miércoles, 15 de noviembre de 2023

Física UBA XXI 2P Nov 23 T1 – 2. Dinámica

Un esquiador de 80,0 kg de masa que se encontraba inmóvil en el punto a, inicia su descenso deslizándose por el plano inclinado formado por la ladera nevada de una montaña hasta llegar al punto b con una rapidez de 100 kilómetros por hora. Calcular:



a) La energía cinética del esquiador en el punto b.

 

Ec = 1/ 2 m v^2

 

Donde

Ec = energía cinética en b

m = masa del esquiador = 80 kg

v = velocidad = 100 km/h (1000 m/ 1 km) (1h /3600 s) = 27,78 m/s

 

Reemplazando

Ecb = 1 /2 * 80 kg (27,78 m/s)^2 = 1016 J = 3,09 x 10^4 J


 

b) El trabajo de la fuerza de rozamiento a lo largo de la trayectoria.

 

Emb – Ema  = Wfr

 

Donde

Emb = energía mecánica en b = Epb + Ecb

Epb = energía potencia en b = 0

Ecb = energías cinéticas en b

 

Ema = energía mecánica a = Epa + Eca

Epa = energía potencial en a = m g ha

g = aceleración de la gravedad = 9,8 m/s2

ha = altura en a = 60 m

Eca = energía cinética en a = 0

 

Wfr = trabajo de la fuerza rozamiento

 

Reemplazando

Wfr = m g ha – 1 /2 m vb^2 = 80 kg 9,8 m/s2 60 m - 1016 J = -16176 J = - 1,62 x 10^4 J


 

 c) El módulo de la fuerza con la que el esquiador se apoya en la ladera al descender.

 


N – Py = 0

 

Donde

N = fuerza de reacción de la ladera

Py = componente del peso y = P cos 50°

P = peso del esquiador = m g

 

Reemplazando

N = m g cos 50° = 80 kg 9,8 m/s2 cos 50° = 504 N


 

d) El módulo de la fuerza de rozamiento que actuó durante el descenso.

 

Wfr = Fr d cos 180°

 

Donde

Wfr = trabajo de la fuerza de rozamiento = - 1,62 x 10^4 J

Fr = fuera de rozamiento

d = distancia recorrida por la ladera = ha / sen 50°

cos 180° = ángulo entre la dirección de la fuerza y la dirección del desplazamiento = -1

 

Reemplazando y despejando Fr

Fr = - Wfr / (h / sen 50°) = - (- 1,62 x 10^4 J) / (60 m / sen 50°) = 207 N

 


e) El valor del coeficiente de rozamiento dinámico entre el esquiador y la nieve


Fr = μd N

 

Donde

Fr = fuerza de rozamiento = 207 N

μd = coeficiente de rozamiento

N = fuerza de reacción de la ladera = 504 N

 

Reemplazando y despejando μd

μd = Fr / N = 207 N / 504 N = 0,41

 

 

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