pánico). (b) Suponga que, en cambio, el auto choca con un estribo de hormigón a toda velocidad y se detiene en 2,00 m. Calcule la fuerza ejercida sobre el auto y compárela con la fuerza encontrada en la parte (a).

51 .

El parachoques de un auto está diseñado para soportar una colisión a 4,0 km/h (1,1 m/s) con un objeto inamovible sin que se dañe la carrocería del vehículo. El parachoques amortigua el choque absorbiendo la fuerza a lo largo de una distancia. Calcule la magnitud de la fuerza media sobre un parachoques que se desploma 0,200 m al poner en reposo un auto de 900 kg desde una rapidez inicial de 1,1 m/s.

52 .

Los guantes de boxeo están acolchados para disminuir la fuerza de un golpe. (a) Calcule la fuerza ejercida por un guante de boxeo sobre la cara de un adversario, si el guante y la cara se comprimen 7,50 cm durante un golpe en el que el brazo de 7,00 kg y el guante se llevan a reposo desde una rapidez inicial de 10,0 m/s. (b) Calcule la fuerza ejercida por un golpe idéntico en los días en que no se utilizaban guantes, y los nudillos y la cara se comprimían sólo 2,00 cm. Suponga que el cambio de masa al quitarse el guante es despreciable. (c) Comente sobre la magnitud de la fuerza con el guante puesto. ¿Parece lo suficientemente alta como para causar daños aunque sea menor que la fuerza sin guante?

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Con base en consideraciones energéticas, calcule la fuerza media que un velocista de 60,0 kg ejerce hacia atrás en la pista para acelerar de 2,00 a 8,00 m/s en una distancia de 25,0 m, si encuentra un viento en contra que ejerce una fuerza media de 30,0 N contra él.

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Una caja de 5,0 kg tiene una aceleración de 2,0m/s22,0m/s2 cuando es halada por una fuerza horizontal a través de una superficie con μK=0,50.μK=0,50. Calcule el trabajo realizado en una distancia de 10 cm por (a) la fuerza horizontal, (b) la fuerza de fricción y (c) la fuerza neta. (d) ¿Cuál es el cambio en la energía cinética de la caja?

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Se aplica una fuerza horizontal constante de 10 N a un carro de 20 kg en reposo sobre un suelo plano. Si la fricción es despreciable, ¿cuál es la rapidez del carro cuando ha sido empujado 8,0 m?

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En el problema anterior, la fuerza de 10 N se aplica en un ángulo de 45°45° por debajo de la horizontal. ¿Cuál es la rapidez del carro cuando ha sido empujado 8,0 m?

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Compare el trabajo necesario para detener una caja de 100 kg que se desliza a 1,0 m/s y una bala de 8,0 g que viaja a 500 m/s.

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Un vagón con su pasajero se encuentra en la cima de una colina. El vagón recibe un ligero empujón y rueda 100 m por una pendiente de 10°10° hasta la base de la colina. Cuál es la rapidez del vagón cuando llega al final de la pendiente. Supongamos que la fuerza de fricción retardadora es despreciable.

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Una bala de 8,0 g a una rapidez de 800 m/s se dispara contra un bloque de madera y penetra 20 cm antes de detenerse. ¿Cuál es la fuerza media de la madera sobre la bala? Supongamos que el bloque no se mueve.

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Un bloque de 2,0 kg comienza con una rapidez de 10 m/s en la parte inferior de un plano inclinado a 37°37° de la horizontal. El coeficiente de fricción por deslizamiento entre el bloque y el plano es μk=0,30.μk=0,30. (a) Utilice el principio de trabajo-energía para determinar la distancia que el bloque se desliza a lo largo del plano antes de detenerse momentáneamente. (b) Después de detenerse, el bloque vuelve a deslizarse por el plano. ¿Cuál es su rapidez cuando llega a la parte inferior? (Pista: Para el viaje de ida y vuelta, solo la fuerza de la fricción ejerce trabajo en el bloque).

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Cuando un bloque de 3,0 kg es empujado contra un resorte sin masa de fuerza constante 4,5×103N/m,4,5×103N/m, el resorte se comprime 8,0 cm. El bloque se suelta y se desliza 2,0 m (desde el punto en que se suelta) por una superficie horizontal antes de que la fricción lo detenga. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética entre el bloque y la superficie?

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Un pequeño bloque de masa 200 g comienza en reposo en A, se desliza hasta B donde su rapidez es vB=8,0m/s,vB=8,0m/s, luego, se desliza por la superficie horizontal una distancia de 10 m antes de detenerse en C. (Vea abajo.) (a) ¿Cuál es el trabajo de fricción a lo largo de la superficie curva? (b) ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética a lo largo de la superficie horizontal?

Un bloque se desliza por una pista que se curva hacia abajo y luego se nivela y se vuelve horizontal. El punto A está cerca de la parte superior de la pista, a 4,0 metros por encima de la parte horizontal de la pista. Los puntos B y C están en la sección horizontal y están separados por 10 metros. El bloque comienza en el punto A.
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Se coloca un pequeño objeto en la parte superior de una pendiente que es esencialmente sin fricción. El objeto se desliza por la pendiente hasta una superficie horizontal rugosa, donde se detiene en 5,0 s después de recorrer 60 m. (a) ¿Cuál es la rapidez del objeto en la parte inferior de la pendiente y su aceleración a lo largo de la superficie horizontal? (b) ¿Cuál es la altura de la pendiente?

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Cuando se suelta, un bloque de 100 g se desliza por la trayectoria que se muestra a continuación, para llegar hasta la parte inferior con una rapidez de 4,0 m/s. ¿Cuánto trabajo realiza la fuerza de fricción?

Un bloque se desliza por una trayectoria de curvas irregulares. El bloque comienza cerca de la parte superior de la trayectoria a una altura de 2,0 metros. En la parte inferior de la trayectoria se mueve horizontalmente a 4,0 metros por segundo.
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Una bala de calibre 0,22LR como la mencionada en el Ejemplo 7.10 se dispara contra una puerta hecha con tablas de pino de un solo grosor de 1 pulgada. ¿A qué velocidad se desplazaría la bala después de atravesar la puerta?

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Un trineo parte del reposo en la cima de una pendiente cubierta de nieve que forma un ángulo de 22°22° con la horizontal. Tras deslizarse 75 m por la pendiente, su rapidez es de 14 m/s. Utilice el teorema de trabajo-energía para calcular el coeficiente de fricción cinética entre los patines del trineo y la superficie nevada.

7.4 Potencia

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Una persona en buenas condiciones físicas puede emitir 100 W de potencia útil durante varias horas seguidas, quizás pedaleando un mecanismo que accione un generador eléctrico. Descartando los problemas de eficiencia de los generadores ni consideraciones prácticas como el tiempo de descanso: (a) ¿Cuántas personas harían falta para hacer funcionar una secadora de ropa eléctrica de 4,00 kW? (b) ¿Cuántas personas harían falta para sustituir una gran central eléctrica que genera 800 MW?

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¿Cuál es el costo de funcionamiento de un reloj eléctrico de 3,00 W durante un año si el costo de la electricidad es de 0,0900 dólares por kW·hkW·h?

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Un gran aparato de aire acondicionado residencial puede consumir 15,0 kW de potencia. ¿Cuál es el costo de hacer funcionar este aire acondicionado 3,00 h al día durante 30,0 d si el costo de la electricidad es de 0,110 $ por kW·hkW·h?

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(a) ¿Cuál es el consumo medio de potencia en vatios de un aparato que utiliza 5,00 kW·hkW·h de energía al día? b) ¿Cuántos julios de energía consume este aparato en un año?

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(a) ¿Cuál es la producción de potencia útil media de una persona que hace 6,00×106J6,00×106J de trabajo útil en 8,00 h? (b) Trabajando a este ritmo, ¿cuánto tiempo tardará esta persona en levantar 2.000 kg de ladrillos en 1,50 m hasta una plataforma? (El trabajo realizado para levantar su cuerpo puede omitirse porque no se considera aquí una producción útil).

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Un dragster de 500 kg acelera desde el reposo hasta una rapidez final de 110 m/s en 400 m (aproximadamente un cuarto de milla) y encuentra una fuerza de fricción media de 1.200 N. ¿Cuál es su producción de potencia media en vatios y caballos de fuerza si esto le toma 7,30 s?

73 .

(a) ¿Cuánto tardará un auto de 850 kg con una potencia útil de 40,0 hp (1 hp equivale a 746 W) en alcanzar una rapidez de 15,0 m/s, ignorando la fricción? (b) ¿Cuánto tardará esta aceleración si el auto también sube una colina de 3,00 m de altura en el proceso?

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(a) Halle la potencia útil de un motor de elevador que eleva una carga de 2.500 kg a una altura de 35,0 m en 12,0 s, si además aumenta la rapidez desde el reposo a 4,00 m/s. Observe que la masa total del sistema de contrapesos es de 10.000 kg, de modo que solo se elevan 2.500 kg en altura, pero se aceleran los 10.000 kg completos. (b) ¿Cuánto cuesta, si la electricidad es de 0,0900 dólares por kW·hkW·h?

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(a) ¿Cuánto tiempo tardaría un avión de 1,50×105-kg1,50×105-kg con motores que generan 100 MW de potencia para alcanzar una rapidez de 250 m/s y una altitud de 12,0 km si la resistencia del aire fuera despreciable? (b) Si realmente tarda 900 s, ¿cuál es la potencia? (c) Dada esta potencia, ¿cuál es la fuerza media de la resistencia del aire si el avión tarda 1.200 s? (Pista: Debe encontrar la distancia que recorre el avión en 1.200 s suponiendo una aceleración constante).

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Calcule la producción de potencia necesaria para que un auto de 950 kg suba una pendiente de 2,00°2,00° a 30,0 m/s constantes mientras se encuentra con una resistencia al viento y una fricción de 600 N.

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Un hombre de 80 kg de masa sube corriendo un tramo de escaleras de 20 m de altura en 10 s. (a) ¿Cuánta potencia se utiliza para levantar al hombre? (b) Si el cuerpo del hombre tiene un rendimiento del 25 %, ¿cuánta potencia gasta?

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El hombre del problema anterior consume aproximadamente 1,05×107J1,05×107J (2.500 calorías) de energía al día para mantener un peso constante. ¿Cuál es la potencia media que produce en un día? Compare esto con su producción de energía cuando sube las escaleras.

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Un electrón en un tubo de televisión se acelera uniformemente desde el reposo hasta una rapidez de 8,4×107m/s8,4×107m/s a una distancia de 2,5 cm. ¿Cuál es la potencia entregada al electrón en el instante en que su desplazamiento es de 1,0 cm?

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El carbón se eleva desde una mina una distancia vertical de 50 m mediante un motor que suministra 500 W a una cinta transportadora. ¿Cuánto carbón por minuto se puede sacar a la superficie? Ignore los efectos de la fricción.

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Una niña hala su vagón de 15 kg por una acera plana al aplicar una fuerza de 10 N a 37°37° de la horizontal. Supongamos que la fricción es despreciable y que el vagón parte del reposo. (a) ¿Cuánto trabajo realiza la niña sobre el vagón en los primeros 2,0 s. (b) ¿Cuánta potencia instantánea ejerce en t=2,0st=2,0s?

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Un motor de automóvil típico tiene un rendimiento del 25 %. Supongamos que el motor de un automóvil de 1.000 kg tiene una potencia máxima de 140 hp. ¿Cuál es el grado máximo que puede subir el automóvil a 50 km/h si la fuerza de fricción retardante sobre este es de 300 N?

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Al trotar a 13 km/h en una superficie plana, un hombre de 70 kg utiliza energía a una tasa de aproximadamente 850 W. Con base en el hecho de que el "motor humano" tiene una eficiencia de aproximadamente el 25 %, determine la tasa a la que este hombre utiliza energía al correr por una pendiente de 5,0°5,0° a esta misma rapidez. Supongamos que la fuerza de fricción retardante es la misma en ambos casos.

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