Diagramas de Cuerpo Libre

Instituto Técnico Ricaldone Departamento de Ciencias Naturales Ciencias Físicas 2º Año de Bachillerato GUÍA DIDÁCTICA Nº 2: “DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE Y EQUILIBRIO TRASLACIONAL” Facilitador: Alexis Figueroa

1. Dibuje un diagrama de cuerpo libre de una persona que va en el asiento de un avión: a) Que acelera sobre la pista para despegar. b) Después de despegar a un ángulo de 20º respecto al suelo. 2. Para un objeto de 80 slugs en un plano inclinado de 30º calcule el peso del objeto y la fuerza normal que el plano ejerce sobre él. 3. Una persona de 180 lb está parada sobre una báscula dentro de un elevador. ¿Qué marca la escala en newtons si el elevador: a) Está en reposo. b) Sube con velocidad constante de 70 in/s. c) Acelera hacia arriba a 2 x 109 cm/ h2 4. Un niño tira de una caja de 3.3 x10-3 ton de masa con una fuerza de 2.55 kgf en la dirección de 30º al norte del este: a) Sin considerar la fricción, ¿Qué aceleración tiene la caja? b) ¿Qué fuerza normal ejerce el suelo sobre la caja? 5. Un esquiador acuático de 2520 onz es halado por un bote con una fuerza horizontal de 4x10 7 dinas derecho hacia el este, con una resistencia del agua sobre los esquíes de 300 N. Una súbita ráfaga de viento ejerce otra fuerza horizontal de 5100 gf sobre el esquiador a un ángulo de 1.05 radianes al norte del este. En ese instante, ¿Cuál es la aceleración del esquiador en “X” y “Y”? 6. Un gimnasta de 55 kg de masa esta suspendido de manera vertical de un par de argollas paralelas. Si las cuerdas que soportan las argollas son verticales y están fijas al techo que esta directamente arriba, ¿Cuál es la tensión en cada cuerda?

7. Una caja de 50 N se desliza sobre el piso con velocidad constante por medio de una fuerza de 25 N, como se muestra en la figura.

a) ¿Cuál es el valor de la fuerza de de fricción que se opone al movimiento. b) ¿Cuál es el valor de la fuerza normal? 8. Los objetos que se presentan a continuación están en equilibrio. Determine el valor de la fuerza normal F N en cada caso:

9. Para la situación que se muestra, determina los valores de FT1 y FT2 si el peso del objeto es de 600 N.

10. Observa con detalle el siguiente sistema: Si la fricción entre el bloque y el plano inclinado es despreciable, ¿Cuál debe ser el peso F w si se quiere que el bloque de 200 N permanezca en reposo?

11. De acuerdo a la siguiente figura, la tensión en la cuerda horizontal es de 30 N. Determina el peso del objeto.

12. Una gran bola para demolición está sujeta por dos cables de acero ligeros.

Si su masa m es de 4090 kg, calcule: a) La tensión TB en el cable que forma un ángulo de 40° con la vertical. b) Calcule la tensión TA en el cable horizontal. 13. Un arqueólogo audaz cruza, mano sobre mano, de un risco a otro colgado de una cuerda estirada entre los riscos. Se detiene a la mitad para descansar. La cuerda se romperá si su tensión excede 2.5 x 104N, y la masa de nuestro héroe es de 90.0 kg.

a) Si el ángulo 𝜃 es 10.0°, calcule la tensión en la cuerda. b) ¿Qué valor mínimo puede tener u sin que se rompa la cuerda?

14. Sobre una rampa muy lisa (sin fricción), un automóvil de 1130 kg se mantiene en su lugar con un cable ligero, como se muestra en la figura. El cable forma un ángulo de 31.0° por arriba de la superficie de la rampa, y la rampa misma se eleva a 25.0° por arriba de la horizontal.

a) Dibuje un diagrama de cuerpo libre para el auto. b) Obtenga la tensión en el cable. c) ¿Qué tan fuerte empuja la superficie de la rampa al auto? 15. En la figura siguiente el peso w es de 60 N.

a) Calcule la tensión en el cordón diagonal. b) Calcule la magnitud de las fuerzas horizontales y que deben aplicarse para mantener el sistema en la posición indicada.

16. Una caja de 70 kg resbala a lo largo de un piso debido a una fuerza de 400 N, como se muestra en la fi gura. El coeficiente de fricción entre la caja y el piso cuando la caja resbala es de 0.50. Calcule la aceleración de la caja.

17. Suponga, como se muestra en la fi gura, que una caja de 70 kg se jala con una fuerza de 400 N que forma un ángulo de 30° con la horizontal. El coeficiente de fricción cinética es 0.50. Calcule la aceleración de la caja.

18. Un automóvil que se mueve a 20 m/s en un camino horizontal aplica de manera repentina los frenos y finalmente llega al reposo. ¿Cuál es la distancia más corta en que puede detenerse si el coeficiente de fricción entre las llantas y el camino es de 0.90? Suponga que todas las llantas frenan idénticamente y que los frenos no traban la detención del automóvil mediante la fricción estática. 19. Como se muestra en la fi gura, una fuerza de 400 N empuja una caja de 25 kg. Partiendo del reposo, la caja alcanza una velocidad de 2.0 m/s en un tiempo de 4.0 s. Encuentre el coeficiente de fricción cinético entre la caja y el piso.

20. En la figura, las dos cajas tienen masas idénticas de 40 kg. Ambas experimentan una fuerza de fricción cinética con 𝜇𝑐 = 0.15. Encuentre la aceleración de las cajas y la tensión en la cuerda que las une.