Unidad 2

Presentado Por

Bayron Giovanni Gomez Cruz - Cod. 80155552

Física General – 100413-51

Presentado a:

JAVIER FRANCISCO RODRIGUEZ MORA

Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNADOCTUBRE 2015

Contenido

Energia de un sistema..............................................................................................................................

Conseravion de la energia........................................................................................................................

Cantidad de movimiento lineal y colisiones...........................................................................................

Breve estudio de la presion......................................................................................................................

Dinamica de fluidos...................................................................................................................................

EJERCICIO TEMA 1. ENERGÍA DE UN SISTEMA

1.Un bloque de 2.50 kg de masa se empuja 2.20 m a lo largo de una mesa horizontal sin fricción por una fuerza constante de 16.0 N dirigida 25.0° debajo de la horizontal. Determine el trabajo invertido sobre el bloque por a) la fuerza aplicada, b) la fuerza

normal que ejerce la mesa y c) la fuerza gravitacional. d) Determine el trabajo neto invertido en el bloque.

a) la fuerza aplicada

b) la fuerza normal que ejerce la mesa

c) la fuerza gravitacional.

d) Determine el trabajo neto invertido en el bloque.

La energía está presente en el Universo en varias formas como experiencia cotidiana tenemos el término de velocidad, fuerza, gravedad, trabajo, además el concepto de energía se aplica a sistemas mecánicos sin recurrir a las leyes de Newton por eso a continuación daremos un ejemplo en el cual se explicara un ejerció que manejar conceptos de energía.

FISICA GENERAL La ley de Hooke nos permite encontrar la energía de un sistema, En este ejercicio utilizaremos concepto de Trabajo, fuerza, velocidad, pero comencemos a explicar que tiene que ver la Ley de Hooke.

(a) Trabajo efectuado por la fuerza es WF = Fdcosθ = 16 x 2.2 cos25o = 31.9 N

(b) Wn = Fdcosθ = 0, ya que el ángulo entre la fuerza normal y el desplazamientoes θ = 90o.r, WT = WF + Wn + Wg = 31.9 NENERGÍA DE UN SISTEMA(c) Wg = 0, ya que el ángulo entre la fuerza de la gravedad y el desplazamiento esθ = 90o.

(d) la fuerza neta hace un trabajo igual a la suma de los trabajos efectuados porlas fuerzas. Es decir, WT = WF + Wn + Wg = 31.9 N

Tema 2: Conservación de la energía

9. El coeficiente de fricción entre el bloque de 3.00 kg y la superficie en la figura P8.19 es 0.400. El sistema parte del reposo. ¿Cuál es la rapidez de la

bola de 5.00 kg cuando cae 1.50 m? 

Diagramas de Cuerpo Libreg=aceleración de la gravedad

N=fuerza normal del piso contra el objeto de masa m1 Froz=fuerza de rozamiento

T=tensión entre m1 y m2

Convenciones2)de 2) m2.g-T=m2 . a 5Kg . 9,80m/s^2-T=5Kg .a49N-T=5Kg .a2)49N-T=5Kg .a

Sumando 1) y 2)

T-11.76N+49N-T=3Kg .a+5kg .a 

37.24N=8Kg .a 

a=37.24N/8Kg

a=4.65m/s^2 

remplazando la aceleración del sistema en 1) tenemos:T-11.76N= 3Kg . 4.65m/s^2

𝑇= 13.95N +11.76N

T=25.71

(Kf+Uf)-( Ki+Ui)=WexternoSiendo :Ki= 1/2mvi^2energía cinética inicialUi=mghienergia potencial inicialKf=1/2mvf^2energía cinética finalUf= mghfenergía potencial final

1/2m2vf^2-1/2m2vi^2+m2ghi-m2ghf=-T.h Como la energía cinética inicial del sistema es iguala cero como también su energía potencial final la ecuación queda:

1/2m2vf^2-m2ghi=-T.h 

1/2m〖2vf〗^2-m2ghi=-T.h 

1/2 .5Kg. vf^2-5Kg .9,8m/s^2.1.5m =-25,71N .1.5m

〖 vf〗^2=(-38.56+73.5).2/5

〖 vf〗^2=13.98m^2/s^2=3.73m/sla velocidad del objeto al llegar al piso es 

vf=3.73m/s

Tema 3: Cantidad de movimiento lineal y colisiones

11. Una bola de 0.150 kg de masa se deja caer desde el reposo a una altura de 1.25 m. Rebota en el suelo para alcanzar una altura de 0.960 m. ¿Qué impulso le da el piso a la bola?

Variables Formulas

m = 0.15 Kg Hallar la velocidad a la que la pelota choca en el suelo

V𝑖1 = Velocidad inicial b= 0 (𝑣𝑓1)2 = (𝑣𝑖1)2 +2∗𝑔 ∗ℎ1

V𝑓1 = Velocidad final b Halla la velocidad a la que la pelota rebota en el suelo ℎ1 = Altura inicial pelota (𝑣𝑓2)2 = (𝑣𝑖2)2 +2∗𝑔 ∗ℎ2

V𝑖2 = Velocidad inicial a Hallar el impulso que le da el piso a la pelota

V𝑓2 = Velocidad final a ∆𝑝 = 𝑝𝑓 − 𝑝𝑖 = 𝑚 ∗ 𝑣𝑓1 −𝑚 ∗ 𝑣𝑖2 ℎ2 = Altura final pelota

Las fórmulas que utilizamos son las siguientes:

Fórmula para hallar la velocidad a la que la pelota choca en el suelo: (𝑣𝑓1)2 = (𝑣𝑖1)2 +2∗𝑔 ∗ℎ1

Fórmula para hallar la velocidad a la que la pelota rebota en el suelo: (𝑣𝑓2)2 = (𝑣𝑖2)2 +2∗𝑔 ∗ℎ2

Fórmula para hallar el impulso que le da el piso a la pelota:

∆𝑝 = 𝑝𝑓 − 𝑝𝑖 = 𝑚 ∗ 𝑣𝑓1 −𝑚 ∗ 𝑣𝑖2

Procedemos a remplazar los valores de nuestras variables a las formulas: (𝑣𝑓1)2 = (𝑣𝑖1)2 +2∗𝑔 ∗ℎ1 (𝑣𝑓1)2 = 0+2∗𝑔 ∗ℎ1 𝑣𝑓1 = √2∗9.8𝑚 𝑠𝑒𝑔∗1.25 𝑚 = √24.5 𝑚/𝑠𝑒𝑔 = 4.9497 𝑚/𝑠𝑒𝑔 𝑣𝑓1 = −4.9497 𝑚 𝑠𝑒𝑔

Cuando la pelota se desplaza hacia abajo se asume que el valor es negativo. (𝑣𝑓2)2 = (𝑣𝑖2)2 +2∗𝑔 ∗ℎ2

0 = (𝑣𝑖2)2 +2∗𝑔 ∗ℎ2

16 𝑣𝑖2 = √2∗9.8 𝑚 𝑠𝑒𝑔∗0.96 𝑚 =√18.816𝑚 𝑠𝑒𝑔= 4.3377𝑚 𝑠𝑒𝑔

∆𝑝 = 𝑝𝑓 − 𝑝𝑖 = 𝑚 ∗ 𝑣𝑓1 −𝑚 ∗ 𝑣𝑖2

∆𝑝 = (0.15 𝑚 ∗4.3377 𝑚 𝑠𝑒𝑔)−(0.15 𝑚 ∗(−4.9497𝑚 𝑠𝑒𝑔))

∆𝑝 = (0.6506) −(−0.7424)

∆𝑝 = 0.6506+0.7424

∆𝑝 = 1.393 𝐾𝑔 ∗ 𝑚 𝑠𝑒𝑔

Tema 4: Breve estudio de la presión

19. Una pelota de ping pong tiene un diámetro de 3.80 cm y una densidad promedio de 0.084 0 g/cm3 . ¿Qué fuerza se requiere para mantenerla completamente sumergida bajo el agua?

V=¶*r³*4/3 → V = 7.9587 cm³

Como la densidad del agua es de 1.04gr/cm³, ±, entonces el peso que desaloja es de:

PA= 7.9587/1.04 = 7.6525971 grms.

El peso de la pelota es:

PP = 7.9587*0.084 = 0.6685308 grms.

Luego la diferencia de estos dos pesos es la fuerza que hay que emplear para mantenerla sumergida en este agua.

dif = 7.6525971 - 0.6685308 = 6.984*10^-3 N

Pasando todo a unidades del SI, el diámetro de la pelota es

2r = 3.80 x 10^-2 m y la densidad es

d = 84 kg/m³

El volumen de la pelota es V = 4/3 π r³ = 4/3 x 3.14 x (1.90 x 10^-2)³ = 28.73 x 10^-6 m³

y su masa es m = V d = 28.73 x 10^-6 x 84 = 2.413 x 10^-3 kg

Cuando la pelota está totalmente sumergida, sobre de ella actúan dos fuerzas: - El peso

P = mg = 2.413 x 10^-3 x 9.81 = 23.7 x 10^-3 N, dirigido hacia abajo

- El empuje de Arquímedes

Fa = V dA g = 28.73 x 10^-6 x 1000 x 9.81 = 281.9 x 10^-3 N, dirigido hacia arriba, siendo dA = 1000 kg/m³ la densidad del agua.

La fuerza necesaria para mantener la pelota sumergida es la diferencia entre estas dos fuerzas entonces sus valores son:

F = Fa - P = (281.9 - 23.7) x 10^-3 = 258.2 x 10^-3 N = 0.2582 N

Tema 5: Dinámica de fluidos

24. A través de una manguera contra incendios de 6.35 cm de diámetro circula agua a una relación de 0.012 0 m3 /s. La manguera termina en una boquilla de 2.20 cm de diámetro interior. ¿Cuál es la rapidez con la que el agua sale de la boquilla?

En el caso de la dinámica de fluidos lo que nos interesa es un fluido que se mueve a través de una tubería, o un cauce. Para ello es importante el concepto de flujo, el cual hace referencia al desplazamiento de un líquido en un punto del espacio. Si la velocidad de un fluido es constante en el tiempo en cualquier punto, se dice que el flujo es estacionario. Este tipo de flujo es muy común en movimiento de fluidos a bajas velocidades. Cuando no hay un desplazamiento relativo de los elementos de masa del fluido, es decir cuando todos se mueven a la misma velocidad, se dice que el flujo es laminar. En un flujo no estacionario la velocidad de las partículas, o de los elementos del fluido, varían en función del tiempo. Cuando un flujo cambia en forma muy brusca se dice que es turbulento. Los conceptos básicos de la dinámica de fluidos se han planteado para flujos estacionarios, incompresibles y no viscosos.

¿Cómo se mide el flujo? Los fluidos se pueden mover en sistemas cerrados como tuberías o en sistemas abiertos como ríos y canales, en los cuales existe una superficie libre.Respuesta:

Hay que tener en cuenta que la relación de 0.0120 m3/s es el mismo caudal

Entonces para hallar la rapidez con la que sale el agua de la boquita tendríamos que pasar el diámetro de la boquilla a metros cuadrados, porque se divide el caudal sobre la sesión de la boquilla.

Diámetro = 2.20 cm = 0.022 m

s = pi*(1/2d)2

Reemplazamos

S= pi*(0.5*0.022)2 = 3.8*0.000121 m2

V= Caudal / s