Biofísica 1 Mecánica (20) 47. Trabajo y energía

El conductor de un auto que se estaba desplazando a 72 km/h, frena al ver el semáforo en rojo. El vehículo, de 1000 kg, se detiene en 50 m.

a)     Dibuje todas las fuerzas que actúan sobre el vehículo, e identifique sus pares de interacción.

 

Pares de acción y reacción

N y la fuerza del auto sobre el pavimento (azul)

Fr y la fuerza de rozamiento del auto sobre el pavimento (gris)

P y la fuerza de atracción del auto sobre la Tierra (rojo)

 

 b) Calcule, por consideraciones energéticas, el valor de la fuerza, supuesta constante, que actúa en el frenado.

 

 ΔEc = WFN

 

donde

ΔEc = variación de la energía cinética = Ecf – Eci

Ecf = energía cinética final = 0 (el auto se detiene)

ECi = energía cinética inicial = 1/ 2 m vo^2

m = masa del auto = 1000 kg

vo = velocidad inicial del auto = 72 km/h (1000 m/1 km) (1 h/ 3600 s) = 20 m/s

 

WFN = FN d cos

 

donde

WFN = trabajo de la fuerza neta

FN = fuerza neta = Fuerza de rozamiento Fr (ver DCL)

d = distancia recorrida = 50 m

cos α = coseno del ángulo comprendido entre la dirección de FN y la dirección del desplazamiento d = cos 180° = -1

 

 

Remplazando y despejando Fr

Fr = - 1 /2 m vo^2 / (d cos 180°) = 1/ 2 * 1000 kg (20 m/s)^2 / 50 m = 4000 J