a guia 0 -...

32
GUIA 0 1 - Hallar el módulo del vector de origen en (20,-5,8) y extremo en (-4,-3,2). 2 - a) Hallar las componentes cartesianas de los siguientes vectores: x y x y x y (i) (ii) (iii) x y (iv) 4 | | = A r 4 | | = A r º 30 = θ º 135 = θ 3 . 7 | | = A r 7 | | = A r º 330 = θ A r A r A r A r x y (v) 25 . 2 | | = A r A r b) Hallar el módulo y dirección de los siguientes vectores y representarlos gráficamente: (i) A r = (3,3) (iv) D r = (5,0) (ii) B r = (-1.25,-2.16) (v) E r = (0,3) (iii) = (-2.5,4.33) C r 3 - Qué propiedades tienen los vectores A r y B r tales que: a) y C B A r r r = + C B A r r r = + b) B A B A r r r r = + c) y C B A r r r = + 2 2 2 C B A = + 4 - Usando la definición de producto escalar, calcular a) e) j i ˆ ˆ j j ˆ ˆ b) f) k k k i ˆ ˆ ˆ ˆ c) g) i j ˆ ˆ k j ˆ ˆ d) i i ˆ ˆ donde = (1,0,0), = (0,1,0), = (0,0,1). i ˆ j ˆ k ˆ 5 - Haciendo uso de la propiedad distributiva del producto escalar respecto de la suma, ( ) F C E C F E C r r r r r r r + = + y de los resultados obtenidos en el ejercicio anterior, demostrar que si A r = a x i + a ˆ y j ˆ + a z k y ˆ B r = b x i ˆ + b y j ˆ + b z k ˆ entonces, B A r r = a x b x + a y b y + a z b z. 6 - a) Utilizando el teorema de Pitágoras y la definición de las funciones trigonométricas, demostrar en el triángulo de la figura el “Teorema del Coseno”: AC 2 = AB 2 + BC 2 – 2AB BC cos β, donde AB, BC y AC son las longitudes de los respectivos lados. A B C β γ D α AYUDA : Considerar los triángulos rectángulos ABD y ADC. b) Utilizando la definición del seno demostrar sobre los mismos triángulos que AC/sen β = AB/sen γ, y generalizar el resultado para demostrar el “Teorema del Seno”: AC/sen β = AB/sen γ = BC/ sen α.

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Page 1: A GUIA 0 - materias.df.uba.armaterias.df.uba.ar/f1ba2017c1/files/2012/07/GUIAS-F1-imprimir-labs.pdf · GUIA 0 1 - Hallar el módulo del vector de origen en (20,-5,8) y extremo en

GU

IA

0

1 -

Hal

lar

el m

ódul

o de

l vec

tor

de o

rige

n en

(20

,-5,

8) y

ext

rem

o en

(-4

,-3,

2).

2 -

a) H

alla

r la

s co

mpo

nent

es c

arte

sian

as d

e lo

s si

guie

ntes

vec

tore

s:

x

y

x

y

x

y

(i)

(ii)

(iii

)

x

y(i

v)

4|

|=

Ar

4|

|=

Ar

º30

º13

5=

θ

3.7|

|=

Ar7

||

=Arº

330

ArAr

Ar

Ar

x

y(v

)

25.2|

|=

ArAr

b)

Hal

lar

el m

ódul

o y

dire

cció

n de

los

sigu

ient

es v

ecto

res

y re

pres

enta

rlos

grá

fica

men

te:

(i)

Ar=

(3,

3)

(iv)

Dr

= (

5,0)

(ii)

Br

= (

-1.2

5,-2

.16)

(v

) Er

= (

0,3)

(iii

) =

(-2

.5,4

.33)

Cr

3 -

Qué

pro

pied

ades

tien

en lo

s ve

ctor

es Ar

y Br

tale

s qu

e:

a)

y C

BA

rr

r=

+C

BA

rr

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+

b)

BA

BA

rr

rr

−=

+

c)

y

C

BA

rr

r=

+2

22

CB

A=

+ 4

- U

sand

o la

def

inic

ión

de p

rodu

cto

esca

lar,

cal

cula

r

a)

e)

ji

ˆˆ ⋅

jj

ˆˆ ⋅

b)

f)

k

k

ki

ˆˆ ⋅

ˆˆ ⋅

c)

g)

i

ˆ ⋅

kj

ˆˆ ⋅

d)

i

ˆ ⋅do

nde

= (

1,0,

0),

= (

0,1,

0),

= (

0,0,

1).

ij

k

5

- H

acie

ndo

uso

de l

a pr

opie

dad

dist

ribu

tiva

del

pro

duct

o es

cala

r re

spec

to d

e la

sum

a,

()

FC

EC

FE

Cr

rr

rr

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⋅+

⋅=

+⋅

y

de

los

resu

ltad

os

obte

nido

s en

el

ej

erci

cio

ante

rior

,

dem

ostr

ar q

ue s

i Ar

= a

xi

+ a

ˆy

j +

azk

y

ˆBr

= b

xi

+ b

yj +

bzk

ent

once

s,

BA

rr⋅

= a

xbx +

ayb

y + a

zbz.

6 -

a) U

tili

zand

o el

teo

rem

a de

Pit

ágor

as y

la

defi

nici

ón d

e la

s fu

ncio

nes

trig

onom

étri

cas,

de

mos

trar

en

el tr

iáng

ulo

de la

fig

ura

el “

Teo

rem

a de

l Cos

eno”

:

AC

2 =

AB

2 +

BC

2 – 2

AB

BC

cos

β,

do

nde

AB

, BC

y A

C s

on la

s lo

ngit

udes

de

los

resp

ecti

vos

lado

s.

A

BC

βγ

D

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AY

UD

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onsi

dera

r lo

s tr

iáng

ulos

rec

táng

ulos

AB

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AD

C.

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Uti

liza

ndo

la d

efin

ició

n de

l sen

o de

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trar

sob

re lo

s m

ism

os tr

iáng

ulos

que

AC

/sen

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y

gene

rali

zar

el r

esul

tado

par

a de

mos

trar

el “

Teo

rem

a de

l Sen

o”:

A

C/s

en β

= A

B/s

en γ

= B

C/ s

en α

.

Page 2: A GUIA 0 - materias.df.uba.armaterias.df.uba.ar/f1ba2017c1/files/2012/07/GUIAS-F1-imprimir-labs.pdf · GUIA 0 1 - Hallar el módulo del vector de origen en (20,-5,8) y extremo en

7 - a) Sean

i, y

los versores de la terna mostrada en la figura (a). U

sando la definición de producto vectorial, calcular

ˆj

k

(i)

ji

ˆ (ii)

(iii)

k

ˆ×i

ˆ×j

ˆˆ×

(iv)

(v)

j (vi)

kk

i

ˆ×j

ˆˆ×

ˆˆ×

b) R

epetir el cálculo anterior para la terna de la figura (b) y comparar con los resultados

obtenidos en ambos casos.

x

y

z

ix

y

z

ij

kk

j

(a)

(b)

N

OT

A: E

n lo sucesivo se convendrá en trabajar con ternas análogas a las del caso (a), en

las cuales x

=

, que se denominan “T

ernas Derechas”.

ij

k

8 - a) Dem

ostrar que el producto vectorial no es asociativo y que dados los vectores A r

, B r

y C r, se cum

ple:

()

()

()B

AC

CA

BC

BA

rr

rr

rr

rr

r⋅

−⋅

×.

a)

P

robar que cualesquiera que sean los vectores, se cumple:

()

()

()

0=

××

×+

××

BA

CA

CB

CB

Ar

rr

rr

rr

rr

.

c) Dem

ostrar que el producto mixto de tres vectores cualesquiera

A r,

B r y C

es igual al volum

en del paralelepípedo construido sobre los mism

os una vez llevado a partir de su origen com

ún.

r

d) Dem

ostrar que la condición necesaria y suficiente para que tres vectores A r

, B r

y C r

sean paralelos a un mism

o plano es que su producto mixto sea nulo.

9 - Hallar la expresión de los vectores posición, velocidad y aceleración en coordenadas

polares y cilíndricas. Representar gráficam

ente.

CIN

EM

ÁT

ICA

10 - U

n cuerpo que en el instante t = 0 se encuentra en un punto A

, viaja en línea recta con velocidad constante de m

ódulo desconocido v. Cuando transcurre un tiem

po T el m

óvil pasa por un punto B

que está a distancia d de A.

a)

H

alle v. b)

D

é dos expresiones para la posición del cuerpo en función del tiempo, una

considerando un sistema de coordenadas con origen en A

y otra considerando un sistem

a de coordenadas con origen en B, y grafíquelas.

11 - U

n automóvil viaja en línea recta con velocidad constante desde A

hasta C, pasando

por B. S

e sabe que por A pasa a las 12 hs., por B

a las 13 hs. y por C a las 15 hs. (A

B =

50 km

, BC

= desconocido).

a)

Elija un origen de tiem

po y un sistema de referencia.

b)

Elija un instante t0 ¿cuánto vale x

0 ? Escriba la ecuación de m

ovimiento.

c)

Elija otro instante t0 ¿cuánto vale x

0 ? Escriba la ecuación de m

ovimiento.

d)

Calcule la velocidad del auto y la distancia B

C.

12 - Un m

óvil 1 viaja en línea recta desde A hacia B

(distancia AB

= 300 km

) a 80 km/h y

otro móvil 2 lo hace desde B

hacia A a 50 km

/h. El m

óvil 2 parte 1 hora antes que el m

óvil 1. a)

E

lija un origen de tiempo y un sistem

a de referencia. b)

E

scriba los vectores velocidad 1

v r y

2v r

de los móviles 1 y 2, respectivam

ente. c)

E

n un mism

o gráfico represente posición vs. tiempo para am

bos móviles. Interprete

el significado del punto de intersección de ambas curvas.

d)

En un m

ismo gráfico represente velocidad vs. tiem

po para ambos m

óviles. ¿ Cóm

o encontraría en este gráfico el tiem

po de encuentro ?. 13 - R

epetir el problema anterior para el caso en que am

bos móviles viajan desde A

hacia B

.

14 - Un cuerpo viaja en línea recta con aceleración constante de m

ódulo desconocido a y dirección com

o la de la figura. En el instante t =

0 el móvil pasa por el punto A

con velocidad

0v r

como la de la figura, en t =

t0 el móvil pasa por B

y tiene velocidad nula y

en t = t1 el m

óvil pasa por C.

CA

B

av

0v =

0

a)

E

lija un sistema de referencia y escriba las expresiones para la posición y la

velocidad del móvil en función del tiem

po, o sea x(t) y v(t). b)

H

alle a y la distancia A

B.

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c)

Cal

cule

la d

ista

ncia

BC

y la

vel

ocid

ad d

el m

óvil

cua

ndo

pasa

por

C, ¿

pue

de u

sar

para

est

e cá

lcul

o la

s ex

pres

ione

s x(

t) y

v(t

) qu

e es

crib

ió e

n el

inci

so a

) ?.

d)

H

alle

la v

eloc

idad

med

ia e

ntre

A y

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ent

re A

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, ¿ c

oinc

iden

est

as d

os

velo

cida

des

med

ias

? ¿

por

qué

?.

15 -

Un

auto

via

ja p

or u

na r

uta

a 20

m/s

eg, u

n pe

rro

se c

ruza

a 5

0 m

, a)

¿có

mo

debe

n se

r lo

s se

ntid

os d

e lo

s ve

ctor

es a

cele

raci

ón y

vel

ocid

ad p

ara

que

el a

uto

fren

e?.

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Cuá

l es

la d

esac

eler

ació

n m

ínim

a qu

e de

be im

prim

irse

al a

utom

óvil

par

a no

cho

car

al p

erro

?.

c) I

dem

que

(b)

teni

endo

en

cuen

ta q

ue e

l tie

mpo

de

resp

uest

a de

l cho

fer

es 0

.3 s

eg.

d) M

uest

re la

sit

uaci

ón c

alcu

lada

en

(b)

y (c

) en

un

gráf

ico

posi

ción

vs.

tiem

po.

16

- U

n cu

erpo

se

deja

cae

r de

sde

un g

lobo

aer

ostá

tico

que

des

cien

de c

on v

eloc

idad

1

2 m

/seg

. a)

Eli

ja u

n si

stem

a de

ref

eren

cia

y es

crib

a la

s ec

uaci

ones

que

des

crib

en e

l mov

imie

nto

del c

uerp

o.

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alcu

le la

vel

ocid

ad y

la d

ista

ncia

rec

orri

da p

or e

l cue

rpo

al c

abo

de 1

0 se

g.

c) R

esue

lva

los

inci

sos

(a)

y (b

) co

nsid

eran

do q

ue e

l glo

bo a

scie

nde

a 12

m/s

eg.

17 -

Una

pie

dra

en c

aída

libr

e re

corr

e 67

m e

n el

últ

imo

segu

ndo

de s

u m

ovim

ient

o an

tes

de

toca

r el

pis

o. S

upon

iend

o qu

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rtió

del

rep

oso,

det

erm

ine

la a

ltur

a de

sde

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ayó,

el

tiem

po q

ue ta

rda

en ll

egar

al p

iso

y la

vel

ocid

ad d

e ll

egad

a.

18 -

Des

de u

na te

rraz

a a

40 m

del

sue

lo s

e la

nza

haci

a ar

riba

una

pie

dra

con

velo

cida

d 15

m/s

eg.

a)

¿Con

qué

vel

ocid

ad v

uelv

e a

pasa

r po

r el

niv

el d

e la

terr

aza?

. b)

¿C

uánd

o ll

ega

al s

uelo

?.

c)

¿Cuá

ndo

y dó

nde

se e

ncue

ntra

con

una

pie

dra

arro

jada

des

de e

l sue

lo h

acia

arr

iba

con

una

velo

cida

d de

55

m/s

eg y

que

par

te d

esde

el s

uelo

en

el m

ism

o in

stan

te q

ue la

an

teri

or?.

d)

R

epre

sent

e gr

áfic

amen

te.

19 -

Un

auto

móv

il c

uya

velo

cida

d es

90

km/h

pas

a an

te u

n pu

esto

cam

iner

o. E

n es

e in

stan

te

sale

en

su p

erse

cuci

ón u

n pa

trul

lero

que

par

te d

el r

epos

o y

acel

era

unif

orm

emen

te d

e m

odo

que

alca

nza

una

velo

cida

d de

90

km/h

en

10 s

eg. H

alle

: a)

E

l tie

mpo

que

dur

a la

per

secu

ción

. b)

E

l pun

to e

n qu

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pat

rull

ero

alca

nza

el a

utom

óvil

. c)

L

a ve

loci

dad

del p

atru

ller

o en

el p

unto

de

alca

nce.

CIN

EM

ÁT

ICA

1 -

Un

cuer

po s

e m

ueve

a lo

larg

o de

una

líne

a re

cta

de a

cuer

do a

la e

cuac

ión

23

bt

ktx

+−

=, c

on k

, b c

onst

ante

s .

≥0

a)

Cal

cule

la v

eloc

idad

y la

ace

lera

ción

del

cue

rpo

en f

unci

ón d

el ti

empo

, y g

rafí

quel

as.

b) H

alle

el

inst

ante

de

tiem

po, y

la

corr

espo

ndie

nte

posi

ción

, en

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ual

el c

uerp

o te

ndrá

ve

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dad

nula

. c)

Des

crib

a cu

alit

ativ

amen

te e

l m

ovim

ient

o in

dica

ndo

en q

ué i

nter

valo

s de

tie

mpo

el

mov

imie

nto

es a

cele

rado

y e

n cu

áles

des

acel

erad

o.

2 -

Una

par

tícu

la s

e de

spla

za e

n lí

nea

rect

a de

acu

erdo

a la

ecu

ació

n

xx

k=

+0

22

t, c

on

, x

0k

con

stan

tes

> 0

.

a)

Cal

cule

la v

eloc

idad

y la

ace

lera

ción

de

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artí

cula

en

func

ión

del t

iem

po.

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Exp

rese

la

s m

agni

tude

s de

l pu

nto

a)

en

func

ión

de

la

posi

ción

, y

graf

íque

las

part

iend

o de

la p

osic

ión

a t

= 0

. 3

- U

n cu

erpo

se

mue

ve e

n lí

nea

rect

a pa

rtie

ndo

a t

= 0

de

la

posi

ción

x(t

= 0

) =

0 c

on

velo

cida

d v

(t =

0)

=

. 0v

Enc

uent

re

xt()

y x

v()

en

los

caso

s en

que

la

acel

erac

ión

del

cuer

po e

stá

dada

por

la

ecua

ción

(k

cons

tant

e):

a)

a

,

k

> 0

. kt

=2

b)

,

k

> 0

. a

kv=

−2

c) a

,

k >

0.

kvx

= 4

- A

t=

0 s

e de

ja c

aer

un c

uerp

o si

n ve

loci

dad

inic

ial

desd

e un

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tura

H d

el p

iso.

Ade

más

de

l pe

so a

ctúa

una

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rza

en l

a di

recc

ión

hori

zont

al q

ue p

rovo

ca u

na a

cele

raci

ón e

n es

a di

recc

ión

que

pued

e ex

pres

arse

com

o c

on k

> 0

. 2

kta

x−

=a)

Esc

riba

las

ecua

cion

es d

e m

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ient

o y

hall

e la

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ació

n de

la tr

ayec

tori

a.

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iga

en q

ué p

unto

del

eje

x e

l cue

rpo

toca

rá e

l sue

lo. C

ompa

re c

on lo

s re

sult

ados

que

se

obt

iene

n pa

ra

0

=x

a

5 -

Un

heli

cópt

ero

se e

ncue

ntra

sus

pend

ido

en l

a po

sici

ón

xL

=,

yH

=.

En

t =

0 e

l he

licó

pter

o co

mie

nza

a de

scen

der

con

acel

erac

ión

ay

kt=

(k c

onst

ante

> 0

). E

n el

Page 4: A GUIA 0 - materias.df.uba.armaterias.df.uba.ar/f1ba2017c1/files/2012/07/GUIAS-F1-imprimir-labs.pdf · GUIA 0 1 - Hallar el módulo del vector de origen en (20,-5,8) y extremo en

origen de coordenadas hay un cañón que forma un ángulo α

con la horizontal y dispara proyectiles con velocidad de salida

. v

0

a) E

ncuentre la trayectoria del proyectil (o sea, dé y en función de x). Grafique y vs x

para el proyectil y para el helicóptero. b) ¿P

ara qué valores de la trayectoria del proyectil y la del helicóptero se intersectan

? o

v

c) Si

ves alguno de los valores hallados en b) diga en qué instante debe efectuarse el

disparo para que el proyectil haga impacto sobre el helicóptero.

0

6 - Un juego de un parque de diversiones consiste en una pelotita que se m

ueve por un carril rectilíneo con aceleración a

= kt hacia la derecha, con k constante >

0. A t =

0, la pelotita se halla en reposo en el extrem

o izquierdo del carril (punto A). E

l jugador dispone de un rifle, ubicado a una distancia D

del punto A, que dispara bolas con

velocidad v variable, pero con un ángulo α

fijo. 0

Arifle

D

a=

kt

carril

v0

g

α

a) ¿C

on qué velocidad v debe disparar el jugador para que le sea posible acertar en la

pelotita? Es decir, ¿para qué valor de

las trayectorias de la bala y la pelotita se

intersectan?.

0

0v

b) Si

es alguna de las velocidades halladas en a), ¿en qué instante debe disparar el

jugador para pegarle a la pelotita?. 0

v

7 - Un jugador de fútbol patea la pelota fuera de la cancha hacia las tribunas con velocidad

inicial y ángulo de elevación θ. L

a tribuna forma un ángulo α

con la horizontal (ver fig.). S

e aconseja utilizar un sistema de referencia con los ejes (x,y) en las direcciones

horizontal y vertical, respectivamente.

v0

L

v0

αθ

a)

M

uestre que la expresión del alcance L en función del ángulo θ está dada por:

θα

θα

cos)

sen(cos

22 20

−=

g

vL

.

b) Grafique el alcance L

en función de θ y demuestre que para cada valor de L

hay dos valores posibles de θ (tiro rasante y tiro de elevación).

c) ¿Cuál es el ángulo θ para el cual el alcance es m

áximo?

8 - Un cuerpo inicialm

ente en reposo ( θ (t = 0) =

0, ω (t = 0) = 0) es acelerado en una

trayectoria circular de 1,3 m de radio, de acuerdo a la ley γ =

donde γ es la aceleración angular medida en

.

23

24

1648

120−

−−

+−

st

st

s

seg−2

Halle:

a) θ = θ (t)

b) ω =

ω (t)

c) el vector aceleración (utilice la descomposición polar).

d) ¿cuánto vale v r en t =

2 seg ? 9 - U

n mecanism

o de relojería utilizado para controlar cierta maquinaria consiste de dos

agujas A y B

que se mueven am

bas en sentido horario. La aguja A

se mueve con

velocidad angular constante ω partiendo de ϕ

(t = 0) =

0, la aguja B se m

ueve con

una aceleración angular constante γ partiendo con velocidad angular ω (t =

0) = 2ω

de la posición ϕ(t =

0) = 0.

0A

B0

B

a) C

alcule en qué instantes ambas agujas coinciden.

b) Idem en el caso en que la aguja A

se mueva en sentido antihorario.

10 - Un auto azul parte del reposo desde el punto O

en el instante t = 0, y describe una

trayectoria circular de radio R =

90 m con una aceleración angular Γ

= kt (k=

a

36

−s

π).

Pasado un tiem

po de 3 s desde la partida del auto azul, parte del reposo desde O un auto

rojo que se mueve en línea recta hacia el punto P

con una aceleración constante:

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x

aa

0−

=

rojo

azul

RO

Px

y

a) ¿

Cuá

nto

tiem

po ta

rda

el a

uto

azul

en

lleg

ar a

l pun

to P

?.

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¿Cuá

l de

be s

er e

l va

lor

de

par

a qu

e el

aut

o ro

jo p

ueda

alc

anza

r al

aut

o az

ul e

n el

pu

nto

P ?

. a

0

11

- U

n fa

ro q

ue g

ira

con

velo

cida

d an

gula

r co

nsta

nte

w, p

roye

cta

su lu

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bre

una

pant

alla

ub

icad

a a

una

dist

anci

a d =

OP

(ve

r fi

g.).

PL

A O

pant

alla

x

faro

ω

ϕ

a)

Hal

le la

vel

ocid

ad li

neal

del

pun

to lu

min

oso

sobr

e la

pan

tall

a en

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ción

de

dato

s y

de

x.

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alcu

le e

n fu

nció

n de

dat

os y

de

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la v

eloc

idad

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ular

del

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to l

umin

oso

para

un

obse

rvad

or s

itua

do a

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dis

tanc

ia

AP

D=

de l

a pa

ntal

la.

(Sug

eren

cia:

hag

a es

te

cálc

ulo

usan

do tr

igon

omet

ría)

. c)

¿C

ómo

debe

ría

ser

la v

eloc

idad

ang

ular

del

far

o pa

ra q

ue e

l pun

to lu

min

oso

se m

ueva

co

n ve

loci

dad

cons

tant

e?

12 -

Una

cat

apul

ta e

stá

ubic

ada

a un

a di

stan

cia

D d

e un

cas

till

o (v

er f

ig.)

. La

cata

pult

a se

ut

iliz

a pa

ra la

nzar

pro

yect

iles

y c

onsi

ste

en u

n di

spos

itiv

o m

edia

nte

el c

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ada

proy

ecti

l pa

rte

desr

e la

pos

ició

n (1

) co

n ve

loci

dad

nula

, lue

go s

e m

ueve

sob

re la

tray

ecto

ria

circ

ular

de

rad

io R

con

una

ace

lera

ción

ang

ular

ϕ&& d

ada

por

nK

nn

ϕϕ

π1)1

(+

+−

=&&

(do

nde

K y

n s

on

cons

tant

es, n

= 4

) y

fina

lmen

te e

s li

bera

do e

n la

pos

ició

n (3

).

P

D

g

3

2

1

R

ϕcata

pult

a

proy

ecti

l

a)

E

xpre

se l

a ve

loci

dad

tang

enci

al v

del

pro

yect

il (

cuan

do e

stá

en l

a ca

tapu

lta)

en

func

ión

de K

, R y

ϕ. C

alcu

le v

par

a la

pos

ició

n (2

).

b)

Cal

cule

(en

fun

ción

de

K,

R y

g)

la d

ista

ncia

D a

la

que

hay

que

ubic

ar l

a ca

tapu

lta

para

que

los

proy

ecti

les

lanz

ados

por

ell

a pe

guen

en

el p

unto

P d

el c

asti

llo.

13

- U

n na

dado

r pu

ede

nada

r a

0,7

m/s

eg.

resp

ecto

del

agu

a. Q

uier

e cr

uzar

un

río

de 5

0 m

de

anc

ho. L

a co

rrie

nte

del a

gua

es d

e 0,

5 m

/seg

.

a) S

i qu

iere

lle

gar

al p

unto

opu

esto

en

la o

tra

oril

la,

¿en

qué

dire

cció

n de

be n

adar

? ¿c

uánt

o ta

rda

en c

ruza

r?.

b) S

i qu

iere

cru

zar

en e

l m

enor

tie

mpo

pos

ible

, ¿e

n qu

é di

recc

ión

debe

nad

ar?,

¿a

qué

punt

o ll

egar

á?.

14 -

Sob

re u

na r

ampa

inc

lina

da a

30º

res

pect

o de

la

hori

zont

al,

un m

óvil

asc

iend

e co

n un

a ac

eler

ació

n de

1 m

/seg

2 . Si

la r

ampa

se

acel

era

a pa

rtir

del

rep

oso

haci

a la

der

echa

a 0

,5

m/ s

eg2 :

a)

¿C

uál e

s la

ace

lera

ción

del

móv

il r

espe

cto

de la

tier

ra?.

b)

¿Q

ué v

eloc

idad

adq

uier

e el

móv

il a

l ca

bo d

e 1

seg

resp

ecto

de

la r

ampa

y d

e la

ti

erra

?.

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DIN

ÁM

ICA

* Los item

s denotados con * pueden elegirse para resolver como trabajo especial de

computación.

1 - En el sistem

a de la figura señale las fuerzas que actúan sobre cada uno de los cuerpos e indique los pares de interacción. S

ugerencia: aísle cada cuerpo, dibuje las fuerzas que actúan sobre él, aclarando qué interacción las origina.

m1

m2

g

2 - Sea el sistem

a de la figura donde: no hay fricción, el hilo tiene masa despreciable y es

inextensible y la polea es de masa despreciable y sin rozam

iento.

gm

1

m2

α

a) D

iga cuáles son todas las fuerzas ejercidas sobre las masas y sobre el hilo. Indique los

pares de acción y reacción. b) ¿C

uál es la aceleración del sistema en función de

, , α

y g? m

1m

2

3 - El sistem

a de la figura, formado por dos partículas de m

asas m1 y m

2 parte del reposo y se m

ueve de tal forma que la m

asa m1 sube recorriendo todo el plano inclinado en un

tiempo T

. Intercambiando las partículas, m

2 recorre todo el plano subiendo en un tiempo

T/4 (no hay rozam

iento). Sabiendo que m

1 /m2 =

9, hallar α.

4 - E

l sistema de la figura está inicialm

ente en reposo, las poleas y los hilos tienen masas

despreciables y los hilos son inextensibles. B

A

m3

m1

m2

g

a) E

scriba las ecuaciones de New

ton para las masas y la condición de vínculo que

relaciona sus posiciones. b) H

alle la aceleración de cada cuerpo y las tensiones en los hilos en función de las m

asas y de g.

m2

α

g

m1

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5 -

Com

o se

mue

stra

en

la f

igur

a, u

n cu

erpo

de

mas

a e

stá

ubic

ado

sobr

e un

a m

esa

plan

a si

n fr

icci

ón.

Con

side

re q

ue l

as s

ogas

son

ine

xten

sibl

es,

y qu

e so

gas

y po

leas

tie

nen

mas

as d

espr

ecia

bles

. El s

iste

ma

está

inic

ialm

ente

en

repo

so y

la p

olea

A e

s m

óvil

.

m1

AB

m1

m2

g

a)

Esc

riba

las

ecu

acio

nes

de N

ewto

n pa

ra a

mba

s m

asas

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a co

ndic

ión

de v

íncu

lo q

ue

rela

cion

a su

s po

sici

ones

. b)

Cua

ndo

el s

iste

ma

com

ienz

a a

mov

erse

, dig

a cu

ál e

s la

rel

ació

n qu

e de

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xist

ir e

ntre

la

s di

stan

cias

d y

d r

ecor

rida

s po

r y

(

cond

ició

n de

vín

culo

).

12

m1

m2

c) E

ncue

ntre

la

acel

erac

ión

de c

ada

mas

a y

las

tens

ione

s en

los

hil

os e

n fu

nció

n de

m,

y g

. 1

m2

6 -

Con

side

re u

n cu

erpo

de

mas

a m

que

pue

de d

espl

azar

se s

in f

ricc

ión

en l

a su

perf

icie

que

se

indi

ca e

n la

fig

ura.

Usa

ndo

sola

men

te a

rgum

ento

s de

cin

emát

ica

y di

nám

ica,

hal

le

la a

ltur

a m

áxim

a a

la c

ual

el o

bjet

o se

det

endr

á so

bre

el p

lano

inc

lina

do.

¿Cóm

o ca

mbi

a el

res

ulta

do s

i el á

ngul

o de

l pla

no in

clin

ado

se r

educ

e a

la m

itad

?

α

Hm

ax

0vrgr

m

7 -

Un

bloq

ue d

e m

asa

está

col

ocad

o so

bre

un p

lano

incl

inad

o de

mas

a c

omo

mue

stra

la

fig

ura.

El p

lano

incl

inad

o de

scan

sa s

obre

una

sup

erfi

cie

hori

zont

al. A

mba

s su

perf

icie

s so

n si

n fr

icci

ón y

am

bas,

el b

loqu

e y

el p

lano

, pue

den

mov

erse

(ve

r fi

gura

).

1m

m2

y

i) S

i el

pla

no i

ncli

nado

est

á fi

jo,

hall

e la

s co

mpo

nent

es x

e y

de

la a

cele

raci

ón d

el

bloq

ue.

ii)

Si e

l pla

no in

clin

ado

es li

bre

de m

over

se:

a) M

uest

re q

ue la

com

pone

nte

x de

la a

cele

raci

ón d

el b

loqu

e es

:

gta

nm

ax

21

−=

ϕ /(

ϕ +

ϕ)

. m

22

sec

m1

2ta

n

b)

Mue

stre

que

la

com

pone

nte

x de

la

acel

erac

ión

del

plan

o in

clin

ado

(y s

u ún

ica

com

pone

nte)

es:

am

gx

21

=ta

/(ϕ

+

ϕ).

m2

2se

cm

12

tan

c)

Mue

stre

que

e

s:

ay

1

a

y1

=−(

mm

g1

22

+)

tan

ϕ /(

ϕ +

ϕ)

. m

22

sec

m1

2ta

n

8

- U

na v

aril

la d

e lo

ngit

ud d

se

deja

cae

r so

bre

un p

lano

incl

inad

o si

n ro

zam

ient

o co

mo

se

ve e

n la

fig

ura,

con

H, L

y α

com

o da

tos.

Un

segu

ndo

desp

ués

se d

ispa

ra u

n pr

oyec

til

sobr

e el

pla

no c

on u

na v

eloc

idad

inic

ial

0vr f

orm

ando

un

ángu

lo d

e 45

º co

n re

spec

to a

la b

ase

del p

lano

.

a)

Esc

riba

las

ecu

acio

nes

de N

ewto

n pa

ra e

l pr

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til

y la

var

illa

uti

liza

ndo

un s

iste

ma

de r

efer

enci

a fi

jo a

la

supe

rfic

ie d

el p

lano

. Int

erpr

ete.

¿ Q

ue r

elac

ión

encu

entr

a co

n el

ti

ro o

blic

uo?

b) C

alcu

le l

as a

cele

raci

ones

de

ambo

s cu

erpo

s. D

iga

para

qué

val

ores

de

el

proy

ecti

l al

canz

a la

var

illa

. v

0

L

H

d

α0vr

45º

g

m1

m2

xg

ϕ

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9 - Una m

asa se desliza sobre una semiesfera de radio R

sin fricción.

g

m

R

θ

a) Calcular el ángulo θ para el cual se separa de la superficie esférica si inicialm

ente la m

asa m es apartada, en un ángulo m

uy pequeño, de θ = 0 y su velocidad inicial es

cero. b) S

i la masa m

se engarza en un riel semicircular sin fricción de radio R

, hallar la velocidad con que llega al suelo. ¿Q

ué aceleración tangencial tiene m en ese instante?

*c) Si la bolita está engarzada en el riel, estim

e numéricam

ente el tiempo que tarda en

llegar al suelo si R =

1cm, 10 cm

, 50 cm, 100 cm

. Confeccione un gráfico del tiem

po de llegada en función de g

/R (si lo necesita, calcule el tiem

po para otros valores de R

). 10 - S

e tiene una partícula de masa m

unida al extremo de una barra rígida, sin m

asa, de longitud L

. La barra es libre de girar (en el plano vertical) alrededor de su otro extrem

o, fijo en un punto P

.

P

g

m

Si se conoce la velocidad

de la partícula cuando pasa por el punto más bajo de su

trayectoria, determine:

v0

a) El ángulo θ

para el cual la velocidad se anula. v

b) El ángulo θ

para el cual la fuerza que hace la barra sobre la partícula se anula.

Observe que θ

puede no existir. f

f

c) ¿Bajo qué condiciones se puede reem

plazar la barra por una cuerda inextensible sin m

odificar la cinemática de la partícula? Justifique.

*d) Analice el problem

a numéricam

ente para varias condiciones iniciales. ¿Qué tipo de

movim

iento observa? Confeccione un gráfico que m

uestre la dependencia del período de m

ovimiento con su am

plitud.

11 - C

onsidere una partícula de masa

sujeta a una varilla rígida que le comunica un

movim

iento circular uniforme con velocidad angular de m

ódulo ω en un plano vertical.

m

m

g

a) Escriba la ecuación de N

ewton para la partícula y las condiciones de vínculo a las que

está sujeto el movim

iento. b) C

alcule la fuerza ejercida por la barra en función del ángulo ϕ.

12 - Un hilo inextensible pasa a través de un tubo delgado de vidrio y dos cuerpos de m

asas M

y m (M

> m

) penden de los extremos del hilo com

o se indica en la figura. El cuerpo

de masa m

realiza una trayectoria circular alrededor del tubo, en un plano horizontal, de tal form

a que M perm

anece en reposo. El período del m

ovimiento es T

.

Lh

mg

M

a) D

iga cuál es el ángulo entre el hilo y el tubo en función de m y M

. b) E

xprese el valor de L en función de T

, m, M

y g. c) E

xprese T en función de g y h.

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13 -

Un

cuer

po d

e m

asa

m se

hal

la a

poya

do s

obre

una

sup

erfi

cie

cóni

ca s

in f

ricc

ión,

co

lgan

do d

el e

xtre

mo

de u

na c

uerd

a in

exte

nsib

le d

e lo

ngit

ud L

. E

n el

ins

tant

e in

icia

l el

cu

erpo

rot

a co

n ve

loci

dad

angu

lar

de m

ódul

o ω

. 0

α

a) E

scri

ba la

s ec

uaci

ones

de

New

ton

y la

s co

ndic

ione

s de

vín

culo

par

a la

par

tícu

la.

b) C

alcu

le la

ace

lera

ción

de

la p

artí

cula

. c)

Hal

le e

l val

or d

e la

tens

ión

de la

cue

rda

y de

la f

uerz

a de

inte

racc

ión

ejer

cida

por

la

supe

rfic

ie. D

iga

para

que

val

or d

e ω

esta

últ

ima

fuer

za s

e an

ula.

0

14 -

Par

a qu

e un

avi

ón q

ue v

uela

con

vr

= c

te.

pued

a re

aliz

ar u

na t

raye

ctor

ia c

ircu

lar

de

radi

o R

, de

be i

ncli

nar

el p

lano

de

sus

alas

en

un á

ngul

o θ

resp

ecto

de

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oriz

onta

l. L

a fu

erza

de

empu

je a

erod

inám

ico

actú

a ge

nera

lmen

te h

acia

arr

iba

y pe

rpen

dicu

lar

al p

lano

de

las

alas

.

a) O

bten

ga la

ecu

ació

n qu

e da

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n té

rmin

os d

e vr

, R y

g.

b) ¿

Cuá

l es

el á

ngul

o pa

ra vr

= 6

0 m

/seg

y R

= 1

km

?

g

θ

m

L

g

15

- U

n ju

ego

de u

n pa

rque

de

dive

rsio

nes

cons

iste

en

un c

arro

de

mas

a m

1 q

ue s

e de

spla

za

sobr

e un

rie

l se

mic

ircu

lar

de r

adio

R c

aren

te d

e ro

zam

ient

o.

El

carr

o es

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astr

ado

med

iant

e un

a so

ga q

ue s

e de

sliz

a a

lo l

argo

del

rie

l qu

e es

tá e

ngan

chad

a a

un s

iste

ma

de

pole

as d

el c

ual

cuel

ga u

n co

ntra

peso

de

mas

a m

2.

Est

e co

ntra

peso

se

mue

ve s

obre

un

plan

o in

clin

ado

que

form

a un

áng

ulo

α co

n la

hor

izon

tal.

Con

side

re q

ue l

as s

ogas

son

in

exte

nsib

les,

y q

ue la

s so

gas

y la

s po

leas

tien

en m

asas

des

prec

iabl

es.

\ m

1

α

g ϕ

m2

a)

Esc

riba

las

ecua

cion

es d

e N

ewto

n y

de v

íncu

lo p

ara

amba

s m

asas

. b)

Dig

a pa

ra q

ué v

alor

de

ϕ el

car

ro p

odrá

per

man

ecer

en

repo

so.

c) E

ncue

ntre

la v

eloc

idad

del

car

ro c

omo

func

ión

de ϕ

. *d

) R

esue

lva

num

éric

amen

te la

ecu

ació

n de

mov

imie

nto

y en

cuen

tre

el ti

empo

que

tard

a el

car

rito

en

subi

r ha

sta

ϕ =

π/2,

sup

onie

ndo

que

sen

α= 1

/2, m

1=

m2,

0)0(=

ϕ,

0)0(=

ϕ&.

16

– C

onsi

dere

un

elec

trón

de

mas

a m

e y

car

ga e

que

se

mue

ve e

n la

pre

senc

ia d

e un

cam

po

elec

tric

o E

uni

form

e ge

nera

do p

or la

s pl

acas

de

un c

apac

itor

com

o se

indi

ca e

n la

fig

ura.

a)

S

i el

ele

ctró

n se

mue

ve p

aral

elo

al c

ampo

, es

crib

a la

s ec

uaci

ones

de

mov

imie

nto

y es

tim

e el

tiem

po q

ue ta

rdar

á en

ir d

e un

a pl

aca

a la

otr

a.

b)

Si

en c

ambi

o en

tra

en e

l ca

paci

tor

en f

orm

a pe

rpen

dicu

lar

al c

ampo

con

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ocid

ad

v0 (

com

o se

ind

ica

en l

a fi

gura

), c

alcu

le e

l án

gulo

con

el

que

sald

rá d

efle

ctad

o re

spec

to d

e su

tray

ecto

ria

orig

inal

.

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17- Una partícula de m

asa m y carga q incide en una región con un cam

po magnético B

uniform

e con velocidad inicial v0 . D

ebido al campo m

agnético, la partícula se ve sometida

a una fuerza de Lorentz F

= (q

/c)v x B

, donde c es el módulo de la velocidad de la luz y v

la velocidad de la partícula.

a)

Mostrar que si v

0 es perpendicular a B, la partícula realizará un m

ovimiento circular

uniforme. E

ncontrar la frecuencia y el radio de giro en función de m, q

, B y v

0 . b)

C

ómo será la trayectoria de la partícula si v

0 es paralelo a B?

c)

Describir el m

ovimiento para un caso general, en el que v

0 forma un angulo α

con el cam

po magnético.

18 – S

elector d

e velocid

ad

es. Considere una partícula de m

asa m y carga q

que incide con una velocidad v en una región donde existe un cam

po eléctrico E y un cam

po magnético B

, am

bos uniformes. M

uestre que si los campos son perpendiculares entre si y la partícula

incide perpendicular a ambos, existe una única velocidad

v0 para la cual la partícula

continua con movim

iento rectilíneo y uniforme sin m

odificar su trayectoria.

INT

ER

AC

CIÓ

N D

E R

OZ

AM

IEN

TO

1 - Un cuerpo de m

asa m1 se apoya sobre otro de m

asa m2 com

o indica la figura. El

coeficiente de rozamiento estático entre am

bos es µe. N

o hay rozamiento entre la m

esa y el cuerpo 2. a)

b)

a) ¿C

uál es la fuerza máxim

a aplicada sobre el cuerpo 1 que acelera a ambos cuerpos,

sin que deslice uno respecto del otro? b)

¿Cuál es la aceleración del sistem

a? c)

Idem que a) y b) pero si se aplica la fuerza sobre el cuerpo 2.

d) S

e aplica ahora sobre la masa 2 una fuerza el doble de la calculada en c). ¿C

uál es la aceleración de m

1 y m2 si el coeficiente de rozam

iento dinámico es µ

d ? e)

Si la dim

ensión del cuerpo 2 es L y la del cuerpo 1 es l <

< L

, ¿cuánto tardará en caerse si inicialm

ente estaba apoyada m1 en el centro de m

2 ?

2 - Se tiene un bloque de m

asa m sobre un plano inclinado. E

l coeficiente de rozamiento

estático entre el bloque y el plano es µe. S

e trata de mover el bloque ejerciendo una

fuerza F r (ver figura).

gm

α

F

a) S

i se conoce m y µ

e y si F r =

0 ¿para qué valores de α estará el bloque en reposo?

b) Si α

es alguno de los hallados en (a), ¿para qué valores de F r

permanecerá el bloque

en reposo?

c) Si m

= 2 kg y µ

e = tg

α =

0,3 hallar la F r

máxim

a que se puede ejercer de modo que

el bloque no se mueva.

3 - U

n automóvil recorre una autopista que en un tram

o tiene un radio de curvatura R. E

l autom

óvil se mueve con velocidad constante v. L

a autopista es horizontal (sin peralte). a)

¿C

uál debe ser el mínim

o coeficiente de rozamiento para que el autom

óvil no deslice?

F1

1

2 2

F

g

g

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(est

átic

o o

diná

mic

o, ¿

por

qué?

).

b)

¿Con

qué

per

alte

le a

cons

ejar

ía a

un

inge

nier

o qu

e co

nstr

uya

una

auto

pist

a qu

e en

una

zo

na t

iene

un

radi

o de

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vatu

ra R

? S

upon

ga q

ue n

o ha

y ro

zam

ient

o y

que

todo

s lo

s au

tos

tien

en v

eloc

idad

v.

4

- P

regu

nta:

Si s

abe

que

un s

iste

ma

de p

artí

cula

s es

tá e

n re

poso

y q

uier

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llar

la f

uerz

a de

ro

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ient

o ¿l

a ob

tien

e a

part

ir d

e la

s ec

uaci

ones

de

New

ton

y de

vín

culo

o l

a ob

tien

e po

nien

do fr

e = µ

eN ?

5 -

Sea

el s

iste

ma

de la

fig

ura

dond

e µ d

= 0

,25,

µe =

0,3

:

g

m1

m2

βα

a)

Inic

ialm

ente

se

trab

a el

sis

tem

a de

mod

o qu

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té e

n re

poso

. C

uand

o se

lo

dest

raba

, di

ga q

ué r

elac

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s se

deb

en c

umpl

ir e

ntre

las

mas

as y

los

áng

ulos

par

a qu

e qu

eden

en

rep

oso.

b)

S

i m1 =

1 k

g, m

2 =

2 k

g, α

= 6

0º y

β =

30º

, ¿se

pon

drá

en m

ovim

ient

o el

sis

tem

a?

c)

Sup

onga

aho

ra q

ue i

nici

alm

ente

se

le d

a al

sis

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a ci

erta

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ocid

ad i

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al y

que

los

da

tos

son

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dado

s en

(b

).

Enc

uent

re

la

acel

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ión

y de

scri

ba

cóm

o se

el

mov

imie

nto

del

sist

ema

teni

endo

en

cu

enta

lo

s do

s se

ntid

os

posi

bles

de

di

cha

velo

cida

d.

6

- P

regu

nta:

¿C

uál

es e

l vi

cio

del

sigu

ient

e ra

zona

mie

nto?

Sob

re u

n cu

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apo

yado

sob

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la p

ared

se

ejer

ce u

na f

uerz

a F

.

mg

F

f r

N

g

E

l cu

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est

á en

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oso

porq

ue s

u pe

so e

s eq

uili

brad

o po

r la

fue

rza

de r

ozam

ient

o.

Com

o f r

es

prop

orci

onal

a l

a no

rmal

, po

dem

os c

onse

guir

que

el

cuer

po a

scie

nda

aum

enta

ndo

el v

alor

de

F.

7

- C

onsi

dere

dos

par

tícu

las

de m

asas

m1

y m

2 y

dos

pole

as d

e m

asa

desp

reci

able

dis

pues

tas

e

a)

Dib

uje

m1,

m2

y la

s po

leas

por

sep

arad

o e

indi

que

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fuer

zas

que

actú

an s

obre

cad

a

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de

m2.

¿In

fluy

e en

su

resu

ltad

o

c)

den

tro

de q

ué r

ango

de

valo

res

debe

est

ar

d)

2 de

scie

nde

con

acel

erac

ión

cons

tant

e A

: st

a si

la a

cele

raci

ón A

pue

de s

er ta

l que

ii)

se l

a po

sici

ón d

e la

pol

ea O

en

func

ión

del

tiem

po y

de

dato

s si

en

el

com

o en

la

figu

ra.

La

part

ícul

a m

1 es

tá s

obre

un

plan

o (f

ijo

al p

iso)

inc

lina

do u

n án

gulo

α

sien

do r

espe

ctiv

amen

te µ

e y µ d

los

coe

fici

ente

s de

roz

amie

nto

está

tico

y d

inám

ico

ntre

la

part

ícul

a m

1 y

el p

lano

. L

os h

ilos

(1)

y (

2) s

on i

next

ensi

bles

y d

e m

asa

desp

reci

able

y e

l hil

o (2

) es

tá a

tado

al p

iso

en e

l pun

to P

.

uno.

Pla

ntee

las

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cion

es d

e N

ewto

n y

de v

íncu

lo.

Hal

le la

ace

lera

ción

de

m1

en f

unci

ón d

e la

ace

lera

ción

el h

echo

que

los

hilo

s se

an in

exte

nsib

les?

S

i el

sis

tem

a se

hal

la e

n re

poso

enc

uent

rem

2.

Si m

i)

Cal

cule

m2.

Dig

a ju

stif

ican

do s

u re

spue

A>

g.

Exp

rein

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te i

nici

al e

stab

a a

dist

anci

a h

del

piso

con

vel

ocid

ad n

ula.

¿L

a po

lea

se

acer

ca o

se

alej

a de

l pis

o?

g m

m

1

α

O

P

2

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MO

VIM

IEN

TO

OS

CIL

AT

OR

IO

1 - Considere una partícula de m

asa m suspendida del techo por m

edio de un resorte de constante elástica k y longitud natural

l. D

etermine cóm

o varía la posición con el tiem

po sabiendo que en t = 0 la partícula se halla a una distancia 2

del techo, con velocidad nula.

0

l0

2 - El sistem

a de la figura, compuesto por dos cuerpos de m

asas y

y un resorte de constante elástica k y longitud natural l

m1

m2

0 , se encuentra inicialmente en equilibrio. S

e lo pone en m

ovimiento im

primiendo a la m

asa una velocidad

hacia abajo (no hay rozam

iento). m

1v

0

m2

m1

gk, lo

a) P

lantee las ecuaciones de New

ton y de vínculo para y para m

. m

12

b) Diga cóm

o varía la posición de m con el tiem

po. 2

3 - Sean dos resortes de constantes elásticas

y , y un cuerpo de m

asa m, que desliza

sin rozamiento, conectados com

o en las figuras a), b) y c). k

1k

2

m

(a)

m(b) d

m(c)

l01

= l0

2

.k

2 k1

k2

k1

k1

k2

i) D

emostrar que la frecuencia de oscilación de m

vale, en el caso a)

()m

kk

kk

f2

1

21

2 1

+=

π

y en los casos b) y c):

m

kk

f2

1

2 1+

ii) E

ncuentre las posiciones de equilibrio sabiendo que los resortes tienen longitudes naturales

y l.

l0102

4 - Una bolita de m

asa m se halla sobre un plano inclinado sostenida por dos resortes, de

constantes elásticas y

, y longitudes libres l y

, respectivamente, los cuales se

encuentran fijos a dos paredes separadas una distancia L.

k1

k2

01l02

k1 , l0

1

mg

a) Plantee la ecuación de N

ewton para la bolita y encuentre la ecuación de m

ovimiento.

b) Halle la posición de equilibrio y determ

ine si es estable o inestable. c)

Si

partiendo de

la posición

de equilibrio

el sistem

a se

pone en

movim

iento im

primiéndole a la bolita una velocidad

hacia arriba, encuentre la posición de la bolita com

o función del tiempo.

v0

5 - C

uatro resortes idénticos de constante elástica k desconocida y longitud natural se

hallan sosteniendo un cuerpo formado por dos pesas de m

asa m cada una, com

o muestra

la figura.

l0

m m

g

kkk k

a) S

abiendo que la posición de equilibrio del cuerpo se halla a una distancia d del techo, encuentre el valor de k.

b) Estando el sistem

a en su posición de equilibrio se retira una de las pesas sin perturbarlo y se lo deja en libertad.

i) Obtenga la ecuación que rige el m

ovimiento posterior del sistem

a. Calcule el

período de oscilación y la nueva posición de equilibrio. ii) U

tilizando las condiciones iniciales halle la posición del cuerpo en función del tiem

po.

k2 , l0

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6

- U

n cu

erpo

sus

pend

ido

de u

n hi

lo i

next

ensi

ble

de l

ongi

tud

80 c

m r

eali

za u

n m

ovim

ient

o os

cila

tori

o en

un

plan

o si

endo

θ =

θ(t

) el

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ulo

entr

e la

ver

tica

l y e

l hil

o.

a) P

lant

ee la

s ec

uaci

ones

de

New

ton

para

el c

uerp

o.

b) ¿

Baj

o qu

é ap

roxi

mac

ión

el m

ovim

ient

o es

arm

ónic

o? ¿

qué

perí

odo

tien

e?

c) S

i en

t =

0 e

s θ

= 0

, =

0,2

se

¿se

sat

isfa

ce la

apr

oxim

ació

n de

b) ∀

t ?

θ&g−1

d) U

sand

o la

s ec

uaci

ones

pla

ntea

das

en a

) ha

lle

la p

osic

ión

de e

quil

ibri

o y

diga

si

es

esta

ble

o in

esta

ble

y po

r qu

é.

7 -

Una

bol

ita

de m

asa

m e

stá

enhe

brad

a en

un

aro

sem

icir

cula

r de

rad

io R

y s

ujet

a a

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reso

rte

de c

onst

ante

elá

stic

a k

y lo

ngit

ud n

atur

al

= π

R/2

, com

o m

uest

ra la

fig

ura:

l 0

a)

Hal

le la

ecu

ació

n de

mov

imie

nto.

b)

Enc

uent

re p

osic

ione

s de

equ

ilib

rio.

c)

Dig

a cu

ándo

el e

quil

ibri

o es

est

able

. 8

- U

na b

olit

a de

mas

a m

se

mue

ve p

or u

n tu

bo d

elga

do,

care

nte

de r

ozam

ient

o, e

l cu

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desc

ribe

una

sem

icir

cunf

eren

cia

de r

adio

R. L

a bo

lita

se

hall

a su

jeta

por

un

extr

emo

a un

re

sort

e de

con

stan

te e

lást

ica

k y

long

itud

nat

ural

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πR

/2,

y po

r el

otr

o a

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soga

, de

sliz

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am

bos

elem

ento

s po

r el

int

erio

r de

l tu

bo,

tal

com

o m

uest

ra l

a fi

gura

. D

el

extr

emo

de l

a so

ga p

ende

, a t

ravé

s de

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pol

ea, o

tro

cuer

po d

e m

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M q

ue a

ctúa

com

o co

ntra

peso

. C

onsi

dere

la

soga

ine

xten

sibl

e, y

las

mas

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ga,

reso

rte

y po

leas

de

spre

ciab

les.

En

el in

stan

te in

icia

l la

boli

ta s

e ha

lla

en e

l pun

to A

(

0

0=

ϕ)

con

velo

cida

d v 0

.

a)

Pla

ntee

las

ecu

acio

nes

de N

ewto

n pa

ra c

ada

una

de l

as m

asas

. H

alle

la

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ción

di

fere

ncia

l que

rig

e el

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imie

nto

de la

bol

ita.

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alle

grá

fica

men

te l

a o

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posi

cion

es d

e eq

uili

brio

de

la b

olit

a, d

eter

min

ando

si

corr

espo

nden

a p

osic

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s de

equ

ilib

rio

esta

ble

o in

esta

ble.

c)

Hal

le l

a ex

pres

ión

de l

a fu

erza

de

vínc

ulo

ejer

cida

por

el

tubo

sob

re l

a bo

lita

com

o fu

nció

n de

l áng

ulo ϕ.

9

- U

na m

asa

m e

stá

enhe

brad

a en

un

aro

circ

ular

sin

fri

cció

n de

rad

io R

y u

nida

al e

xtre

mo

de u

n re

sort

e de

con

stan

te k

y l

ongi

tud

natu

ral

nula

(se

con

side

ra d

espr

ecia

ble

fren

te a

l ra

dio

del

aro)

. E

l ot

ro e

xtre

mo

del

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rte

corr

e li

brem

ente

a l

o la

rgo

de u

n ej

e ve

rtic

al,

de m

odo

tal q

ue e

l res

orte

per

man

ece

siem

pre

en p

osic

ión

hori

zont

al (

ver

figu

ra).

gm

θR

a)

Hal

le la

s ec

uaci

ones

de

New

ton

para

m.

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i ini

cial

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te la

mas

a se

enc

uent

ra e

n θ

= π

/2 c

on v

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idad

nul

a, h

alle

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xpre

sión

de

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uerz

a de

vín

culo

con

el a

ro e

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nció

n de

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ulo θ.

c)

Enc

uent

re la

s po

sici

ones

de

equi

libr

io y

ana

lice

si s

on e

stab

les

o in

esta

bles

.

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10 - Un péndulo sim

ple de 10 g de masa tiene inicialm

ente un período de 2 seg y una

1 - Una partícula de m

asa m está unida al extrem

o de un resorte de constante elástica k y

amplitud de 2º .L

uego se lo sumerge en un m

edio con rozamiento y después de dos

oscilaciones completas la am

plitud se reduce a 1,5º E

ncuentre la constante de amortiguam

iento r.

1longitud natural l0 . E

l otro extremo del resorte está unido a una pared que se m

ueve de acuerdo a la ley

()t

Lt

xp

ωcos

)(

=. L

a partícula también está som

etida a la acción de

una fuerza viscosax

.

a) Escriba la ecuación de

ar

tal que x

rF

v&

r−

=N

ewton p

a la partícula. Indique claramente cuáles son las

b) fuerzas que actúan sobre ella.

Para el caso

() 2

rm k>

, diga c2

muál es la solución de la ecuación de m

ovimiento x(t).

largos P

ara tiempos

1>>

t( β

, con m r2

), diga en qué dirección se mueve la

partícula cuando la pareeve hacia la derecha, si

d se mu

m k=

ω.

12 – C

onsidere una partícula de masa m

que se mueve sobre una recta (x). L

a partícula está

samente el efecto del

unida a un resorte de constante elástica k y longitud natural l0 (tal como indica la figura).

Hay rozam

iento entre la partícula y el plano con coeficientes µe y µ

d . En el instante t=

0 la partícula se encuentra en la posición x

0 > l0 con velocidad nula.

a) Describa cualitativam

ente el movim

iento analizando cuidadorozam

iento. Obtenga la ecuación diferencial que gobierna el m

ovimiento. D

emuestre

que, tal como ocurre en ausencia de rozam

iento, el cuerpo tiene velocidad nula en

todos los instantes 2 T

nn

t=

, donde k m

Tπ2

= y n es un núm

ero entero. Dem

uestre

que la distancia recontre dos d

sucesivas (separadas por un intervalo rrida e

etenciones

2 T) dism

inuye cada vez en una cantidad k mg

dµ2

. Diga en qué m

omento se detiene

finitivamente el m

ovimiento del cuerpo.

Si se considera

deb)

k mg

dN

=0

(donde N es un núm

ero entero), diga cuantas veces

c) el m

ovimiento del cuerpo con el caso en el que el rozam

iento se origina en

cambia el sentido de la velocidad del cuerpo antes de detenerse definitivam

ente (considere el caso µ

e < 2 µ

d ). Analice en particular los casos N

=4 y N

=7, grafique la

función x(t) y diga en qué lugar y en qué instante se detiene definitivam

ente el cuerpo. C

ompare

la fricción del cuerpo con el aire (que produce una fuerza proporcional a la velocidad).

mk, l0

x µ

d

, µe

CA

NT

IDA

D D

E M

OV

IMIE

NT

O

1 - Dos cuerpos que se m

ueven sobre una mesa libre de rozam

iento se acercan con las direcciones indicadas en la figura, con velocidades

1v r

y 2

v r. D

espués del choque

permanecen unidos. C

alcular la velocidad final de ambos.

v1

v2

m1

m2 30º

|

| = 20 m

/s =

70 kg 1

v rm

1

|| =

40 m/s

= 100 kg

2v r

m2

2 - Una bola de 1 kg que cae verticalm

ente choca contra el piso con una velocidad de 25 m

/s y rebota con una velocidad inicial de 10 m/s.

a) ¿C

uál es la variación de la cantidad de movim

iento de la bola debida al choque?. b)

Si la bola está en contacto con el piso 0,02 seg., ¿cuál es la fuerza m

edia que ejerce sobre el piso?.

3 - El núcleo de uno de los isótopos de radio,

Ra

226, tiene una masa de unos 3,8 x

1g.

Este núcleo sufre una desintegración radioactiva, em

itiendo una partícula α (núcleo de

helio de 6,7 x 10g). E

l núcleo residual es de radón, con una masa de 3,7 x 10

g. La

velocidad de la partícula alfa es de 0,05 c (c = velocidad de la luz). ¿C

uál es la velocidad del núcleo residual?. D

esprecie la acción de la gravedad durante el proceso.

022−

24−

22−

4 – En el espacio una explosión hace estallar una piedra de 30 kg en tres partes: una de 10

kg que sale con una velocidad de 6 m/s y otra de 8 kg que sale con una velocidad de 8

m/s y un ángulo de 70º con la dirección de la anterior. D

esprecie la acción de la gravedad durante el proceso. a)

Dem

ostrar que el vector velocidad del tercer trozo está contenido en el plano definido por los otros dos.

b) A

veriguar la velocidad y la dirección con que se desprende dicho trozo. 6 - H

allar la posición del centro de masa del sistem

a Tierra-L

una para un instante dado. La

masa de la T

ierra es unas 82 veces la de la Luna y la distancia entre los centros de la

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Tie

rra

y de

la

Lun

a es

de

unos

60

radi

os t

erre

stre

s. E

xpre

sar

la r

espu

esta

en

func

ión

de

los

radi

os te

rres

tres

. 7

- S

egún

pue

de v

erse

en

la f

igur

a un

hom

bre

de m

asa

M y

alt

ura

H e

stá

de p

ie e

n un

ex

trem

o de

un

tabl

ón h

omog

éneo

de

long

itud

L y

mas

a m

apo

yado

sob

re u

na s

uper

fici

e si

n ro

zam

ient

o. I

nici

alm

ente

el

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bre

y el

tab

lón

está

n en

rep

oso

y lu

ego

el h

ombr

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min

a ha

cia

el o

tro

extr

emo

del t

abló

n.

H

L

g

a)

S

i el h

ombr

e se

sup

one

hom

ogén

eo, h

alla

r la

ubi

caci

ón d

el c

entr

o de

mas

a de

l si

stem

a.

b) H

alla

r la

vel

ocid

ad d

el c

entr

o de

mas

a pa

ra to

do in

stan

te.

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ué d

ista

ncia

hab

rá r

ecor

rido

el h

ombr

e re

spec

to a

la s

uper

fici

e cu

ando

lleg

a al

otr

o ex

trem

o de

l tab

lón

?.

8 -

Dos

bol

as d

e m

asas

y

e

stán

uni

das

por

una

barr

a de

mas

a de

spre

ciab

le y

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ngit

ud L

. In

icia

lmen

te e

l si

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a se

hal

la e

n eq

uili

brio

ine

stab

le,

esta

ndo

la b

arra

en

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ción

ver

tica

l y

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n co

ntac

to c

on u

na s

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fici

e ho

rizo

ntal

, li

bre

de r

ozam

ient

o (v

er f

igur

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Se

apar

ta e

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a de

la

posi

ción

de

equi

libr

io i

ncli

nand

o le

vem

ente

la

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a. E

l si

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a ev

oluc

iona

de

mod

o qu

e en

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esta

do f

inal

las

dos

bol

as e

stán

en

cont

acto

con

la s

uper

fici

e.

m1

m2

2

m1

m2

P

g

Est

ado

inic

ial

a)

H

alla

r la

pos

ició

n de

l cen

tro

de m

asa

en e

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ado

inic

ial.

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alla

r la

com

pone

nte

hori

zont

al d

e la

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ocid

ad d

el c

entr

o de

mas

a.

c) ¿A

qué

dis

tanc

ia d

e P

que

dará

cad

a bo

la e

n el

est

ado

fina

l?.

9 -

Un

hom

bre

que

pesa

100

s

e en

cuen

tra

en r

epos

o so

bre

un l

ago

hela

do (

cons

ider

e

roza

mie

nto

nulo

). P

ara

sali

r ar

roja

hor

izon

talm

ente

una

pie

dra

que

pesa

1

gkr

gkr

con

ve

loci

dad

de 1

0 m

/s e

n di

recc

ión

cont

rari

a a

la d

e co

sta

más

cer

cana

, que

est

á a

20 m

de

dist

anci

a.

¿Cuá

nto

tard

a el

hom

bre

en ll

egar

a la

cos

ta?.

10

- U

n bl

oque

de

mas

a m

= 4

0 kg

es

lanz

ado

con

velo

cida

d in

icia

l =

100

m/s

en

una

dire

cció

n qu

e fo

rma

un á

ngul

o de

30º

con

la

hori

zont

al.

En

el p

unto

más

alt

o de

la

tray

ecto

ria

se d

ivid

e en

dos

par

tes

igua

les.

Una

de

ella

s ca

e ve

rtic

alm

ente

, co

men

zand

o co

n un

a ve

loci

dad

de 1

0 m

/s h

acia

aba

jo.

v0

Cal

cule

las

dist

anci

as e

ntre

el p

unto

de

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amie

nto

y ca

da u

no d

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s pu

ntos

de

impa

cto

de lo

s fr

agm

ento

s co

n la

sup

erfi

cie.

Con

side

re g

= 1

0 m

/s2 .

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IMP

UL

SO

AN

GU

LA

R

1 - Considere el sistem

a formado por una barra de longitud L

y masa despreciable, en

cuyos extremos se hallan fijas sendas m

asas, de valor m y M

, tal como m

uestra la figura. E

l sistema se halla apoyado sobre una superficie horizontal libre de rozam

iento, y es libre de girar alrededor de un eje fijo O

. El sistem

a se pone en movim

iento dándole a t=

0 una velocidad angular ω0 a las barra.

m

a)

Indique qué fuerzas actúan sobre cada una de las partículas y diga si se conserva la cantidad de m

ovimiento y el im

pulso angular del sistema con respecto a O

. b)

C

alcule el impulso angular con respecto a O

y determine com

o varía la velocidad angular de las barras con el tiem

po. c)

C

alcule la posición y velocidad del centro de masa del sistem

a como función del

tiempo.

d)

Calcule el im

pulso angular con respecto al punto O’, situado a una distancia D

del punto O

. 2 - U

na partícula de masa m

está atada al extremo de un hilo y se m

ueve en una trayectoria circular de radio r

0 sobre una superficie horizontal plana sin fricción. El hilo pasa por un

agujero en la superficie e inicialmente su otro extrem

o se mantiene fijo. S

i se tira lentam

ente del hilo, de forma que el radio dism

inuye, halle como varía la velocidad

angular w, en función de r, sabiendo que para r =

r0 la velocidad angular era w

0 .

m

r0

g

3 - D

os patinadores sobre hielo, de masa m

= 50 kg cada uno, se acercan m

utuamente en

trayectorias paralelas distantes 3 m entre sí. A

mbos patinan (sin fricción) a 10 m

/s. El

primer patinador sostiene una varilla sin m

asa, de 3 m de largo, de la que se tom

a el

m

O

0ω r

O’

segundo. a)

Describir cuantitativam

ente el movim

iento de los dos a partir de ese mom

ento. b)

Suponer ahora que uno de ellos tira de la varilla, acortando la distancia a 1 m

. D

escribir el movim

iento posterior. c)

¿Cóm

o y con qué velocidad se moverán los patinadores si repentinam

ente uno de ellos suelta la varilla?. R

esolver para los casos (a) y (b). 4 – D

os átomos de igual m

asa m que se m

ueven con velocidades iguales en módulo (v

0 ) y dirección, pero en sentido contrario, interactúan cuando están en una región

R del

espacio tal como lo m

uestra la figura I. Después de la interacción, uno de los átom

os se m

ueve con velocidad com

o lo indica la figura II. 1

v r

m

m

v0

v0

aa

x

y

R

y

Rx

m v1

b

F

igura I Figura II

a)

¿Se conservan la cantidad de m

ovimiento y el im

pulso angular del sistema?.

b) C

alcule la velocidad del centro de masa antes, durante y después de la interacción.

c) E

ncuentre la posición del centro de masa antes, durante y después de la interacción.

d) ¿C

uál es la velocidad del otro átomo después de la interacción?.

e) E

ncuentre la trayectoria del otro átomo después de la interacción.

f) C

ompare v

1 con v0 para diferentes valores del parám

etro de impacto a , es decir, en

los casos a > b, a =

b, a < b.

5 - En el sistem

a de la figura, dos barras rígidas de masa despreciable están soldadas en el

punto O y form

an un ángulo α. U

na de las barras tiene longitud l, su punto medio es O

y en sus extrem

os se fijan dos pequeñas esferas de masa M

. La otra barra está sostenida

mediante dos bujes y es el eje de rotación del conjunto que gira con velocidad angular

ω r constante.

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a)

E

xpre

se e

l vec

tor

impu

lso

angu

lar

del s

iste

ma

en f

unci

ón d

el ti

empo

, res

pect

o de

O.

b) C

alcu

le e

l m

omen

to d

e la

s fu

erza

s ef

ectu

ando

la

deri

vada

tem

pora

l de

l im

puls

o an

gula

r.

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diqu

e en

un

esqu

ema

los

resu

ltad

os o

bten

idos

en

(a)

y en

(b)

par

a un

ins

tant

e de

term

inad

o (p

rest

e es

peci

al a

tenc

ión

a la

dir

ecci

ón y

sen

tido

de

los

vect

ores

).

d) Id

enti

fiqu

e cu

áles

son

las

fuer

zas

que

prod

ucen

el m

omen

to h

alla

do e

n (b

).

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nflu

ye

en

los

resu

ltad

os

obte

nido

s la

ex

iste

ncia

o

no

de

la

grav

edad

, o

su

dire

cció

n?.

Mg

o

ωr α

l

M

TR

AB

AJ

O Y

EN

ER

GÍA

1 -

Una

par

tícu

la d

e m

asa

m s

e de

spla

za h

oriz

onta

lmen

te d

esde

la

posi

ción

xA =

0 h

asta

la

posi

ción

xB =

d, y

lue

go d

esde

xB

ha

sta

la p

osic

ión

x C =

- 2

d c

on d

> 0

(ve

r fi

gura

), b

ajo

la a

cció

n de

una

fue

rza

F. P

ara

los

sigu

ient

es v

alor

es d

e F

: (i

) F

= -

kx,

(ii

) F

= k

x2 , (i

ii)

F =

- k

|x| x

, (k

> 0

), c

alcu

le:

CA

B

x C=

-2d

x A=

0x B

=d

x

F

a)

el

trab

ajo

real

izad

o po

r la

fue

rza

F e

ntre

A y

B, e

ntre

B y

C y

ent

re A

y C

. b)

en

el c

aso

en q

ue e

sto

sea

posi

ble,

la e

nerg

ía p

oten

cial

aso

ciad

a a

la f

uerz

a F

. G

rafí

quel

a.

2 -

Con

side

re u

n cu

erpo

de

mas

a m

que

cue

lga

de u

na c

uerd

a de

lon

gitu

d L

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desp

reci

able

, cu

yo o

tro

extr

emo

se h

alla

fij

o al

pun

to O

. S

obre

el

cuer

po a

ctúa

una

fu

erza

F

= F

0 c

osθ

que

pro

duce

su

desp

laza

mie

nto

desd

e el

pun

to A

has

ta e

l pu

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B

(ver

fig

ura,

θ e

s el

áng

ulo

con

resp

ecto

a la

dir

ecci

ón O

A).

A

BO

F90

º

(i)

A

BO

F

(ii)

a)

Cal

cula

r, u

tili

zand

o co

orde

nada

s po

lare

s, e

l tr

abaj

o ej

erci

do p

or l

a fu

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F p

ara

elev

ar la

mas

a de

sde

A h

asta

B, e

n lo

s ca

sos

en q

ue:

i. F

es

una

fuer

za h

oriz

onta

l. ii

. F

es

una

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za ta

ngen

te a

la tr

ayec

tori

a.

b) R

epet

ir e

l cá

lcul

o en

el

caso

de

que

la p

artí

cula

rec

orra

el

cam

ino

en s

enti

do i

nver

so

(des

de B

has

ta A

). C

ompa

re c

on e

l val

or o

bten

ido

en a

).

3

- C

onsi

dere

una

par

tícu

la d

e m

asa

m q

ue s

e m

ueve

en

una

dim

ensi

ón b

ajo

la a

cció

n de

una

fuer

za.

xa

xF

ˆ3

−=

r

a)

Dem

uest

re q

ue d

icha

fue

rza

es c

onse

rvat

iva

y ca

lcul

e el

pot

enci

al.

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b)

Grafique el potencial y analice los posibles m

ovimientos de la partícula.

*c) Elija valores para m

y a y obtenga gráficos para x(t) y variando las condiciones

iniciales (obtenga también gráficos de

en función de x). ¿Qué tipo de m

ovimiento se

obtiene?. Estudie num

éricamente la dependencia entre la frecuencia del m

ovimiento y su

amplitud. V

erifique que, con muy buena aproxim

ación, se cumple que la frecuencia del

movim

iento es proporcional a la amplitud.

)(t

x &

x &

4- Sea un péndulo sim

ple, constituido por un cuerpo de masa m

suspendido del extremo de

una varilla sin masa de longitud l, que oscila en un plano.

a) G

rafique la energía potencial del cuerpo, V, en función de θ, siendo θ el ángulo que

forma el hilo con la vertical. Indique los valores m

áximos y m

ínimos del potencial.

b) S

i E es la energía m

ecánica total, para los casos:

E1 <

VM

AX

E2 =

VM

AX

E3 >

VM

AX

i)

estudie cualitativam

ente el movim

iento del cuerpo y diga cómo haría en la

práctica para conseguir estos valores de E.

ii)

a partir del gráfico V vs. θ obtenga el gráfico de velocidad en función de θ.

*c) Considere el m

ovimiento del péndulo para am

plitudes grandes. Elija algún valor de l

y obtenga gráficos para )

(tθ

, y

. Estudie la dependencia entre la frecuencia del

movim

iento y su amplitud.

)(t

θ &)

( θθ &

5 - El potencial nuclear para un protón es de la form

a de la figura (1 MeV

= 10

6 eV, 1 eV

=

1,6 10-12 erg).

a)

Analizar qué le pasa a un protón que incide desde x =

∞ sobre el núcleo y a uno que

está en la zona - x0 <

x < x

0 .

b) ¿ Q

ué significan valores negativos de energía potencial ?. c)

Sea un protón que está en el interior del núcleo con energía total nula. ¿ C

uál es la m

áxima velocidad que puede tener el protón ? (m

p = 1,67 10

-24 g). ¿ Qué energía

mínim

a se le debe entregar para que pueda escapar del núcleo ?. ¿ Qué velocidad

tendrá entonces una vez alejado totalmente del núcleo ?.

6 - Considere una partícula de m

asa m que se m

ueve en una dimensión bajo la acción de

una fuerza x

bx

ax

Fˆ)

(3+

−=

r.

a) G

rafique el potencial y analice los posibles movim

ientos de la partícula para los diferentes valores de su energía total.

b) E

ncuentre las posiciones de equilibrio y determine si son estables o inestables.

*c) E

lija valores

para m

, a

y b

y obtenga

gráficos para

x(t) y

variando

las

condiciones iniciales

(obtenga tam

bién gráficos

de

en función

de x).

Analice

los m

ovimientos posibles para alguna de las siguientes situaciones: (1) a

> 0, b

> 0, (2) a

> 0, b

< 0.

)(t

x &

x &

7 - Preguntas:

i)

Un bulto apoyado en el piso de un ascensor sube desde la planta baja hasta el prim

er piso. C

omo consecuencia de ello, su energía m

ecánica aumenta. ¿C

uáles son las fuerzas no conservativas que realizan trabajo?.

ii)

Un señor asciende una altura

h por una escalera marinera. E

n consecuencia su energía m

ecánica experimenta una variación ∆

E =

mgh. ¿C

uáles son las fuerzas no conservativas que realizaron trabajo? (N

ote que las fuerzas de la escalera sobre el hom

bre no hacen trabajo porque no hay desplazamiento de las m

anos ni de los pies). iii)

¿Puede un sistem

a variar su energía mecánica m

erced al trabajo de fuerzas internas no conservativas?.

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TE

OR

EM

AS

DE

CO

NS

ER

VA

CIÓ

N

1 -

Dos

cue

rpos

de

mas

as m

1 y

m2

y ve

loci

dade

s 1vr y

2vr

, que

se

mue

ven

sobr

e un

a m

ism

a re

cta,

cho

can

elás

tica

men

te.

Lue

go d

el c

hoqu

e, a

mbo

s cu

erpo

s co

ntin

uan

mov

iénd

ose

sobr

e la

mis

ma

rect

a.

a) H

alle

sus

vel

ocid

ades

des

pués

del

cho

que.

b)

C

alcu

le la

var

iaci

ón d

e en

ergí

a ci

néti

ca d

e ca

da u

no.

c) R

esue

lva

(a)

y (b

) pa

ra e

l cas

o 2vr

= 0

.

d) E

spec

iali

ce lo

s re

sult

ados

obt

enid

os e

n (c

) pa

ra lo

s ca

sos

m1

= m

2, m

1 >

> m

2 y

m1

<<

m

2.

2 -

El

carr

ito

B (

mB =

2 k

g) e

stá

en r

epos

o so

bre

una

supe

rfic

ie h

oriz

onta

l a

10 m

de

la

pare

d rí

gida

C. E

l ca

rro

A (

mA =

10

kg,

Avr

= 1

0 m

/s)

choc

a co

n B

y l

uego

B c

hoca

con

C. C

onsi

dera

r to

dos

los

choq

ues

perf

ecta

men

te e

lást

icos

. a)

¿D

ónde

cho

can

A y

B p

or s

egun

da v

ez?.

b)

¿C

uál e

s la

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ocid

ad d

e B

des

pués

de

choc

ar la

seg

unda

vez

con

A?.

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¿S

e co

nser

va e

l im

puls

o li

neal

? D

iscu

tir.

d)

¿C

uál

es l

a en

ergí

a ci

néti

ca t

rans

feri

da p

or A

a B

com

o re

sult

ado

de c

ada

uno

de l

os

choq

ues?

Dis

cuta

. S

uger

enci

a : A

pliq

ue lo

s re

sult

ados

del

pro

blem

a 1.

3

- U

na m

asa

m1

se h

alla

ata

da a

l ex

trem

o de

una

cue

rda

inex

tens

ible

de

long

itud

L y

mas

a de

spre

ciab

le.

Cua

ndo

la c

uerd

a fo

rma

un á

ngul

o α

con

la

vert

ical

se

suel

ta l

a m

asa

m1

con

velo

cida

d nu

la.

Al

pasa

r po

r el

pun

to m

ás b

ajo

de l

a tr

ayec

tori

a la

mas

a m

1 c

hoca

el

ásti

cam

ente

con

una

mas

a m

2 qu

e cu

elga

de

una

cuer

da i

gual

a l

a an

teri

or y

que

se

hall

a in

icia

lmen

te e

n re

poso

. a)

C

alcu

lar

la v

eloc

idad

de

amba

s m

asas

un

inst

ante

des

pués

del

cho

que.

b)

C

alcu

lar

la a

ltur

a m

áxim

a al

canz

ada

por

amba

s m

asas

des

pués

del

cho

que.

c)

D

iscu

tir

los

resu

ltad

os a

nter

iore

s pa

ra lo

s ca

sos:

m1

>>

m2,

m1

= m

2 y

m1

<<

m2.

4

- U

n cu

erpo

de

mas

a m

se

hall

a su

jeto

a u

n re

sort

e, d

e co

nsta

nte

elás

tica

k y

long

itud

libr

e l 0

, cu

yo o

tro

extr

emo

está

fij

o a

un e

je.

El

sist

ema

se e

ncue

ntra

sob

re u

na s

uper

fici

e ho

rizo

ntal

libr

e de

roz

amie

nto.

En

el in

stan

te in

icia

l el r

esor

te ti

ene

una

long

itud

2 l 0

y la

m

asa

m ti

ene

una

velo

cida

d f

orm

ando

un

ángu

lo α

con

la d

irec

ción

del

res

orte

. 0vr

a) D

iga

qué

mag

nitu

des

se c

onse

rvan

, jus

tifi

cand

o su

res

pues

ta.

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alcu

le l

a ve

loci

dad

angu

lar

y la

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ocid

ad r

adia

l de

l cu

erpo

cua

ndo

la l

ongi

tud

del

reso

rte

es l

= (

3/2)

l 0.

5 –

Sob

re u

n pl

ano

incl

inad

o de

áng

ulo α

se

encu

entr

a un

a pa

rtíc

ula

de m

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oste

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po

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edio

de

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vari

lla

rígi

da d

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ngit

ud L

al p

unto

fij

o O

, de

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a ta

l que

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aril

la

es li

bre

de g

irar

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eded

or d

e di

cho

punt

o. I

nici

alm

ente

la p

artí

cula

se

hall

a en

el p

unto

A

con

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cida

d p

erpe

ndic

ular

a la

dir

ecci

ón d

e la

var

illa

(ve

r fi

gura

). C

onsi

dere

que

la

vari

lla

tien

e m

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desp

reci

able

y q

ue n

o ha

y ro

zam

ient

o en

tre

la p

artí

cula

y e

l pla

no.

0vr

a)

Dig

a qu

é m

agni

tude

s se

con

serv

an p

ara

la p

artí

cula

. Jus

tifi

que

sus

resp

uest

as.

b)

Hal

le l

a ve

loci

dad

angu

lar

de l

a pa

rtíc

ula

alre

dedo

r de

l pu

nto

O,

com

o fu

nció

n de

l án

gulo

ϕ.

c)

Hal

le l

a co

ndic

ión

que

debe

sat

isfa

cer

la v

eloc

idad

v0

para

que

la

part

ícul

a dé

un

giro

com

plet

o al

rede

dor

del p

unto

O.

αϕ

L

O A

mg

6 -

El

sist

ema

de l

a fi

gura

con

sist

e de

dos

mas

as (

m1

y m

2) u

nida

s po

r un

hil

o in

exte

nsib

le

que

pasa

por

un

orif

icio

pra

ctic

ado

en u

na m

esa

hori

zont

al s

in r

ozam

ient

o. E

n ci

erto

in

stan

te,

la m

asa

m2

está

en

repo

so y

la

mas

a m

1 se

mue

ve c

on v

eloc

idad

a

una

dist

anci

a r

0vr

0 d

el o

rifi

cio.

La

mas

a m

2 pu

ede,

o n

o, c

onti

nuar

en

repo

so d

epen

dien

do d

e ci

erta

rel

ació

n m

atem

átic

a en

tre

m1,

m2,

0

vr, r

0 y

g.

m1

r 0 m2

v 0

g

a)

D

eter

min

ar e

sa r

elac

ión

usan

do la

s ec

uaci

ones

de

New

ton.

b)

In

depe

ndie

ntem

ente

de

que

m2

se

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va o

no,

dig

a qu

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agni

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s se

con

serv

an.

Just

ifiq

ue s

u re

spue

sta.

c)

C

alcu

lar

las

velo

cida

des

y

1vr2vr

de

amba

s pa

rtíc

ulas

y e

l án

gulo

que

for

ma

con

el

hilo

, en

el in

stan

te e

n qu

e m

1vr

2 ha

baj

ado

una

dist

anci

a d.

d) G

rafi

que

el p

oten

cial

efe

ctiv

o en

fun

ción

de

la d

ista

ncia

de

m1

al o

rifi

cio.

Exp

rese

en

func

ión

de l

a en

ergí

a la

con

dici

ón p

ara

que

m2 p

erm

anez

ca e

n re

poso

y c

ompa

re c

on

el r

esul

tado

obt

enid

o en

a).

e)

C

onsi

dere

con

dici

ones

tal

es q

ue l

a en

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a m

ecán

ica

es u

n po

co m

ayor

a l

a qu

e co

rres

pond

e la

si

tuac

ión

en

la

m2

perm

anec

e qu

ieta

(y

m

1

desc

ribe

un

a ór

bita

ci

rcul

ar).

En

esas

con

dici

ones

ana

lice

el m

ovim

ient

o ra

dial

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dere

que

r(t

) os

cila

co

n un

a pe

queñ

a am

plit

ud a

lred

edor

del

rad

io d

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órb

ita

circ

ular

. D

iga

cual

es

la

frec

uenc

ia y

el

perí

odo

de e

ste

mov

imie

nto.

Det

erm

ine

tam

bién

la

velo

cida

d an

gula

r de

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, de

scri

ba c

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tati

vam

ente

la f

orm

a de

la ó

rbit

a de

m1

alr

eded

or d

el o

rifi

cio.

Page 20: A GUIA 0 - materias.df.uba.armaterias.df.uba.ar/f1ba2017c1/files/2012/07/GUIAS-F1-imprimir-labs.pdf · GUIA 0 1 - Hallar el módulo del vector de origen en (20,-5,8) y extremo en

*f ) Resuelva num

éricamente el problem

a. Obtenga gráficos de z(t) y de las trayectorias

de la partícula sobre la mesa.

7 - Dos cuerpos de m

asas m1 y m

2 respectivamente, con m

1 = 2

m y m

2 = m

que están unidos por un resorte de longitud libre

l0 y constante elástica k, se encuentran sobre una

superficie horizontal plana y carente de fricción. El sistem

a se pone en movim

iento estirando el resorte hasta una longitud 2 l0 y dándole una velocidad v

a cada una de las partículas, perpendicular al segm

ento que las une y en sentidos opuestos.

r

a) ¿C

uál es la velocidad angular del sistema cuando la longitud del resorte es (3/2) l0 ?.

b) C

alcule el vector velocidad de cada masa en esa posición.

8 – Dos partículas de m

asas m1 y m

2 se hallan sobre una mesa horizontal, unidas entre sí

por una soga de longitud L que pasa a través de un anillo pequeño fijo a la m

esa en el punto O

. La superficie de la m

esa carece de rozamiento y la soga es inextensible y de m

asa despreciable. Inicialm

ente ambas partículas están en reposo a una distancia L

/2 del punto O

, de forma tal que am

bos tramos de la soga form

an un ángulo recto (ver figura). El

sistema

se pone

en m

ovimiento

imprim

iéndole a

la partícula

m1

una velocidad

0v r

perpendicular a la soga. Considere que las partículas nunca chocan entre sí y que la soga

siempre se m

antiene tensa. a)

D

iga qué magnitudes se conservan para cada partícula por separado y para el

sistema form

ado por ambas partículas y la soga. Justifique sus respuestas.

b)

Calcule la velocidad de rotación alrededor de O

de cada una de las partículas como

función de la distancia de m1 al punto O

. c)

E

ncuentre la velocidad radial del cuerpo m1 cuando se halla a una distancia d=

3L

/2 del punto O

.

m1

m2

OL

/2

0v r

g

m2

m1

L/2

L/2

0v r

2 π

Visto desde arriba

9 - Dos partículas de m

asa m están sujetas a los extrem

os de una barra de longitud L y m

asa despreciable en reposo sobre una superficie horizontal exenta de rozam

iento. O

tra partícula, también de m

asa m, se m

ueve a lo largo de una recta perpendicular a la barra con velocidad

y choca quedándose adherida según se indica en las figuras.

Describa cuantitativam

ente el movim

iento después del choque, en particular, calcule la variación de energía cinética del sistem

a debida al choque plástico.

0v r

mm m

m

mm

L

m m

L

m

m m

L/2

m

L/2

v0

v0

Caso (a)

Caso (b)

10 – E

n la figura se muestra un sistem

a compuesto por un resorte de constante elástica k,

longitud libre l0 y masa despreciable y dos partículas de m

asas m1 y m

2 . El sistem

a está apoyado sobre una m

esa libre de rozamiento. Inicialm

ente el sistema está en reposo y la

distancia d entre las partículas es tal que d =

l0 . En cierto instante t0 se le im

prime a m

1 una velocidad

como la de la figura y sim

ultáneamente se le im

prime a

m1

v r2 una

velocidad tal que el centro de m

asa del sistema tiene velocidad nula en ese instante.

2v r

a)

Halle el vector velocidad

y la distancia que hay inicialmente (antes de t

2v r

0 ) entre m2

y el centro de masa del sistem

a. b)

D

iga justificando su respuesta si para todo instante posterior a t0 se conserva o no, para este sistem

a, el impulso lineal

p r, el im

pulso angular respecto del centro de

masa

y la energía mecánica total H

. cm

L r

c)

Calcular

p r,

y H en el instante t

cmL r

0 en función de datos.

d)

Dibuje el sistem

a en un instante arbitrario t, posterior a t0 y diga cuánto vale la velocidad del centro de m

asa en ese instante. Si en t,

1v ′ r

y 2

v ′ rson las velocidades de

m1 y m

2 respectivamente, escriba

2v ′ r

en función de 1

v ′ r y de datos. S

i y

son las distancias desde el centro de m

asa hasta m1 r ′

2 r ′1 y m

2 respectivamente en el tiem

po t, escriba

en función de y de datos.

2 r ′1 r ′

e)

Dé una expresión para

en el tiempo t. H

alle la velocidad angular del sistema, ω

,

en función de datos y de .

cmL r

1 r ′f)

E

scriba una expresión para H en el tiem

po t en función de datos y de y

. ¿Qué

ecuación diferencial se obtiene para 1 r ′

1 r ′&

1 r ′?

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m1

m2

1vr

k, l 0

d=

l 0⊗

gr

SIS

TE

MA

S N

O I

NE

RC

IAL

ES

1 -

En

el p

iso

de u

n co

lect

ivo

está

apo

yado

un

paqu

ete

de m

asa

m.

El

cole

ctiv

o pa

rte

del

repo

so c

on u

na a

cele

raci

ón c

onst

ante

, a.

Dec

ir c

uále

s so

n la

s fu

erza

s ap

lica

das

sobr

e el

paq

uete

, cu

áles

son

de

inte

racc

ión

y cu

áles

de

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cia

y de

scri

bir

el m

ovim

ient

o de

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quet

e vi

sto

por

un o

bser

vado

r en

el

cole

ctiv

o y

por

otro

que

est

á en

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alle

, en

los

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s:

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l pa

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e no

des

liza

sob

re e

l pi

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olec

tivo

. P

ara

este

cas

o ca

lcul

e, a

dem

ás,

la

rela

ción

ent

re l

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áxim

a ac

eler

ació

n qu

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ede

tene

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col

ecti

vo y

el

coef

icie

nte

de

roza

mie

nto

está

tico

ent

re e

l paq

uete

y e

l pis

o.

b) S

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duce

a c

ero

el r

ozam

ient

o en

tre

el p

aque

te y

el

piso

(po

r ej

empl

o, a

poya

ndo

el

paqu

ete

en u

n ca

rrit

o).

2 -

Dos

mas

as,

y

, pen

den

de l

os e

xtre

mos

de

un h

ilo

inex

tens

ible

que

pas

a a

trav

és

de u

na p

olea

ide

al f

ija

al t

echo

de

un a

scen

sor.

Hal

le l

a ac

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ació

n de

las

mas

as p

ara

un

obse

rvad

or q

ue s

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lla

dent

ro d

el a

scen

sor

y pa

ra o

tro

que

se h

alla

qui

eto

afue

ra d

el

asce

nsor

si:

m1

m2

a) E

l asc

enso

r su

be c

on v

eloc

idad

con

stan

te.

b) E

l asc

enso

r su

be c

on a

cele

raci

ón a

. c)

El a

scen

sor

baja

con

ace

lera

ción

a.

d) S

e co

rta

el c

able

del

asc

enso

r.

3 -

Una

mas

a m

, en

repo

so s

obre

una

pla

tafo

rma

hori

zont

al e

xent

a de

roz

amie

nto,

est

á su

jeta

al e

xtre

mo

de u

n re

sort

e de

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aner

a in

dica

da e

n la

fig

ura.

La

cons

tant

e el

ásti

ca

del r

esor

te e

s k.

Súb

itam

ente

se

pone

en

mov

imie

nto

la p

lata

form

a co

n un

a ac

eler

ació

n co

nsta

nte

a, e

n la

dir

ecci

ón h

oriz

onta

l.

mk,

lo

a

g

a)

Dib

uje

las

fuer

zas

que

actú

an s

obre

la

mas

a en

un

sist

ema

de r

efer

enci

a un

ido

a la

pl

ataf

orm

a y

lueg

o en

otr

o, e

xter

ior

a el

la, e

n re

poso

. b)

Des

crib

a el

mov

imie

nto

de m

res

pect

o de

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lata

form

a.

c) S

i la

plat

afor

ma

tien

e m

asa

M, d

eter

min

ar la

fue

rza

nece

sari

a pa

ra m

ante

ner

cons

tant

e su

ace

lera

ción

.

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4 - ¿Cuál es la aceleración

que debe imprim

irse al plano inclinado para que la masa m

llegue al extremo superior del m

ismo con velocidad v

partiendo de su extremo inferior

con velocidad inicial nula? (no hay rozamiento y am

bas velocidades son medidas con

respecto al plano inclinado).

a r

1

m

hg

α

5 - S

ea el sistema de la figura. L

os coeficientes de rozamiento estático en las superficies

horizontal y vertical son µ y µ

. ¿Para qué valores de la aceleración a,

no sube ni baja?

e2e1

m1

gm

1

m2

a

6 - U

n tren sube una pendiente que forma un ángulo α

con la horizontal. E

l movim

iento es uniformem

ente acelerado con una aceleración a. En el interior de uno

de los vagones se hacen los siguientes experimentos:

a) Se determ

ina la dirección de la vertical usando una plomada.

b) Se determ

ina el período de un péndulo para oscilaciones pequeñas. c) S

e determina la fuerza que registra un dinam

ómetro cuando se cuelga del m

ismo un

objeto de masa m

. D

escriba cualitativamente los resultados en los casos:

i) α =

0 , a ≠ 0.

ii) α ≠

0 , a = 0.

iii) α ≠

0 , a = - g senα

; (¿qué significan estos datos ?) iv) α

≠ 0 , a ≠

0.

7 - Una partícula de m

asa m se halla engarzada en un riel circular de radio R

, que carece de rozam

iento. En un dado instante la partícula se encuentra en reposo en el punto C

, y se aplica sobre el riel una fuerza tal que a partir de ese instante el m

ismo se m

ueve con

aceleración constante A r

. Utilice para resolver el problem

a un sistema no inercial fijo a

la esfera.

g A

R

ϕm

C

a) Haga un diagram

a de las fuerzas que actúan sobre m, y determ

ine cuáles son sus pares de

interacción. P

lantee las

ecuaciones de

New

ton, y

encuentre la

ecuación de

movim

iento de la partícula. b) E

xprese el valor de la normal ejercida por el riel sobre m

como función del ángulo ϕ

. c) E

ncuentre la posición de equilibrio, y determine si el equilibrio es estable o inestable.

8 - Una plataform

a de radio R, gira con velocidad angular Ω

constante alrededor de un eje vertical situado en su centro. S

obre la plataforma se halla apoyado un paquete de m

asa m

(hay rozamiento entre el paquete y la superficie de la plataform

a, siendo µ y µ

los coeficientes de rozam

iento estático y dinámico, respectivam

ente). e

d

En el instante t =

0 el paquete se halla en reposo sobre la plataforma a una distancia l del

centro, con l < R

.

mR

l

a) Escriba las ecuaciones de N

ewton para el paquete en un sistem

a solidario a la plataform

a, S’, indicando los pares de acción y reacción de las fuerzas que actúan

sobre él. b) H

alle la máxim

a velocidad angular Ω que puede tener la plataform

a para que el m

ax

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paqu

ete

no d

esli

ce s

obre

la p

lata

form

a.

c) S

i de

sapa

rece

el

roza

mie

nto,

hal

le l

a ve

loci

dad

del

paqu

ete

en e

l si

stem

a S

’ co

mo

func

ión

de l

a di

stan

cia

al c

entr

o de

la

plat

afor

ma.

Des

crib

a cu

alit

ativ

amen

te

el

mov

imie

nto

del p

aque

te.

9 -

Una

bol

ita

de m

asa

m s

e en

cuen

tra

dent

ro d

e un

tub

o qu

e gi

ra c

on v

eloc

idad

ang

ular

w

cons

tant

e al

rede

dor

de P

.

P

ω

a)

Cal

cule

la

acel

erac

ión

de l

a bo

lita

res

pect

o de

un

sist

ema

iner

cial

y r

espe

cto

de u

n si

stem

a fi

jo a

l tub

o.

b) D

eter

min

e la

s fu

erza

s in

erci

ales

que

act

úan

sobr

e la

bol

ita

en e

l si

stem

a fi

jo a

l tu

bo y

es

crib

a la

s ec

uaci

ones

din

ámic

as.

10 -

Sob

re u

na v

ía r

ecta

mon

tada

sob

re u

na m

esa

hori

zont

al q

ue p

uede

gir

ar a

lred

edor

de

un e

je v

erti

cal

se m

ueve

un

carr

ito

de m

asa

m. E

ste

está

suj

eto

entr

e do

s re

sort

es q

ue, a

su

vez

, es

tán

unid

os a

la

vía

com

o en

la

figu

ra y

tie

nen

cons

tant

es e

lást

icas

y

y

lo

ngit

udes

nat

ural

es

y l

, res

pect

ivam

ente

. Esc

riba

las

ecu

acio

nes

diná

mic

as p

ara

el

sist

ema

(car

rito

+ r

esor

tes)

en

un s

iste

ma

de r

efer

enci

a fi

jo a

la m

esa.

k1

k2

l 0102

g

R

ω

mk 2

k 1

11

- D

os m

asas

y

e

stán

uni

das

por

una

soga

ine

xten

sibl

e de

lon

gitu

d L

y d

e m

asa

desp

reci

able

(ve

r fi

gura

). L

os d

os c

uerp

os e

stán

sob

re u

n ri

el q

ue g

ira

con

velo

cida

d m

1m

2

angu

lar ω

con

stan

te y

el

riel

no

perm

ite

que

los

cuer

pos

se m

ueva

n ha

cia

los

cost

ados

. E

n el

ins

tant

e t

= 0

, la

mas

a m

se

encu

entr

a en

la

posi

ción

A c

on v

eloc

idad

nul

a co

n re

spec

to a

l rie

l. 1

ω

m2

Ag

m1

α

a)

E

n un

si

stem

a no

in

erci

al

soli

dari

o al

ri

el,

indi

que

cuál

es

son

las

fuer

zas

y ps

eudo

fuer

zas

que

actú

an

sobr

e ca

da

mas

a.

Iden

tifi

que

los

pare

s de

ac

ción

y

reac

ción

. b)

Pla

ntee

las

ecu

acio

nes

de N

ewto

n y

de v

íncu

lo e

n un

sis

tem

a no

ine

rcia

l so

lida

rio

al

riel

. c)

Res

uelv

a la

s ec

uaci

ones

de

mov

imie

nto

y de

scri

ba c

ómo

será

el

mov

imie

nto

de l

as

part

ícul

as.

12 -

Una

bol

ita

de m

asa

m s

e en

cuen

tra

enga

rzad

a en

un

alam

bre

circ

ular

de

radi

o R

, ub

icad

o en

pos

ició

n ve

rtic

al.

El

aro

de a

lam

bre

gira

alr

eded

or d

e su

diá

met

ro v

erti

cal

con

velo

cida

d an

gula

r ω

con

stan

te, d

e m

aner

a ta

l qu

e la

bol

ita

se h

alla

en

la p

osic

ión

de

equi

libr

io θ

. 0

ω 0θ

g

a)

Esc

riba

las

ecu

acio

nes

de N

ewto

n ut

iliz

ando

un

sist

ema

de r

efer

enci

a fi

jo a

l ar

o,

indi

cand

o la

s fu

erza

s de

inte

racc

ión

que

actú

an s

obre

la b

olit

a.

b) C

alcu

le e

l áng

ulo θ

y d

eter

min

e si

el e

quil

ibri

o es

est

able

o in

esta

ble.

0

c) D

eter

min

e la

ecu

ació

n de

mov

imie

nto

y en

cuen

tre

la f

uerz

a de

vín

culo

eje

rcid

a po

r el

al

ambr

e so

bre

la b

olit

a.

R

m

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13 - Un entretenim

iento llamado silla voladora consiste en un disco horizontal de radio R

de cuyo perím

etro cuelgan hilos de longitud L. E

n el extremo de cada uno de estos hilos

hay una canastilla dentro de la cual se ubica una persona. Considere un sistem

a de coordenadas fijo al disco el cual gira con velocidad angular constante ω

(ver figura).

g

R

ω

ϕL

S

i todos los hilos forman con la vertical el m

ismo ángulo ϕ

, a) ¿E

s razonable inferir que todos los pasajeros tienen igual masa?.

b) Halle ω

.

GR

AV

ITA

CIÓ

N

1 - C

onsidere dos partículas de masas M

1 y M

2 fijas y separadas por una distancia D. U

na tercera partícula de m

asa m se m

ueve bajo la atracción gravitatoria de las otras dos. Suponga que m

se m

ueve sobre la recta que une a M1 y

M2 , considerando que puede hallarse entre am

bas o bien a la izquierda o a la derecha de ellas. a)

E

scriba la fuerza neta sobre m, en función de la posición.

b)

Calcule y grafique el potencial.

c)

Describa

cualitativamente

el m

ovimiento

de m

, para

distintos valores

de su

energía m

ecánica.

2 - Aplique el problem

a anterior considerando que M1 =

MT (m

asa de la Tierra), M

2 =M

L (masa de la

Luna) , D

es la distancia Tierra-L

una, y la partícula de masa m

es un cohete que se dispara desde la superficie de la T

ierra hacia la Luna con una velocidad

0v r

. Tenga en cuenta que en este problem

a

M1 y

M2 no son partículas puntuales, sino que tienen radios R

T (radio de la Tierra) y R

L (radio de la L

una), respectivamente.

a)

Calcule y grafique el potencial gravitatorio del cohete en función de su distancia a la T

ierra, m

edida desde la superficie terrestre. b)

¿E

n qué punto de su trayectoria hacia la Luna el cohete tiene aceleración nula?.

c)

Calcule la velocidad inicial m

ínima del cohete necesaria para llegar a este punto y caer en la

Luna por la acción de la atracción gravitatoria lunar.

RT

R

L

3 - C

onsidere dos partículas de masas M

1 y M2 , fijas y separadas entre sí por una distancia D

. Una

tercera partícula de masa m

es libre de moverse por un tubo carente de rozam

iento, que se halla sobre la m

ediatriz del segmento determ

inado por ambas m

asas. a)

C

alcule la energía potencial gravitatoria en función de la coordenada z que determina la

posición. Grafique cualitativam

ente el potencial. b)

D

etermine la posición de equilibrio indicando si corresponde a un equilibrio estable o

inestable. c)

E

ncuentre la frecuencia angular de oscilación para pequeños apartamientos de la m

asa m de

su posición de equilibrio. d)

C

alcule la fuerza que ejerce el tubo sobre la masa en función de la posición.

MT

M

L

mv

0

D

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z

m

M1

M2

D/2

D/2

4

- U

na p

artí

cula

de

mas

a m

es

deja

da e

n el

pun

to A

de

un t

únel

sin

fri

cció

n im

prim

iénd

ole

una

velo

cida

d (

ver

figu

ra).

La

part

ícul

a se

hal

la b

ajo

la a

cció

n de

la

atra

cció

n gr

avit

ator

ia d

e la

Tie

rra.

0vr

a)

Gra

fiqu

e la

ene

rgía

pot

enci

al d

e la

par

tícu

la e

n fu

nció

n de

la

coor

dena

da y

. D

iga

cuál

es

la

máx

ima

velo

cida

d v 0

que

pue

de te

ner

la p

artí

cula

en

A p

ara

que

su m

ovim

ient

o se

a li

gado

. b)

E

ncue

ntre

la

ecua

ción

de

mov

imie

nto

para

la

part

ícul

a. D

iga

bajo

qué

con

dici

ones

el

mov

imie

nto

será

arm

ónic

o si

mpl

e y

escr

iba

la e

cuac

ión

de m

ovim

ient

o en

ese

cas

o.

c)

Par

a el

cas

o ar

món

ico

sim

ple,

hal

le l

a fr

ecue

ncia

de

osci

laci

ón y

det

erm

ine

la p

osic

ión

de l

a pa

rtíc

ula

en f

unci

ón d

el ti

empo

.

v 0m

R

MT

x

y

5

- U

na n

ave

espa

cial

de

mas

a m

es

lanz

ada

desd

e la

sup

erfi

cie

terr

estr

e co

n un

a ve

loci

dad

0vr q

ue

form

a un

áng

ulo α

con

dich

a su

perf

icie

(ve

r fi

gura

). S

upon

ga q

ue l

a T

ierr

a, d

e m

asa

MT y

rad

io

RT, p

erm

anec

e en

rep

oso,

y q

ue to

da s

u m

asa

se h

alla

con

cent

rada

en

su c

entr

o.

a)

Dig

a, ju

stif

ican

do s

u re

spue

sta,

si s

e co

nser

va o

no

el im

puls

o li

neal

, el i

mpu

lso

angu

lar

y la

en

ergí

a m

ecán

ica

tota

l de

la n

ave.

b)

ecán

ica

tota

l en

fun

ción

de

la d

ista

ncia

r a

l ce

ntro

de

la

c)

a to

tal

el m

ovim

ient

o de

la

nave

es

liga

do.

- U

n sa

téli

te a

rtif

icia

l qu

e gi

ra a

lred

edor

de

la T

ierr

a, a

una

dis

tanc

ia R

de

su c

entr

o, e

stá

artí

cula

s. P

lant

ee l

as e

cuac

ione

s de

b)

lite

y e

l va

lor

de l

a te

nsió

n

c)

mba

s pa

rtes

del

sat

élit

e. A

par

tir

de e

se

- C

onsi

dere

dos

par

tícu

las

de m

asa

m q

ue i

nter

actú

an g

ravi

tato

riam

ente

ent

re s

í. L

as p

artí

cula

s

Hal

le l

a ex

pres

ión

de l

a en

ergí

a m

Tie

rra

y de

los

dat

os d

el p

robl

ema.

Esc

riba

el

pote

ncia

l ef

ecti

vo q

ue g

obie

rna

el m

ovim

ient

o ra

dial

de

la n

ave

y gr

afíq

uelo

en

func

ión

de r

. D

iga

para

qué

val

ores

de

la e

nerg

ía m

ecán

icC

alcu

le l

a ve

loci

dad

de e

scap

e, e

s de

cir

el m

ínim

o va

lor

de v

0 ne

cesa

rio

para

que

la

nave

pu

eda

esca

par

de la

atr

acci

ón g

ravi

tato

ria

terr

estr

e.

6co

mpu

esto

po

r do

s m

asas

m

1 y

m2,

un

idas

en

tre

por

una

barr

a de

lo

ngit

ud

L

y m

asa

desp

reci

able

. D

uran

te t

odo

el m

ovim

ient

o, l

a ba

rra

del

saté

lite

se

hall

a or

ient

ada

en l

a di

recc

ión

radi

al,

tal

com

o se

mue

stra

en

la f

igur

a. C

onsi

dere

que

la

Tie

rra

perm

anec

e fi

ja y

des

prec

ie l

a at

racc

ión

grav

itat

oria

ent

re la

s m

asas

que

for

man

el s

atél

ite.

a)

D

ibuj

e la

s fu

erza

s qu

e ac

túan

sob

re c

ada

una

de l

as p

New

ton

y la

s co

ndic

ione

s de

vín

culo

que

rig

en s

u m

ovim

ient

o.

Cal

cule

la

velo

cida

d an

gula

r de

l m

ovim

ient

o de

rot

ació

n de

l sa

téej

erci

da p

or la

bar

ra s

obre

cad

a un

a de

las

mas

as.

En

un d

ado

inst

ante

se

cort

a la

bar

ra q

ue u

ne a

mom

ento

, ut

iliz

ando

la

s m

agni

tude

s qu

e se

co

nser

van,

de

term

ine

cual

itat

ivam

ente

la

tr

ayec

tori

a de

la m

asa

m1.

Jus

tifi

que

su r

espu

esta

.

RT

v 0

α

MT

Rm

1

m2

L

7pu

eden

mov

erse

sob

re u

na m

esa

hori

zont

al l

ibre

de

roza

mie

nto.

En

el i

nsta

nte

inic

ial

(t =

0)

las

part

ícul

as s

e ha

llan

sep

arad

as u

na d

ista

ncia

d y

se

les

da a

cad

a un

a de

ell

as u

na v

eloc

idad

0vr d

e

mód

ulo

v 0 y

dir

ecci

ón in

dica

da e

n la

fig

ura.

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a)

Indique en un diagrama todas las fuerzas que actúan sobre cada partícula. P

ara el sistema

b)

el instante inicial. Diga qué tipo de

c)

ctor velocidad

(componentes

paralela y

8 - Una partícula de m

tro de impacto b a un

a la partícula de masa m

antes y después de alcanzar el

b)

ancharse con el resorte, encuentre la velocidad de la partícula (componentes

formado por las dos partículas diga, justificando su respuesta, si se conserva o no el im

pulso lineal, el im

pulso angular y la energía mecánica total.

Halle la velocidad del centro de m

asa del sistema en

movim

iento describe el centro de masa para t >

0. P

ara cada

una de

las partículas,

calcule el

veperpendicular al segm

ento que las une) cuando las partículas se hallan separadas una distancia d/2.

asa m

se acerca desde el infinito con velocidad y paráme

cuerpo de masa M

, que se halla fijo en el punto O. D

ebido a la atracción gravitatoria ejercida por M

, la

partícula describe

una trayectoria

hiperbólica, y

al pasar

por el

punto de

máxim

o acercam

iento (punto A) se engancha con un resorte de m

asa despreciable, constante elástica k y longitud natural l0 =

r0 . E

l otro extremo del resorte está sujeto a un eje que pasa por O

. Considere

que la energía potencial gravitatoria en el infinito es nula (es decir, VG =

0 cuando la partícula se halla suficientem

ente alejada del cuerpo). a)

D

iga qué magnitudes se conservan par

punto A. C

alcule la velocidad de la partícula en el punto A y la distancia r

0 de máxim

o acercam

iento. D

espués de engradial y tangencial) cuando ésta se halla a una distancia d =

2 r0 del punto O

. Exprese el

resultado en términos de r

0 y de los datos del problema.

v0

MO

b

A

r0

v0

v

m

m

d

αα

0

CIN

EM

ÁT

ICA

DE

L C

UE

RP

O R

ÍGID

O

1 - Algunos de los cuerpos de la figura no son rígidos. E

ncuéntrelos. (N

o debe hacer cálculos. Sólo debe observar la figura).

Q

P

VQ

VP

VQ

Q

VP =

0 P

VP

VQ

Q

P

QV

Q

PV

PV

P=

VQ

P

Q

VQ

VP

VP

=2V

Q

VP

VQ

PQ

2 - P

reguntas: i) ¿Q

ué dirección debe tener el vector Q

Pv

vr

r−

(velocidad relativa de P respecto de Q

)

para que no cambie la distancia entre P

y Q?.

ii) La expresión

QP

QP

rv

vr

rr

Ω=

−, ¿satisface esa condición?.

3 - Indique la velocidad de rotación del triángulo en los tres siguientes casos:

t = 0

t = t1

t = t4

t = T

θ

t = 0

t = t1

t = t4

t = T

θ

t = 0

t = t1

t = t4

t = T

θ

C

ompare con

. θ &

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4 -

Pre

gunt

a: S

i qu

isie

ra d

efin

ir u

n án

gulo

tal

que

su

deri

vada

res

pect

o de

l ti

empo

coi

ncid

a co

n Ω

(sa

lvo

un s

igno

), ¿

cóm

o lo

def

inir

ía?.

5

- E

l ce

ntro

de

una

esfe

ra d

escr

ibe

un m

ovim

ient

o ci

rcul

ar u

nifo

rme

de v

eloc

idad

ang

ular

ω

alr

eded

or d

e un

pun

to O

. Sim

ultá

neam

ente

la

esfe

ra g

ira

sobr

e sí

mis

ma,

de

tal

form

a qu

e un

pun

to A

de

la m

ism

a de

mor

a un

tie

mpo

τ e

n vo

lver

se a

enf

rent

arse

con

el

punt

o O

(ve

r fi

gura

).

O

A

i)

E

ncue

ntre

la v

eloc

idad

de

rota

ción

de

la e

sfer

a.

ii)

¿ C

uánt

o ti

empo

tra

nscu

rre

entr

e do

s pa

saje

s su

cesi

vos

del

punt

o A

por

el

extr

emo

infe

rior

de

la e

sfer

a ?.

ii

i)

Si e

l eje

de

la T

ierr

a fu

era

perp

endi

cula

r a

la e

clíp

tica

, ¿cu

ál s

ería

el v

alor

de Ω

par

a la

Tie

rra?

. 6

- E

l ej

e in

stan

táne

o de

rot

ació

n es

el

conj

unto

de

punt

os q

ue t

iene

n ve

loci

dad

nula

en

un

dado

inst

ante

.

i)

Dem

uest

re q

ue, s

i exi

ste,

es

una

rect

a pa

rale

la a

Ωr.

ii)

Dem

uest

re q

ue s

i hay

un

punt

o P

del

cue

rpo

tal q

ue

0≠

Ω⋅rr Pv

, ent

once

s no

hay

eje

in

stan

táne

o de

rot

ació

n.

7 -

Dem

uest

re q

ue s

i un

pun

to O

per

tene

ce a

l ej

e in

stan

táne

o de

rot

ació

n, e

nton

ces

Pvr

es

perp

endi

cula

r a

OP

rr.

8 -

Ten

iend

o en

cue

nta

el r

esul

tado

del

pro

blem

a 7:

i)

In

vent

e un

mét

odo

gráf

ico

para

det

erm

inar

la

posi

ción

del

eje

ins

tant

áneo

de

rota

ción

, en

los

sigu

ient

es c

asos

:

VQ

VP

P

QV

Q

VP

Q

P

ΩΩ

ii

) D

ibuj

e el

cam

po d

e ve

loci

dade

s de

un

cili

ndro

que

rue

da s

in d

esli

zar

sobr

e un

pla

no

hori

zont

al.

iii)

E

ncue

ntre

el e

je in

stan

táne

o de

rot

ació

n en

los

ejem

plos

del

pro

blem

a 3.

9

- L

a ve

loci

dad

angu

lar

de u

n cu

erpo

ríg

ido

som

etid

o a

un m

ovim

ient

o ro

totr

asla

tori

o es

(0

,0,ω

) y

la v

eloc

idad

de

uno

de s

us p

unto

s P

es

(vx,

v y,0

).

i)

Det

erm

inar

por

con

side

raci

ones

de

cálc

ulo

vect

oria

l, si

exi

ste

un e

je i

nsta

ntán

eo d

e ro

taci

ón.

ii)

Idem

que

i), p

ero

con

= (

vP

vrx,

v y,v

z) c

on

0≠

zv

. ii

i)

¿Cuá

l es

, en

am

bos

caso

s, e

l lu

gar

geom

étri

co d

e lo

s pu

ntos

de

velo

cida

d m

ínim

a (e

n m

ódul

o)?.

10

- L

os d

isco

s de

la f

igur

a (R

= 1

0 cm

) ti

enen

mov

imie

nto

plan

o. H

alle

:

20 c

m/s

10 c

m/s

P

20 c

m/s 20

cm

/sP

20 c

m/s

20 c

m/s

PP

10

cm

/s2

10 c

m/s

i)

L

a po

sici

ón d

el e

je in

stan

táne

o de

rot

ació

n.

ii)

El v

ecto

r Ωr

. ii

i)

La

velo

cida

d de

l pun

to P

.

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11 - Un cilindro de radio R

= 10 cm

rueda sin resbalar sobre un plano horizontal. Su centro

se desplaza con velocidad vC =

10 cm/s. P

ara los puntos P (periférico), Q

(a distancia R/2

del centro) y A (sobre una m

anivela de longitud 2R

fija al cilindro): i)

H

allar el vector velocidad en función del tiempo.

ii)

Dibujar la hodógrafa correspondiente (v

y vs. vx ).

iii)

Graficar el m

ódulo de la velocidad en función del tiempo.

iv)

Graficar las com

ponentes vx y v

y en función del tiempo.

y

x

C

Q P

A

Vc

DIN

ÁM

ICA

DE

L C

UE

RP

O R

ÍGID

O

1 - El sistem

a de la figura consiste de dos cuerpos de masas m

1 y m2 unidos por una cuerda

inextensible que pasa a través de una polea cilíndrica homogénea de m

asa mp , que no

posee rozamiento con su eje. C

alcule la aceleración de las masas. O

bserve que el resultado no depende del radio de la polea.

mp

2 - C

onsidere un yo-yo con radio exterior R igual a 10 veces su radio interior r. E

l mom

ento de inercia Io del yo-yo respecto de su centro de m

asa está dado por Io =1/2

MR

2, donde M

es la masa total del yo-yo. E

l extremo final de la cuerda se m

antiene en reposo y ésta no desliza respecto del yo-yo. a)

Calcule la aceleración del centro de m

asa del yo-yo. Cóm

o es comparada con g?.

b) E

ncuentre la tensión en la cuerda a medida que el yo-yo desciende. C

ómo es

comparada con M

g?.

3 - Un disco cilíndrico hom

ogéneo de radio R y m

asa M1 es arrastrado sobre una superficie

horizontal sin fricción por una cuerda que está unida a un cuerpo de masa M

2 , como se

indica en la figura. Determ

ine: a)

la aceleración del centro del disco. b)

La aceleración angular del disco.

c) L

a aceleración del cuerpo de masa M

2. d)

La tensión en la cuerda.

e) L

a velocidad del centro de masa del disco cuando se ha desplazado una distancia

igual a su diámetro, m

edida desde la posición en la que estaba en reposo. f)

La velocidad de la m

asa colgante en ese instante.

m1

m2

ggM

Rr

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gR

RR

M

R

g M

1

M2

4 -

Una

bar

ra h

omog

énea

del

gada

de

mas

a M

y l

ongi

tud

L p

uede

gir

ar l

ibre

men

te e

n to

rno

de s

u ej

e fi

jo h

oriz

onta

l, ta

l co

mo

se i

ndic

a en

la

figu

ra.

Se

suel

ta l

a ba

rra

desd

e un

a po

sici

ón q

ue f

orm

a un

áng

ulo

con

la v

erti

cal.

Hal

lar:

a) la

vel

ocid

ad a

ngul

ar d

e la

bar

ra c

uand

o és

ta p

asa

por

la p

osic

ión

más

baj

a.

b) la

fue

rza

que

ejer

ce e

l eje

fij

o so

bre

la b

arra

cua

ndo

ésta

pas

a po

r la

pos

ició

n ve

rtic

al.

c) R

esue

lva

nuev

amen

te p

or e

nerg

ía e

l pun

to a

).

Lg

5 -

Una

var

illa

hom

ogén

ea d

e m

asa

M y

lon

gitu

d L

es

aban

dona

da e

n re

poso

en

la p

osic

ión

que

se o

bser

va e

n la

fig

ura.

Sus

ext

rem

os d

esli

zan

sobr

e un

a su

perf

icie

cil

índr

ica

de

radi

o R

, sin

roz

amie

nto.

La

vari

lla

se m

ueve

en

un p

lano

ver

tica

l.

a) H

alla

r, u

tili

zand

o ar

gum

ento

s ci

nem

átic

os, e

l ej

e in

stan

táne

o de

rot

ació

n de

la

vari

lla

cuan

do é

sta

adop

ta la

pos

ició

n ho

rizo

ntal

. b)

C

alcu

le, p

or e

nerg

ía, l

a ve

loci

dad

del

cent

ro d

e m

asa

de l

a va

rill

a cu

ando

ést

a ad

opta

la

pos

ició

n ho

rizo

ntal

.

6

- U

n an

illo

de

mas

a M

y r

adio

R c

uelg

a de

un

sopo

rte,

tal q

ue e

l ani

llo

pued

e os

cila

r en

su

prop

io p

lano

com

o un

pén

dulo

fís

ico.

Enc

uent

re e

l per

íodo

T1

de p

eque

ñas

osci

laci

ones

.

Sup

onga

un

anil

lo i

dént

ico

que

pued

e gi

rar

en t

orno

de

un e

je t

ange

nte

al a

nill

o y

cont

enid

o en

el p

lano

del

mis

mo.

El a

nill

o pu

ede

efec

tuar

osc

ilac

ione

s de

ntro

y f

uera

del

pl

ano.

Enc

uent

re e

l per

iodo

T2

de p

eque

ñas

osci

laci

ones

. ¿Q

ué o

scil

ació

n ti

ene

el p

erío

do m

ás la

rgo?

.

7 -

Des

de e

l ex

trem

o su

peri

or d

e un

pla

no i

ncli

nado

se

suel

tan,

sin

vel

ocid

ad i

nici

al,

una

esfe

ra, u

n ci

lind

ro y

un

aro

hom

ogén

eos,

que

baj

an r

odan

do h

asta

el e

xtre

mo

infe

rior

del

m

ism

o.

Dem

uest

re q

ue l

a es

fera

lle

ga a

l pi

so e

n m

enos

tie

mpo

que

el

cili

ndro

y é

ste

en m

enos

ti

empo

que

el a

ro, c

ualq

uier

a se

an s

us m

asas

y s

us r

adio

s.

8

- U

n ci

lind

ro h

omog

éneo

de

mas

a M

y r

adio

R s

e tr

asla

da s

in r

odar

con

vel

ocid

ad

1vr e

n la

pa

rte

exen

ta d

e ro

zam

ient

o B

A d

e un

a su

perf

icie

hor

izon

tal

Más

all

á de

A c

ambi

a la

su

perf

icie

de

man

era

que

a la

der

echa

de

A e

l co

efic

ient

e de

roz

amie

nto

es µ

. Una

vez

qu

e ha

ya p

asad

o el

pun

to A

, el

cil

indr

o de

sliz

ará

prim

eram

ente

sob

re e

l pl

ano

áspe

ro

pero

aca

bará

rod

ando

sin

des

liza

r.

a)

Cal

cule

en

qué

punt

o em

peza

rá a

rod

ar s

in d

esli

zar

(rod

adur

a) y

cuá

l se

rá l

a ve

loci

dad

corr

espo

ndie

nte

del c

entr

o de

mas

a.

b)

Cal

cule

la

acel

erac

ión

del

cili

ndro

y e

l va

lor

de l

a fu

erza

de

roza

mie

nto

a pa

rtir

del

pu

nto

en q

ue e

ntra

en

roda

dura

(pu

nto

C).

c)

C

alcu

le l

a en

ergí

a pe

rdid

a en

tre

el p

unto

A y

el

punt

o C

. Jus

tifi

que

el v

alor

hal

lado

po

r ra

zona

mie

ntos

ene

rgét

icos

.

9 -

Un

cili

ndro

hom

ogén

eo d

e ra

dio

R1

y m

asa

m r

ueda

sin

res

bala

r (h

ay r

ozam

ient

o) d

entr

o de

una

cav

idad

sem

icil

índr

ica

de r

adio

R2

(ver

fig

ura)

. a)

S

i θ

es

el á

ngul

o de

la

figu

ra y

C

Mvr

es

la v

eloc

idad

del

cen

tro

de m

asa

del

cili

ndro

RR

g

.

R

v 1g

Lis

sper

oB

A

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gz

y

x

R2

R1

r θθ

de radio R1 , escriba los vectores v

CM

rC

Mv & r

y en función de datos y de las derivadas

de θ con respecto al tiem

po. b)

T

eniendo en cuenta los resultados de a) y que el cilindro rueda sin deslizar, exprese

los vectores velocidad angular Ω r y aceleración angular Ω & r

de este cilindro en función de datos y de las derivadas de θ

con respecto al tiempo.

c)

Indique en un dibujo todas las fuerzas que actúan sobre el cilindro y plantee las ecuaciones

de N

ewton

y m

omentos

para este

cilindro. O

btenga una

ecuación diferencial para θ

(t) y diga qué tipo de movim

iento realiza el cilindro.

d)

Si en el instante inicial θ

(t = 0) =

0 y (t =

0) =

θ &0

ω, diga cuál es la solución de la

ecuación diferencial obtenida en c) para ángulos pequeños.

10 – i) Pregunta: E

n los problemas 5 y 9 discuta cuál o cuáles de las siguientes alternativas

son incorrectas:

a) Ω

=r

rA

AI

L

b)

Ω=

rr

OO

IL

c)

Ω=

rr

CM

CM

IL

AO

ii) Pregunta: E

l disco de la figura tiene su centro de masa fijo. D

iga si es correcto que:

Ω=

rr

OO

IL

=.

Ω+

r)

(2

md

IC

M

CM

O

d

Ω r

11 - Considere dos rodillos iguales en contacto, com

o muestra la figura. L

os ejes A y B

están fijos y hay rodadura entre los rodillos.

a) M

uestre que cualquiera sea la velocidad angular de rotación

. Es decir

que se conserva en cualquier circunstancia.

0=

tota

lL r

)(t

Ω

tota

lL r

b) S

i se coloca una manija a uno de los cilindros y se ejerce sobre ella un m

omento,

¿cómo justifica que se conserve

tota

lL r

?.

AB

12 - U

na persona está parada sobre una plataforma giratoria que rota con velocidad angular

ω. L

a persona tiene sus brazos extendidos horizontalmente y en cada m

ano sostiene un cuerpo de m

asa m. R

epentinamente deja caer am

bos cuerpos en forma sim

ultánea; halle la velocidad angular final de la plataform

a después del choque plástico de los cuerpos con la m

isma.

w

mm

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13 –

Un

cili

ndro

hom

ogén

eo d

e m

asa

m y

rad

io R

des

cans

a so

bre

un t

abló

n de

igu

al

mas

a m

y l

ongi

tud

L. N

o ex

iste

fri

cció

n en

tre

el s

uelo

y e

l ta

blón

. Una

par

tícu

la d

e m

asa

M y

vel

ocid

ad

xv

vO

=r

cho

ca e

lást

icam

ente

con

tra

un e

xtre

me

del

tabl

ón y

que

da e

n

repo

so.

El

sist

em-c

ilin

dro

se p

one

en m

ovim

ient

o, d

e ta

l m

aner

a qu

e el

cil

indr

o em

piez

a a

roda

r re

spec

to d

el ta

blón

. a)

Ind

ique

qué

mag

nitu

des

se c

onse

rv

a ta

blón

an. J

usti

fiqu

e. e

mas

a de

l ci

lind

ro y

la

velo

cida

d

4 –

Un

cili

ndro

hom

ogén

eo d

e m

asa

M y

rad

io R

, cu

yo c

entr

o de

mas

a se

tra

slad

a co

n

b) C

alcu

le l

a ve

loci

dad

del

tabl

ón,

la d

el c

entr

o d

angu

lar

de a

ngul

ar d

el m

ism

o un

inst

ante

des

pués

del

cho

que.

c)

¿E

n qu

é se

ntid

o ti

ene

que

gira

r el

cil

indr

o? J

usti

fiqu

e.

M

L

g

m

1 velo

cida

d Ovr

y q

ue r

ota

en s

enti

do a

ntih

orar

io a

lred

edor

de

su c

entr

o de

mas

a co

n

velo

cida

d s

obre

un

plan

o ho

rizo

ntal

sin

fri

cció

n, c

hoca

con

otr

o ci

lind

ro i

dént

ico

que

se e

ncue

ntra

en

repo

so,

qued

ando

adh

erid

os s

in d

efor

mar

se.

La

dire

cció

n de

la

velo

cida

d de

l ce

ntro

de

mas

a de

l pr

imer

cil

indr

o es

tá c

onte

nida

en

la r

ecta

for

mad

a po

r lo

s ce

ntro

s de

mas

a de

am

bos

cili

ndro

s.

a) D

iga

qué

mag

nitu

des

se c

onse

rvan

par

OΩr

a el

sis

tem

a de

am

bos

cili

ndro

s. J

usti

fiqu

e.

ués

vari

ació

n de

ene

rgía

cin

étic

a de

l sis

tem

a.

b) C

alcu

le l

a ve

loci

dad

del

cent

ro d

e m

asa

y la

vel

ocid

ad a

ngul

ar d

el s

iste

ma

desp

del c

hoqu

e.

c) C

alcu

le la

0vr

0Ωr

M,

R

M,

R

m

0v

R

r

RE

LA

TIV

IDA

D

1 -

¿C

on q

ué v

eloc

idad

deb

e de

mov

erse

Ped

ro r

espe

cto

de J

uan

para

que

el

ritm

o de

av

ance

del

rel

oj d

e P

edro

sea

la

mit

ad q

ue e

l ri

tmo

de a

vanc

e de

l re

loj

de J

uan?

¿C

uánt

o ti

empo

tra

nscu

rre

para

Jua

n en

tre

dos

even

tos

que

está

n se

para

dos

por

1 se

gund

o pa

ra P

edro

?

2 -

Jua

n ll

eva

una

regl

a en

su

man

o y

se m

ueve

a u

na c

iert

a ve

loci

dad

V r

espe

cto

de

Ped

ro (

la d

irec

ción

del

mov

imie

nto

coin

cide

con

la

dire

cció

n en

la

que

apun

ta l

a re

gla)

. ¿C

on q

ué v

eloc

idad

deb

e m

over

se J

uan

para

que

la

long

itud

de

la r

egla

m

edid

a po

r P

edro

sea

la

mit

ad q

ue l

a lo

ngit

ud d

e la

reg

la m

edid

a po

r Ju

an?

¿Cuá

l de

las

dos

long

itud

es e

s la

“lo

ngit

ud e

n re

poso

de

la b

arra

”?

3

- J

uan

llev

a un

a re

gla

en s

u m

ano

y se

mue

ve a

una

cie

rta

velo

cida

d V

res

pect

o de

P

edro

(la

dir

ecci

ón d

el m

ovim

ient

o fo

rma

un á

ngul

o θ

con

la

dire

cció

n en

la

que

apun

ta l

a re

gla)

. Si

la l

ongi

tud

de l

a re

gla

med

ida

por

Juan

es

L, c

alcu

le c

uál

es l

a

long

itud

de

la r

egla

par

a P

edro

y c

ual

es e

l án

gulo

que

for

ma

la r

egla

con

la

dire

cció

n de

su

mov

imie

nto

desd

e el

pun

to d

e vi

sta

de P

edro

.

4 -

Con

side

re u

n re

loj

que

viaj

a de

ntro

de

un c

ohet

e qu

e se

mue

ve r

espe

cto

de l

a ti

erra

. E

l re

loj

atra

sa 1

seg

undo

por

día

res

pect

o a

otro

rel

oj q

ue p

erm

anec

e en

la

tier

ra. ¿

Cuá

l es

la v

eloc

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Page 32: A GUIA 0 - materias.df.uba.armaterias.df.uba.ar/f1ba2017c1/files/2012/07/GUIAS-F1-imprimir-labs.pdf · GUIA 0 1 - Hallar el módulo del vector de origen en (20,-5,8) y extremo en

b)

En el instante en que el punto m

edio del tren pasa por el punto medio del

andén, dos haces de luz son emitidos desde los dos extrem

os del andén en dirección a su centro. i) D

iga cual de los dos haces llega primero al punto

medio del tren. Ii) C

alcule el tiempo de llegada de cada pulso en el sistem

a de referencia fijo al tren y en el sistem

a de referencia fijo al andén. iii) Encuentre

el orden cronológico de los eventos relevantes del problema (em

isión de am

bos pulsos, etc) desde el sistema de referencia fijo al tren y al andén.

7 - U

n colectivo de longitud propia L =

20m se m

ueve a una velocidad V=

3c

/2

respecto de un observador fijo a un garaje de longitud propia D=

10m. E

l garaje tiene dos puertas, una delantera y otra trasera, que están abiertas. a)

Diga si el colectivo puede quedar com

pletamente contenido dentro del garaje

(ayuda: tenga en cuenta la contracción de Lorentz).

b) S

i su respuesta anterior fue afirmativa, considere la siguiente “paradoja”:

Desde el sistem

a de referencia del colectivo, la longitud del garaje aparece contraída y por lo tanto es claram

ente menor que la del colectivo. ¿C

ómo puede

ser que un colectivo de 20m de longitud quepa en un garaje de longitud m

enor? ¿E

s esta una verdadera paradoja? c)

Considere todos los eventos relevantes de este problem

a (A: llegada del frente

del colectivo a la puerta delantera del garaje, B: llegada del frente del colectivo

a la puerta trasera del garaje, etc) y ordénelos cronológicamente en los sistem

as de referencia fijos al colectivo y al garaje. D

e ejemplos de eventos que son

simultáneos en el sistem

a de referencia del garaje pero que no lo son en el sistem

a de referencia del colectivo.

8 - La vida m

edia de los piones en reposo es T=

26nseg. ¿Cuál es la distancia

promedio recorrida por piones que se m

ueven a velocidad V=

c/2?

9 - Desde un cohete que se aleja de la tierra a velocidad c/2 se em

iten pulsos de luz con un período de un año. ¿C

uál es el tiempo que transcurre en la tierra entre el

arribo de dos pulsos sucesivos? ¿Qué sucede si la nave se acerca a la tierra en

lugar de alejarse?

10 - Un

tren de

longitud propia

L

se m

ueve con

velocidad V

respecto

de un

observador fijo a un andén.

a) E

n un

dado instante,

dos pasajeros

comienzan

a cam

inar en

direcciones contrarias

desde el

centro del

tren hacia

sus extrem

os. E

l m

ódulo de

la velocidad de cada pasajero respecto del tren es v’=

c/2 . ¿Cuál es la velocidad

de cada pasajero respecto del andén? ¿En qué instante llega cada pasajero al

extremo del tren? (diga si la llegada de am

bos es simultanea respecto del tren y

del andén). b)

Calcule la velocidad del pasajero que viaja hacia un extrem

o respecto del pasajero que se m

ueve en la dirección contraria. c)

En un dado instante (t’=

0 respecto del observador fijo al tren) dos pasajeros parten desde am

bos extremos del tren en dirección hacia el centro. A

mbos se

mueven respecto del tren con una velocidad v’ cuyo m

ódulo es c/2. Diga cual

es la velocidad de ambos pasajeros respecto del andén. D

iga en que instante llegan am

bos pasajeros al centro del tren (tanto para un observador fijo al tren com

o para otro fijo al andén). d)

Calcule la velocidad del pasajero que parte desde un extrem

o respecto del pasajero que parte desde el otro.

11 - S

uponga que

en un

sistema

de referencia

S

un objeto

se m

ueve con

una velocidad

cuyas com

ponentes cartesianas

son v

x =c

cos(θ)

y v

y =c

sen(θ).

Calcule las com

ponentes del vector velocidad de ese objeto visto desde un sistema

S´ que se m

ueve con velocidad V (en la dirección del eje x) respecto de S

.