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PREUNIVERSITARIO PREUCV DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FÍSICA FUERZAS DISIPATIVAS Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO LINEAL 67 FÍSICA– CLASE 7 Para un cuerpo de masa m que se mueve del punto 1 al 2 y luego del punto 2 al 1. Una fuerza es no conservativa si el trabajo efectuado por ella sobre una partícula que se mueve en cualquier viaje de ida y vuelta es distinto de cero. Esto muestra de alguna manera que la presencia del roce provoca disipación de la energía o su trasformación en otra. Esto implica un cambio en el contenido ya conocido hasta ahora En ausencia de fuerzas no conservativas la Energía Mecánica se conserva en cualquier instante Pero en presencia de fuerzas no conservativas existirá una disipación de la energía que es producida por el trabajo realizado por esta fuerza Dónde: Trabajo realizado por la fuerza no conservativa o fuerza disipada ¿QUÉ SON LAS FUERZAS NO CONSERVATIVAS? MOMENTUM Eje Temático: Fuerzas y Movimiento Sub-Eje: Mecánica Tareas: Comprender y Aplicar Existen dos tipos de energía potencial, una de ellas es la Gravitacional y la otra es la Elástica En esta sección revisaremos esta última la que deriva de la ley de Hooke Ley de hooke En física, la ley de elasticidad de hooke, originalmente formulada para casos del estiramiento longitudinal, establece que el alargamiento unitario que experimenta un material elástico es directamente proporcional a la fuerza aplicada fuerza constante elástica ( ) compresión o elongación (m) Energía potencial elástica: La energía potencial elástica es aquella que depende de un medio elástico que almacena energía el comprimirse o estirarse. Esto significa que si no se comprime o estira no almacena energía Dónde: energía elástica ( ) constante elástica ( ) compresión o elongación (m) Si: Trabajo realizado por la fuerza de Roce El trabajo está determinado por: Dónde: trabajo realizado por la fuerza no conservativa fuerza de roce desplazamiento PREUNIVERSITARIO PREUCV DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FUERZA Y MOVIMIENTO MECANICA Guía de Destrezas F – 7: Fuerzas disipativas y cantidad de movimiento lineal 68 FÍSICA – CLASE 7 Esta propiedad está asociada a la cantidad de masa que tiene un objeto y a la velocidad con que éste se mueve; es transferible, es decir, una persona o un objeto pueden transferir momentum a un cuerpo. Para ésto debemos interactuar con él; dicho de otro modo, debemos ejercerle una fuerza. Ahora bien, si todas las fuerzas sobre un sistema, sea este un cuerpo o un conjunto de cuerpos, se anulan entre sí, es decir, la fuerza neta sobre el sistema es igual a cero, entonces el momentum del sistema se conserva, lo que significa que su cantidad de movimiento no cambia, es constante MOMENTUM El momentum o Cantidad de Movimiento Lineal La propiedad llamada cantidad de movimiento o momentum está asociada a la cantidad de masa que tiene un objeto y a la velocidad con que este se mueve; es transferible, es decir, una persona o un objeto pueden transferir momentum a un cuerpo. Dónde: = Momentum o cantidad de movimiento lineal = Masa del cuerpo Velocidad Impulso o variación de la cantidad de Movimiento Cuando un cuerpo está en reposo resulta relativamente sencillo asociar su inercia, es decir, la resistencia al cambio de estado de reposo, solamente a la masa. En efecto, es la masa la magnitud que nos indica en gran medida la magnitud de la fuerza que debemos aplicar para sacar a un cuerpo en reposo. Sin embargo, cuando un cuerpo está en movimiento, esta resistencia a cambiar de estado de movimiento, aumentando, disminuyendo o cambiando la dirección de la velocidad, dependerá no sólo de la masa sino que además de la velocidad con que se mueve el cuerpo. Conservación de la cantidad de movimiento En un choque, podemos establecer una separación relativamente precisa de tiempos que transcurrieron “antes del choque” y de tiempos que transcurrieron “después del choque”. El estudio de los choques busca determinar el estado de movimiento final de las partículas implicadas, conociendo: • El estado de movimiento inicial de cada partícula. • El principio de conservación del momentum lineal. • El principio de conservación de la energía, en el caso de los choques elásticos. PREUNIVERSITARIO PREUCV DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FUERZA Y MOVIMIENTO MECANICA Guía de Destrezas F – 7: fuerzas disipativas y cantidad de movimiento lineal. 69 FÍSICA– CLASE 7 1. Una fuerza conservativa se caracteriza porque: A) No cambia su sentido. B) El trabajo que realiza es cero. C) El trabajo que realiza siempre es negativo. D) El trabajo que realiza siempre es mayor que cero. E) En una trayectoria cerrada el trabajo total realizado por la fuerza siempre es cero. 2. Mediante una fuerza F se eleva verticalmente un cuerpo de a una altura de 5 metros en 5 segundos, con velocidad constante (considere ). En esta situación, es falso afirmar que: A) El trabajo de la fuerza F es de 250 Joule. B) La intensidad de la fuerza F es de 50 Newton. C) Se necesitan 50 Watts de potencia. D) La energía cinética se mantiene en 5 Joule. E) La aceleración vale . 3. Respecto al trabajo será correcto decir que es una magnitud: A) Vectorial que tiene la dirección y sentido de la fuerza. B) Escalar que tiene la misma dirección de la fuerza. C) Vectorial que tiene la dirección y sentido del desplazamiento. D) Que no tiene dirección ni sentido ya que es un escalar. E) Vectorial que tiene la dirección y sentido del producto entre la fuerza y el desplazamiento. 4. Un cuerpo de masa constante está bajando por un plano inclinado, y el gráfico de la figura muestra cómo se comporta su momentum en función del tiempo. De la observación del gráfico, es verdadero concluir que el cuerpo: A) Está bajando con velocidad constante. B) Está sometido a una fuerza neta mayor que cero. C) No posee momentum. D) Experimenta una aceleración constante mayor que cero. E) Está aumentando su momentum. 5. ¿En cuál de los siguientes casos se conserva el momentum de una partícula de masa constante? A) En una caída libre. B) En un lanzamiento vertical hacia arriba. C) Al lanzar un cuerpo por un plano horizontal sin roce. D) En un plano inclinado sin roce. E) En un bus que está siendo frenado. 6. Una esfera de de masa es lanzada verticalmente hacia arriba con rapidez inicial . La altura alcanzada por el cuerpo fue de 15 m. Entonces, la pérdida de energía debido a la resistencia del aire fue de: A) 100 J B) 75 J C) 50 J D) 25 J E) 0 J 7. Se aplica una fuerza de 6 N sobre un cuerpo durante un lapso de 4s. Si el cuerpo esta inicialmente en reposo. ¿Cuál es el cambio de momentum que experimenta el cuerpo? A) Cero B) C) D) E) 8. Sobre una masa de que estaba en reposo sobre una superficie horizontal rugosa, se aplican en forma simultánea tres fuerzas de magnitudes , y , cuyos sentidos se indican en la figura. La fuerza es de 50 N y de 30 N y el cuerpo debido a esto se mueve con aceleración de hacia la derecha. Entonces, considerando que se desconoce el valor de la fuerza y la magnitud del roce, será correcto afirmar que: PREUNIVERSITARIO PREUCV DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FUERZA Y MOVIMIENTO MECANICA Guía de Destrezas F – 7: Fuerzas disipativas y cantidad de movimiento lineal 70 FÍSICA – CLASE 7 A) No se puede determinar el trabajo neto con estos datos.B) El trabajo hecho por es positivo. C) El trabajo realizado por puede ser positivo o negativo dependiendo de su valor. D) El roce en este caso hará un trabajo positivo. E) La fuerza neta hace un trabajo positivo. 9. Un cuerpo de masa 1 kg choca horizontalmente contra una pared vertical con una velocidad de 20 m/s y rebota con una velocidad de 15 m/s. La variación de la magnitud de la cantidad de movimiento es: A) B) C) D) E) 10. Una pelota cae desde los de altura, luego de chocar contra el suelo sale con una rapidez de y vuelve a subir. Respecto a esta situación se afirma que: I. Las energías cinéticas justo antes y después de golpear el suelo son iguales. II. Al pasar por el punto que está a de altura, al bajar y al subir, sus energías potenciales son iguales. III. Después de rebotar la máxima energía potencial que alcanza, es igual a la energía cinética que tenía justo antes de golpear el suelo desplazamiento es cero. Es (son) verdadera(s): A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) I, II y III. 11. En los casos I, II y III se muestran cuerpos con distinta masa y distinta velocidad, al respecto se afirma que al comparar las cantidades de movimiento de los cuerpos es correcto concluir que son iguales los casos: A) I y II. B) I y III. C) II y III. D) I, II y III. E) Ninguno de ellos. 12. Un móvil cambia de posición en el tiempo, tal como lo muestra la figura. Si la masa del móvil es de 8 kg, entonces el momentum que posee a los 10 s, expresado en unidades del SI, es: A) 2 B) 4 C) 10 D) 40 E) 200 13. Que cantidad de energía puede almacenar un resorte que se ha estirado desde su posición inicial, si su constante elástica es de : A) . A) . B) . C) . D) . E) . PREUNIVERSITARIO PREUCV DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FUERZA Y MOVIMIENTO MECANICA Guía de Destrezas F – 7: fuerzas disipativas y cantidad de movimiento lineal. 71 FÍSICA– CLASE 7 14. Una caja plástica de que se deslizaba por una superficie sin roce, entra a una zona rugosa con rapidez de y se detiene después de recorrer . El trabajo hecho por la fuerza de roce fue de módulo: A) 9 J. B) 50 J. C) 25 J. D) 225 J. E) 375 J. 15. Se suelta una piedra desde una altura de . El roce con el aire hace que su energía cinética al momento de llegar al suelo, sea el 90% de lo que sería si no hubiese roce con el aire, entonces la velocidad de la piedra al momento de llegar al suelo es: A) . B) . C) . D) . E) . 16. Un cuerpo avanza en línea recta de modo que su momentum es . El mismo cuerpo a partir de cierto momento reduce su masa a la mitad y cuadruplica su rapidez, por lo tanto, ahora su momentum es: A) B) C) D) E) 17. ¿Cuál afirmación es falsa respecto al impulso? A) Es una magnitud vectorial. B) Siempre produce una variación en la cantidad de movimiento. C) Al chocar dos partículas se ejercen impulsos iguales. D) Tiene la misma dirección y sentido de la fuerza. E) Mientras mayor sea el tiempo de aplicación de la fuerza sobre un cuerpo, mayor será el impulso sobre él. 18. Dos cuerpos A y B, son soltados desde los 20 m y los 5 m de altura, respectivamente. Considerando que las respectivas masas de A y B son 2 kg y 4 kg, será correcto afirmar que al comparar sus cantidades de movimiento, y , cuando cada uno está llegando al suelo, se cumple que: A) B) C) D) E) PREGUNTA HABILIDADES PENSAMIENTO CIENTÍFICO 19. La cantidad de movimiento es un valor físico que depende de la masa y la rapidez de un cuerpo. Por ejemplo, un camión que baja una pendiente tiene una gran cantidad de movimiento por tener una gran masa. ¿Existe la posibilidad de que un patín, notoriamente de menor tamaño, tenga mayor cantidad de movimiento que el camión? A) Es imposible, el patín tiene mucha menos masa que el camión. B) Es imposible ya que el camión es un vehículo y el patín un juguete. C) Muy posible, sobre todo cuando bajan por la una pendiente. D) Solo si el patín está en movimiento y el camión en reposo. E) En cualquier caso. PREUNIVERSITARIO PREUCV DEPARTAMENTO DE CIENCIAS FUERZA Y MOVIMIENTO MECANICA Guía de Destrezas F – 7: Fuerzas disipativas y cantidad de movimiento lineal 72 FÍSICA – CLASE 7 PREGUNTA HABILIDADES PENSAMIENTO CIENTÍFICO 20. La conservación de la cantidad de movimiento puede ser aplicado en colisiones reales de vehículos, en donde conociendo las propiedades del momentum se puede predecir el resultado del fenómeno. Si un vehículo pequeño colisiona con un camión, el que tienen su carga completa, estacionado. Según las condiciones nombradas anteriormente, ¿Qué condiciones se deben cumplir para que el camión se mueva? A) No importa la velocidad, siempre el camión se moverá. B) No importa la masa, siempre se mueve. C) Se moverá siempre que el vehículo sobrepase una velocidad determinada. D) Sin importar la velocidad del vehículo, el camión nunca se moverá. E) Ninguna de las anteriores.
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