Tecnológico de Costa Rica
Escuela de Física
Escuela de Ciencias Naturales y Exactas
Física General I
II Semestre 2021
FI-1101: Física General I
Tarea 2. Resolución de problemas
Instrucciones
1. El trabajo por desarrollar en esta guía debe ser de manera individual.
Cualquier intento de plagio será sancionado de acuerdo con el reglamento de Enseñanza-aprendizaje que rige en el Tecnológico de Costa
Rica.
2. Verifique las rúbricas mediante las cuales se evaluará su trabajo antes
de ser entregado, esto con la finalidad de que logre obtener la mayor
cantidad de puntos.
3. Cada docente asignará a su grupo dos ejercicios de la lista que encontrará en este
mismo documento sobre los temas de Movimiento en dos o tres dimensiones,
Leyes de Newton y sus aplicaciones, Movimiento circular y relativo y
gravitación. Encuentre el enunciado que le corresponde y después construya la
solución de este.
4. Utilizando los materiales de los módulos de las semanas 5, 6, 7 y 8 resuelva los
ejercicios con una descripción detallada de la física que está utilizando,
además de la resolución algebraica completa.
5. Se requiere que la explicación para cada problema sea clara y formal,
incluyendo los diferentes pasos de la solución algebraica, la teoría física
utilizada, así como una explicación de las suposiciones que se hacen para resolver el
ejercicio o al escoger una ecuación.
6. La tarea debe entregarse según las indicaciones de su profesor en su
respectivo grupo del TEC Digital.
7. Recuerden un buen uso de la caligrafía, ortografía y redacción en sus trabajos y
en caso de hacerse en digital se deberá usar el editor de ecuaciones o algún
medio que permita una correcta presentación de las ecuaciones y desarrollo
algebraico.
8. Entregue el documento en formato .pdf o .docx en la forma indicada por su
docente el lunes 30 de agosto. Tendrá casi dos semanas para realizar la entrega
del archivo con esa resolución, por lo que se les ruega hacer un buen uso del
tiempo disponible para que puedan entregar el trabajo completo.
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FI-1101: Física General I
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FI-1101: Física General I
Pautas para la confección de solución escrita de ejercicios
• Formato: En caso de realizarse en formato digital use letra Times New Roman,
tamaño 12, interlineado 1,15; además usar el editor de ecuaciones para las
ecuaciones o algún medio alternativo que permita la correcta presentación de las
ecuaciones y el desarrollo algebraico. En el desarrollo de las ecuaciones puede
ser que queden muy pegadas entonces cuando se tiene una serie de ecuaciones por
el desarrollo de un procedimiento, se les puede dar más espaciado.
• Explicación con detalle: además de TODOS los pasos algebraicos, incorporar
comentarios de por qué se escoge o usa cierta ecuación, cuáles son los conceptos
involucrados, los valores que se usan si se hace una conversión, el por qué se
requiere un dado paso, etc. Incluso se pueden hacer advertencias de… “de forma
errónea se puede intentar sumar de manera lineal los vectores, pero…”. De no contar
con su debido razonamiento (explícito y detallado), no se otorgarán puntos. Un
ejemplo se muestra a continuación:
Tres cuerdas horizontales tiran de
unapiedra grande enterrada en el suelo,
produciendo los vectores de fuerza
⃗𝑨
⃗ , ⃗𝑩
⃗⃗ y ⃗𝑪
⃗ , que se ilustran en la figura
P1.66libro principal de consulta Sears,
F. W., Zemansky, M. W., Young, H. D.
y Freed-man, R. A. (2013). Física
Universita-ria. Volumen 1. Décimo
cuarta Edición. México: Pearson
Educación. Obtenga la magnitud y la
dirección de una cuarta fuerza aplicada
a la piedra que haga que la suma
vectorial de las cuatro fuerzas sea cero.
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FI-1101: Física General I
• Unidades: Hacer sustitución de valores con las unidades correspondientes, recuerden que con este material se le está instruyendo al estudiantado y somos
nosotros responsables de dar el ejemplo. Además, recordar que según el Sistema
Internacional los símbolos de las unidades no deben ir ni en negrita ni en cursiva.
• Diagramas: Confeccionar diagramas para los procesos intermedios en los que se
crea se pueda apoyar más aún la explicación que se está dando.
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FI-1101: Física General I
• Solución o resultados relevantes: Señalar con color las soluciones a las que se
llegó, para esto se está usando un recuadro incorporado en la misma ecuación. Se
muestra a continuación el proceso para incorporar este elemento.
1. Se inserta en la sección de ecuaciones un recuadro, como se ve en la imagen
siguiente:
2. Se le pone color para dar más énfasis al recuadro, como se ve en la imagen
siguiente:
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3. Y con esto se enfatizan no sólo los resultados finales sino otros resultados
relevantes que se obtienen en el proceso. Como se muestra a continuación:
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Ejercicios propuestos
1. En un plano inclinado a 30° con respecto a la horizontal, hay dos bloques con masas
de 8,00 Kg y 12,00 kg, estos bloques se encuentran conectados por una cuerda ideal
y bajan deslizándose a través de este plano inclinado tal y como se muestra en la
Figura 1. El coeficiente de fricción cinética entre el bloque de 8,00 kg y el plano es
de 0,25; y entre el bloque de 12,00 kg y el plano es de 0,35.
Figura 1. Diagrama del problema 1
Con base en el sistema descrito anteriormente resuelva los siguientes incisos:
a) Realice los diagramas de cuerpo libre para cada una de las partículas del
sistema.
b) Calcule la aceleración de cada bloque.
c) Calcule la tensión en la cuerda.
d) Explique ¿Qué sucedería si se invierten las posiciones de los bloques, de
manera que el bloque de 8,00 kg esté arriba del de 12,00 kg? ¿cambiarían sus
respuestas de los incisos b) y c)? Justique claramente sus razonamientos.
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FI-1101: Física General I
2. En un sistema como en el que se observa en la figura 2, un bloque de 4,00 kg se
encuentra sujeto a una varilla vertical con dos cuerdas que consideramos ideales.
Cuando el sistema gira en torno al eje de la varilla con una cierta rapidez, las cuerdas
se extienden como se indica en el diagrama, y la tensión en la cuerda superior es de
80.0 N.
Figura 2. Diagrama del problema 2
Con base en el sistema descrito anteriormente resuelva los siguientes incisos:
a) ¿Qué tensión hay en la cuerda inferior?
b) ¿Cuál sería el periodo 𝑇1 del sistema?
c) Calcule el período 𝑇2 con el que el sistema debería girar para que la cuerda
inferior pierde su tensión (asumimos que la cuerda superior sigue manteniendo
el mismo ángulo de inclinación).
d) Explique, ¿qué sucede si el periodo T se aumenta respecto al calculado en el
inciso c)? Justique claramente sus razonamientos.
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3. Un bloque de masa 𝑚b = 5,00 kg se coloca en la parte superior de un plano
inclinado con una masa 𝑚p = 25,0 kg y tiene un ángulo de inclinación 𝜃 = 15°.
Como se muestra en la figura 3. Entre el bloque y el plano inclinado no hay fricción,
por lo que el bloque puede deslizarse por el plano inclinado. Si se aplica una fuerza 𝐹
de tal forma que el plano inclinado se mantiene estático. Resuelva lo siguiente:
a) Realice los diagramas de cuerpo libre para el bloque y el plano inclinado.
b) Encuentre las ecuaciones de movimiento que describen el sistema.
c) Encuentre las siguientes magnitudes:
i.
aceleración con la que el bloque se desplaza sobre el plano inclinado
ii.
la fuerza normal entre el bloque y el plano inclinado.
iii.
fuerza normal entre el suelo y plano inclinado
iv.
fuerza 𝐹 aplicada sobre el bloque.
d) Describa que sucedería con la aceleración del bloque y del plano inclinado si la
fuerza 𝐹 tiene magnitud cero. Explique claramente sus razonamientos.
Figura 3. Diagrama del problema 3
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4. Un disco de masa 𝑚1 = 2,00 kg se une a una cuerda ideal y se le permite dar de
vueltas en un círculo de radio 𝑅 = 0,50 m sobre una mesa horizontal sin fricción. El
otro extremo de la cuerda pasa a través de un pequeño orificio en el centro de la
mesa, y una carga de masa 𝑚2 = 5,00 kg se une a la cuerda (figura 4). La carga
suspendida permanece en equilibrio mientras que el disco en la mesa da vueltas.
a) Encuentre la tensión magnitud de la cuerda en la cuerda
b) Encuentre la fuerza radial que actúa sobre el disco y la rapidez del disco.
c) Describa cualitativamente que ocurrirá en el movimiento del disco si el valor
de 𝑚2 aumenta un poco al colocar una carga adicional sobre este. Justifique su
respuesta.
d) Describa cualitativamente que ocurrirá en el movimiento del disco si el valor
de 𝑚2 disminuye al remover una parte de la carga suspendida. Justifique su
respuesta.
Figura 4. Diagrama del problema 4
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5. Un atleta de 52 kg corre en una pista horizontal y avanza en dirección de un sensor
de impacto que se encuentra en el suelo. Justo cuando alcanza una rapidez de 5 m/s
da una zancada sobre el sensor de impacto que registra una fuerza normal contra el
suelo de 1800 N y una fricción horizontal del pie de 300 N. Considerando la
situación descrita:
a) elabore un diagrama de cuerpo libre con todas las fuerzas que actúan sobre el
atleta cuando pasa por el sensor de impacto.
b) calcule la aceleración del atleta cuando pasa por el sensor de impacto.
c) calcule el coeficiente de fricción que existe entre el atleta y el sensor de
impacto.
d) ¿se puede afirmar que el atleta avanza acelerando o frenando cuando pasa por el
sensor de impacto? ¿por qué? Explique claramente sus razonamientos.
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6. Juan, un basquetbolista profesional de 90 kg, cae apoyándose en sus pies después de
donkear (del inglés slam dunk, ver https://es.wikipedia.org/wiki/Slam_dunk si no
está familiarizado) y salta para celebrar el enceste. Cuando sus pies tocan el suelo, el
basquetbolista lleva una velocidad de 5 m/s hacia abajo y después de estar en
contacto 0,50 s con el suelo, tiene una velocidad de 4 m/s hacia arriba cuando salta.
A partir de la información brindada,
a) elabore un diagrama de cuerpo libre del basquetbolista justo cuando toca el
suelo.
b) calcule la aceleración de Juan debida a la interacción con el suelo (la cual
asumimos constante durante la interacción de 0,50 s).
c) calcule la fuerza que Juan ejerce sobre el suelo para saltar.
d) ¿qué cambia en el diagrama de cuerpo libre del basquetbolista después de
iniciar el salto de celebración? ¿cómo cambia esto la aceleración de Juan
durante el salto de celebración? Explique claramente sus razonamientos.
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