ejs_equilibrio_tippens

Prof. Loreto Castro Rojas.

FISICA EJERCICIOS EQUILIBRIO TRASLACIONAL DIAGRAMAS DE CUERPO LIBRE Para las siguientes situaciones realice el diagrama de cuerpo libre, indicando los ejes coordenados y las componentes de las fuerzas.

Resolución de problemas de equilibrio (Tippens) 3-3. Si el peso del bloque que se muestra en la figura 3-18a es de 80 N, ¿cuáles son las tensiones en las cuerdas A y B? Respuesta: A = 95.3 N, B = 124 N 3-4. Si la cuerda B de la figura 18a se rompe con tensiones mayores que 200 Ib, ¿cuál es el peso máximo W que puede soportar? Respuesta: W = 128 N 3-5. Determine la compresión en el soporte y la tensión en la cuerda de la figura 3-l8b cuando el peso es igual a 600 N. No tome en cuenta el peso del poste. Respuesta: A = 520 N ; B = 300 N 3-6. El bloque de la figura 3-19a pesa 70 N. ¿Cuáles son las magnitudes de la fuerza de fricción dirigida hacia arriba del plano y de la fuerza normal con dirección perpendicular al plano? Respuesta: R = 40,15 N; N = 57,34 N 3-7. Los montantes dos por cuatro A y B de la figura 3-l9b se usan para soportar un peso de 400 Lb. Despreciando los pesos de los montantes, encuentre el valor de las fuerzas

Prof. Loreto Castro Rojas.

FISICA desconocidas e indique si cada montante se encuentra sometido a compresión o a tensión. Respuesta: A = 693 Lb, compresión; B = 400 Lb, tensión

3-8. Un semáforo de 80 N de peso está suspendido a la mitad de un cable tendido entre dos postes que distan entre sí 30 m. Si el semáforo hace que el cable se cuelgue una distancia vertical de 1 m en. el punto medio del cable, ¿cuál es la tensión del cable? (Sugerencia: En primer lugar encuentre el ángulo que forma el cable con la horizontal; luego trace un diagrama de cuerpo libre suponiendo que hay la misma tensión en cada segmento de cable.) Respuesta: 601,33 N 3-9. Un camión atascado en el fango se saca, atando una cuerda al camión y sujetándola a un árbol. Cuando los ángulos tienen el valor que indica la figura 3-20, se ejerce una fuerza de 40 Lb en el punto medio de la línea. ¿Qué fuerza se ejerce sobre el camión? Respuesta: 58,5 Lb

3-10 Un cuadro de 20 N cuelga de un clavo como se muestra en la figura 3-21, de modo que el cordel que lo sostiene forma un ángulo de 60". ¿Cuál es la tensión de cada segmento de cordel? Respuesta: 11,54 N

Fricción

Prof. Loreto Castro Rojas.

FISICA 3-11. Se aplica una fuerza horizontal de 40 N para empezar a mover un trineo vacío de 600 N a través de nieve compacta. Después de que empieza a moverse, tan sólo se necesitan 10 N para conservar su movimiento a velocidad constante, (a) ¿Cuáles son los coeficientes de fricción estática y cinética? (b) Si se le añaden al trineo 200 N de provisiones, ¿qué nueva fuerza se requiere para arrastrar el trineo a velocidad constante? Respuesta: 0,0667; 0,0167; (b) 13,3 N 3-12. Un trabajador en el muelle encuentra que se necesita una fuerza de 60 Lb para arrastrar un embalaje de 150 Lb por la cubierta a velocidad constante. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética? Si un embalaje más pequeño de construcción similar puede ser movido con una fuerza de sólo 40 Lb, ¿cuál es el peso de este embalaje? Respuesta: 100 Lb 3-13. El coeficiente de fricción estática entre madera y madera es 0.7 y el coeficiente de fricción cinética es 0.4. ¿Qué fuerza horizontal se requiere para empezar a mover un bloque de madera de 50 N a lo largo de un piso de madera? ¿Qué fuerza lo mantendrá en movimiento después de que la fricción estática ha sido contrarrestada? Respuesta: 35 N; 20 N 3-14. Un bloque de acero que pesa 240 N descansa sobre una viga horizontal de acero. ¿Cuál es la fuerza horizontal necesaria para mover el bloque a velocidad constante «i el coeficiente de fricción cinética es de 0.09? Respuesta: 21,6 N 3-15. Un bloque de 60 N es arrastrado a lo largo del piso horizontal a velocidad constante. Una cuerda atada a él forma un ángulo de 35º con el piso y tiene una tensión de 40 N. Trace un diagrama de cuerpo libre de todas las fuerzas que actúan sobre el bloque. Suponiendo que alcanza el equilibrio (velocidad constante), determine la fuerza de fricción y la fuerza normal. ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética? Respuesta: 32.8 N, 37.1 N, 0.885 3-16. Un trineo de 200 N es empujado a velocidad constante con una fuerza cuyo ángulo es de 28° por debajo de la horizontal. Si la magnitud de la fuerza de empuje es de 50 N, ¿cuál es el coeficiente de fricción cinética? Respuesta: 0,197

3-17. Suponga que W = 60 N, 9 = 43° y μk = 0.3 en la figura 3-22. ¿Cuál es la fuerza normal sobre el bloque? ¿Cuál es la componente del peso con dirección hacia abajo del plano? ¿Qué fuerza de empuje P dirigida hacia arriba del plano hará que el bloque suba por el plano con velocidad constante? Respuesta: 43.9 N, 40.9 N, 54.1 N 3-18. Si el bloque del problema 3-17 se suelta, bajará rápidamente por el plano inclinado. ¿Qué fuerza en dirección hacia arriba del plano hace falta para retardar el movimiento deslizante del bloque hacia abajo y lograr que éste se mueva a velocidad constante? Respuesta: 27,75 N 3-19. El coeficiente de fricción estática para madera sobre madera es 0.7. ¿Cuál es el ángulo máximo para un plano inclinado de madera si un bloque de madera permanece en reposo sobre él? Respuesta: 35° 3-20. Se instala un techo de madera con una pendiente de 40°. ¿Cuál es el máximo coeficiente de fricción estática entre la suela del zapato del instalador del techo y el techo, para evitar un resbalón? Respuesta: = 0,83

Problemas adicionales

Prof. Loreto Castro Rojas.

FISICA 3-21. Determine la tensión en la cuerda y la compresión B en el montante de la figura 323. La compresión en el montante es igual en magnitud pero opuesto en dirección a la fuerza ejercida por el montante en su extremo. Respuesta: A = 231 N; B = 462 N 3-22. Si el esfuerzo de ruptura del cable A de la figura 3-24 es de 200 N, ¿cuál es el máximo peso W que puede soportar este dispositivo? Respuesta: 128,55 N 3-23. Un vagón de 90 N provisto de ruedas sin fricción es desplazado hacia arriba de un plano inclinado a 37° con un empujón P paralelo al plano. Trace un diagrama de cuerpo ubre de las fuerzas que actúan sobre el vagón. ¿Cuál es el mínimo empujón P requerido para que el vagón ruede hacia arriba del plano? Respuesta: 54.2 N '3-24. ¿Qué empujón horizontal P es necesario para mantener en reposo sobre el plano inclinado al vagón del problema 3-23? Respuesta: 67,81 N

3-25. Un bloque de 70 N descansa sobre un plano inclinado a 40 C. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza de fricción estática dirigida hacia arriba del plano? ¿Es ésta necesariamente la fuerza máxima de fricción estática? ¿Cuál es la fuerza normal a este ángulo? Respuesta: 45.9 N; no; 52,8 N 3-26. Un bloque de hielo se desliza a velocidad constante sobre un piso de madera (μK = 0.1) en el momento en que se le aplica una fuerza horizontal de 8 Lb. ¿Cuál es el peso del trozo de hielo? Respuesta: 80 Lb 3-27. Encuentre la tensión en las cuerdas A y B de acuerdo a las condiciones que se muestran en la figura 3-25. Respuesta: (a) A = 170 N, B = 294 N; (b) A = 134 N; B = 209 N

Prof. Loreto Castro Rojas.

FISICA

Respuestas: a) A = 43,2 Lb; B = 34,5 Lb b) A = 61,22 Lb; B = 91,5 Lb

3-29. Determine la tensión en las cuerdas de la figura 3-27a y las fuerzas en los montantes de la figura 3-27b. Respuestas: (a) A = 1410 N, B = 1150 N; (b) A = 33,7 Lb ; B = 23.8 Lb 3-30, Se presiona un borrador de 2 N contra un pizarrón en posición vertical, con un empuje horizontal de 12 N. El coeficiente de fricción estática es 0.25. (a) Encuentre la fuerza requerida para mover el borrador paralelamente a la base del pizarrón, [b) Determine la fuerza que es necesario ejercer hacia arriba para iniciar el movimiento vertical del borrador. Respuesta: a) 1N ; b) 5 N 3-31. Se ha determinado experimentalmente que una fuerza horizontal de 20 Lb mueve una podadora de césped de 60 Lb a velocidad constante. El mango de la podadora forma un ángulo de 40° con el piso, (a) ¿Cuál es el coeficiente de fricción cinética? (b) ¿Qué fuerza a lo largo del mango moverá la podadora hacia adelante a velocidad constante? (c) ¿Cuál es la fuerza normal durante el movimiento hacia adelante? Respuesta: 0,333; 36,2 Lb; 83,3 Lb 3-32. Suponga que se desea que la podadora de césped del problema 3-31 se mueva hacia atrás a velocidad constante tirando del mango a 40^ en relación con el piso. ¿Qué fuerza se debe ejercer sobre el mango en este caso? ¿Cuál es la fuerza normal? Respuesta: 20,38 Lb; 46,89 Lb 3-33. Un cable se estira horizontalmente a través de la parte superior de dos postes verticales separados entre sí 20 m. Un semáforo que pesa 250 N se suspende en la parte media del cable, haciendo que dicho centro se cuelgue una distancia de 1.2 m. ¿Cuál es la tensión del cable? Respuesta: 1049 N 3-34. Suponga que el cable del problema 3-33 tiene un esfuerzo de ruptura de 1200 N. ¿Cuál sería el peso máximo del semáforo para evitar que fallara el sistema? Respuesta: 285,83 N

Prof. Loreto Castro Rojas.

FISICA 3-35. Determine la compresión en el montante central B y la tensión en la cuerda A para la situación descrita en la figura 3-28. Respuesta: A = 643 N; B = 940 N 3-36. Encuentre la tensión en cada cuerda de la figura 3-29 si el peso W es de 476 N. Respuestas: A = 476 N; B = 274,82 N; C = 274,81 N 3-37. ¿Qué empuje horizontal P se requiere sólo para sostener un bloque de 200 N sobre un plano inclinado a 60°, si μK = 0,4? Respuesta: 157 N 3-38. ¿Qué empuje horizontal P hará que el bloque del problema 3-37 empiece a moverse hacia arriba del plano? Respuesta: 1388 N 3-39. Un trineo de 46 N tiene una estaca atada a él formando un ángulo do 30° sobre la horizontal. El coeficiente de fricción cinética es 0,1. (a) Encuentre la fuerza necesaria para tirar del trineo a velocidad constante, (b) Determine qué fuerza se requiere para empujar el trineo a velocidad constante al mismo ángulo. Respuesta: 5,02 N; 5,64 N

3-40. Dos pesas cuelgan de dos poleas sin fricción, como se observa en la figura 3-30. ¿Qué peso W provocará que el bloque de 300 Lb empiece a moverse a la derecha? Respuesta: 108,06 Lb 3-41. En la situación representada en la figura 3-31, suponga que el coeficiente de fricción estática entre el bloque de 200 N y la superficie es de 0.3. Calcule el peso máximo que se puede colgar del punto O sin alterar el equilibrio. Respuesta: 21,3 Lb

Prof. Loreto Castro Rojas.

FISICA