Guía 4:Trabajo y Energía

Conservación de la energía, trabajo y energía visitar el siguiente link:
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Bibliografía: Cromer

PARA RECORDAR LAS FUNCIONES TRIGONOMÉTRICAS!!!!!!!!!!!
PASEN A VER:
https://www.youtube.com/watch?v=WFzh7BUkELI


1)Trabajo  y energía
Visitar los siguientes link

http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1183&idIdioma=ES

http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/trabajo/trapoenedinewton9.htm

2)Para demostrar conocimientos

http://www.librosvivos.net/test.asp?idud=3012&id_libro=1620&id_marca=1000&idCodigoCesma=113877

3)Fuerzas introducción
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/dinamica/fuerzas-introduccion-video

4)Peso y masa
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/dinamica/peso-y-masa-magnitudes-fundamentales-video

5)Trabajo y energía I
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/dinamica/trabajo-y-energia-1-conceptos-video

http://www.educatina.com/fisica/mecanica/dinamica/trabajo-y-energia-2-ejercicios-video

6)Trabajo y energía II
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/dinamica/trabajo-y-energia-2-ejercicios-video

7)Teorema de trabajo y energía: julioprofe
https://www.youtube.com/watch?v=jPhbUf2WP4E

Problema sobre energía parte 1

https://www.youtube.com/watch?v=7qx1kdOE61c

Parte2 (continuación)

https://www.youtube.com/watch?v=4lBrAXuI5F0

9)Energía cinética, potencial gravitatoria y elástica: unicoos

https://www.youtube.com/watch?v=GuL2UnBwPyY

10)Principio de conservación de la energía: Unicoos

https://www.youtube.com/watch?v=CSM9wUwuwqQ&list=PLOa7j0qx0jgNPUN6eHSOS7paCNp7oufmp

11) Trabajo neto con rozamiento: plano inclinado

https://www.youtube.com/watch?v=50GUrSoGUIk&index=6&list=PLOa7j0qx0jgNPUN6eHSOS7paCNp7oufmp

12) Profesor Walter Lewin, conservación de la energía.
https://www.youtube.com/watch?v=onxGV17isfQ

Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería Agronómica                         Agosto de 2015

Física

Guía 4

Trabajo y Energía

1-Completa:

a-Las fuerzas al actuar sobre los cuerpos producen cambios en su velocidad (aceleraciones). Por tanto, transfieren ……………………………………………………………a los cuerpos.

b-La energía cinética transferida por una fuerza se puede calcular aplicando la siguiente ecuación:……………

2-Determinar el tipo de energía del cuerpo de la figura (m = 400 g)  en el estado inicial, en el final y su velocidad  después de recorrer 5 m. La fuerza F tiene un valor de 6 N. Falta gráfico

                                                                                

3- Realiza un balance de energía(inicial, transferida por la fuerza,final) para el cuerpo indicado en la figura (m = 1500 g). La fuerza indicada es la fuerza de rozamiento. Calcula la velocidad al final del recorrido. Falta gráfico

4-El cuerpo de la figura tiene una masa de 1 kg. Realizar un balance de energía comentando las variaciones de energía que experimenta. F = 5 N ; F_R = 2 N Falta gráfico

Extrae una conclusión y completa:

5-Un bloque de 1 kg que tiene inicialmente una velocidad de 3 m/s es empujado una distancia de  6 m. sobre un piso horizontal, mediante una fuerza de 8 N que forma, hacia abajo, un ángulo de 30⁰ con la horizontal. El coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano es 0,30.Falta gráfico

a)Realizar un balance de energía.
b) Calcular la velocidad del cuerpo al final del recorrido.

6- Completa:

a-Para poder medir la rapidez con la que la energía se transfiere se define  la potencia como ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

b- La unidad de potencia en el S. I. es ………………, llamado watt ( en honor de James Watt), aunque en la práctica también se usa  el caballo de vapor (CV) 1 CV = ………………… W

c- Comparar la energía emitida por una bombilla de 100 W y una de 40 W en una hora.Expresar los resultados en kw-h

7- Un automóvil de masa 1.000 kg es capaz de aumentar su velocidad de cero a 100 km/h en 8,0 s. Calcular su potencia en watt y en C.V.

8- Un cuerpo de 500 g es lanzado hacia arriba con una velocidad de 12 m/s. Realiza un estudio energético(Ec y Ep) de su recorrido, puntos 1,2 y 3.b)Calcula la altura máxima alcanzada por el cuerpo.Falta gráfico

9-Un cuerpo de 1 kg es elevado desde el suelo hasta una altura de 10 m y a continuación se deja caer

a-Realizar un estudio energético suponiendo rozamiento nulo.
b-Repetir el estudio anterior suponiendo que cuando se deja caer, el aire ejerce una fuerza de rozamiento constante de 2 N.

10- a-Explicar:Ley de Hooke, energía potencial elástica, conservación de la energía para un sistema masa resorte.

Un cuerpo de masa 250 g se une a un muelle de constante elástica 500 N/m. Si el muelle se comprime 20 cm, calcular la velocidad con la que el cuerpo pasa por el punto de equilibrio

a)    Suponiendo rozamiento nulo.

b)     Suponiendo que el coeficiente de rozamiento valga 0,50

11-Desde lo alto de un edificio de 40 m de altura se deja caer una piedra de 30 g, que llega al suelo con una velocidad de 12 m/s. Calcular el valor de la energía que se ha disipado por rozamiento con el aire durante la caída. Rta: -9,6 J

12- Calcular la potencia necesaria para elevar un caudal de 5 L DE AGUA POR SEGUNDO HASTA UNA ALTURA DE 75M, SUPONIENDO NULO TODOS LOS ROZAMIENTO. EXPRESAR LOS RESULTADOS EN CV. Rta: 5 CV

13- Una bomba extrae 200 litros por minutos desde un pozo de 6 m de profundidad y la lanza con una velocidad de 9 m/s. Calcular:a) El trabajo que desarrolla la bomba por minuto para extraer el agua.b) La cantidad de trabajo que se transforma en energía cinética. c)La potencia del motor, g = 10 m/s2. Rta: 20100J;8100J;335 watts

14-Con un motor de 4 CV de potencia se desea llenar un depósito de 200 m³, el extremo del cual se halla situado a 3 m por encima del nivel del agua. Si el rendimiento del motor es deñ 80%, calcular el tiempo que tardará en llenarse, expresado en segundos. Rta: 2551 s

15-Se deja caer una pelota de 0,25 kg de masa desde una altura de 1,5 m sobre el suelo. Después de chocar contra el suelo, la pelota rebota hasta una altura de 0,8 m. Calcular: a) El trabajo efectuado por el suelo contra la pelota. B) El módulo de la velocidad de la pelota antes y después de chocar contra el suelo. Rta: 1,715 J; 5,42 m/s; 3,96 m/s

16-Calcular la potencia que se debe desarrollar para arrastrar un cuerpo de 100 kg de masa a una velocidad constante de 15 m/s por encima de una superficie horizontal, si el coeficiente de rozamiento entre el cuerpo y la superficie es de 0,15. Rta:2205W

17-Un cuerpo de 300 g, que inicialmente se encuentra en reposo, baja por un plano inclinado 30º sobre la horizontal, desde una altura de 60 cm. Si cuando llega al suelo su velocidad es de 2 m/s,calcular el trabajo efectuado por las fuerzas de rozamiento. Rta: -1,164 J

18- Un coche se desliza por una vía sin fricción, pasando por A a razón de 40 m/s, ubicado a 32 m de altura. ¿con qué velocidad pasa por B, ubicado a 1 m del suelo? Rta: 46,9 m/s


19- En la figura mostrada la distancia AD es de 400 cm. Si la esfera pasa por A con una velocidad de 2 m/s y al llegar a D se detiene, ¿ de qué magnitud es el trabajo de la fricción que retardó el movimiento? Masa de la esfera = 0,5 g. Rta: 6,45 x 10^-3 J

20- Una niña de m= 40 kg se desliza hacia abajo por un tobogán de 8 m de largo inclinado 30º. El coeficiente de rozamiento cinético entre la niña y el tobogán es 0,35. Si la niña parte del reposo desde el punto más alto del tobogán, a una altura de 4 m sobre el suelo. ¿ Qué velocidad tiene al llegar al suelo?Rta: 5,6 m/s

21- Explicar potencia y velocidad metabólica.

a- Suponiendo que los músculos tienen un rendimiento del 22% para convertir energía en trabajo, ¿cuánta energía consume una persona de 80 kg al escalar una distancia vertical de 15 m?

b- Un corredor consume oxígeno a razón de 4,1 L/ min. ¿Cuál es su velocidad metabólica?

c- La velocidad metabólica basal (VMB) se define como la velocidad metabólica de una persona en reposo absoluto dividido por el área de su cuerpo. La VMB es por lo tanto independiente de su tamaño. ¿Cuál es la VMB de una persona de área 2,2 m² que consume 0,30 litros de oxígeno por minuto?

SIMULADOR PHET

 Guía de actividades:

 Trabajaran en esta actividad con un applet PhET de la Universidad de Colorado. En la página de este proyecto hay que buscar la simulación: energy-Skate-park-basics, clickear la pestaña que permite diseñar una pista personal (Track Playground) una vez allí, seleccionar la grilla “ mostrar cuadricula" y el medidor de velocidad “Speed”. Sin fricción.

En el extremo superior izquierdo aparecerá un recuadro amarillo con tres círculos unidos entre sí por una línea. Arrastrando con el mouse este recuadro hacia el centro de la pantalla, obtendremos un sector de pista, si se repite el proceso anterior, es posible agregar nuevos tramos de pista.

Para esta actividad se solicita una pista con tres zonas de nivel plano, un primer tramo a 4 m, otro a 2 m y un tercero a 4 m. Luego arrastren al patinador  hasta el extremo izquierdo de la pista a un altura de 5 m, verán que el patinador comienza a recorrer la pista una y otra vez.

Analiza y responde:                                  

1)¿La altura máxima alcanzada por el patinador en cada vuelta y en cualquier extremo es la misma que la altura inicial desde donde fue soltado?

2) ¿En el instante que toma la altura máxima, qué valor toma la velocidad?

3) ¿ En las dos zonas que están a la misma altura la velocidad coincide, tanto al ir como al regresar?

4)¿ En la zona de menor altura, qué valor toma la velocidad ¿ 

5) ¿Se cumple el principio de conservación?

A continuación se propone modificar el nivel central, llevándolo a 0 metros, dejando igual todo el resto.

Contesten las siguientes preguntas, sin hacer correr el simulador:

1)¿Alcanzará el patinador la misma altura máxima en los extremos que en la primera experiencia?

2)¿Será igual el valor de velocidad en las zonas 1 y 3?

3)¿Será el mismo valor numérico que en la primera experiencia?

Prueben ahora con el simulador y respondan las mismas preguntas.

Escribe una conclusión de la actividad realizada.

Física en los dibujos animados

 El coyote bien podría ser mascota de ingenieros o físicos, pues continuamente diseña o emplea resortes, poleas, estructuras, catapultas, cohetes, patines, arcos, cañones, péndulos y, por supuesto, tiene que hacer cálculos para determinar la máxima distancia horizontal que, por ejemplo, alcanzará al convertirse en un proyectil animal cuyo destino es el correcaminos.

Visualizar el siguiente vídeo

http://youtu.be/kjHAyfnv-Jw

Se les propone:

-Identificar los principios y leyes

-Explicarlos o definirlos

-Describir lo que sucede con esos principios y leyes en el dibujo animado y cómo deberían suceder las cosas en el mundo real.

1.Video del globo

-¿Cuánta potencia puede tener un ventilador?

-¿Debería responder el globo cuando se suelta el pesado yunque? ¿Por qué en la caricatura el globo sube rápidamente?

-¿Cuál de los objetos debería chocar primero contra el suelo?

2.Roca que rueda

-El camino que sigue la roca luego de cruzar el camino ¿es realista?

-El resultado del "regreso" de la roca ¿obedece al principio de conservación de la energía?

3.Vela sobre patines

   Motor fuera de borda.

-¿Podría funcionar un sistema de propulsión como el propuesto en estos dos clips?

-Los esquemas de propulsión mostrados en los clips ¿respetan la tercera ley de Newton?

-¿Por qué en ambos clips el coyote sigue de largo?

4.Bandita elástica gigante.

-Comparar la fuerza necesaria para estirar la bendita elástica y la que se requiere para mover las    rocas.

-¿Cuál es la fuente última de esta fuerza?

5.Bala humana.

-Analizar, en ambos clips,4 y 5, la violación absoluta de la conservación del momento, entre muchas otras contravenciones a los principios de la física.

6. Roca como péndulo.( A partir de 3,23 minutos)

a- Analiza el comportamiento de la roca como un péndulo, el coyote la tira,el correcamino se detiene, la roca sigue girando y cae sobre coyote. Aplicando consideraciones energéticas ¿puede ocurrir esto en la realidad? Justifica.

- Planteamiento de un problema con base en la escena

Suponiendo que el coyote se encuentra a una altura de 20 m sobre el suelo y se encuentra en un puente que sería el centro del péndulo, ¿qué velocidad debe suministrar a una bola gigante de 200 kg para que logre dar la vuelta y caerle nuevamente a él en la cabeza?  Esto, suponiendo que la bola subirá otros 20 m antes de caerle nuevamente en la cabeza (tal y como se observa en la escena).

Se solicita:

a)      Calcular la energía mecánica en el punto más alto.

b)      La energía potencial, cinética y mecánica en el momento de lanzarla.

c)      La velocidad con que el coyote debería lanzarla para que dé la vuelta completa.

7. Video de la roca.

-Aquí se ve una clara demostración de la importancia de saber dónde se encuentra el centro de  gravedad de las cosas.

-Buen uso de la plomada ¿por qué?

-El uso del telescopio es inútil ¿por qué?

8. Lanzamiento por resorte.

-¿Cuál podría ser la constante del resorte si el coyote es capaz de comprimirlo por presión/empuje horizontal?

Principios y leyes físicas a tener presentes:

Leyes de conservación

Conservación de la energía

Conservación del momento

Leyes de Newton

Fuerza gravitatoria

Tensión superficial,capilaridad

Ley de Laplace: visitar el siguiente link ( buscar el power point)
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Visitar el siguiente link sobre tensión superficial y capilaridad.

www.ugr.es/~pittau/FISBIO/t5.pdf

Bibliografía:

J.W. Kane (2007). Física. Reverté.
Serway - Faughn. (2001). Física. Prentice Hall.
Wilson, Buffa, Lou. Física. Pearson.

Guía 6

Tensión superficial, capilaridad

1-¿Qué fuerza hay que realizar para mover un alambre que desliza sobre dos rieles, en forma de U, separados 20 cm si existe una capa de agua en el rectángulo formado por ellos? Υ = 0,073 N/m. Rta: 0,029 N

2- Cada una de las seis patas de un insecto produce una deformación circular en el agua de 1 mm de radio. ¿Cuál es el peso máximo del insecto para poder mantenerse sobre el agua? Υ = 0,073 N/m. Rta: 2,75 x 10 ^-3 N

3- ¿Cuál es la presión del gas en el interior de una burbuja de 1 mm de diámetro en el fondo de un vaso con agua hasta una altura de 12 cm? Υ = 0,073 N/m. Rta: 1468 N/m²

4- Un líquido con una tensión superficial de 0,04 N/m y una densidad de 1200 kg/m³ posee un ángulo de contacto de 120° con el material del que está formado un capilar de 0,2 mm de radio. ¿Qué diferencia de altura, con respecto al nivel de un gran recipiente, adquiere el líquido en el capilar? Rta: 0,017 m

5- Supón que el ángulo de contacto de la sangre con un capilar es cero, ¿Cuál es el radio del capilar si la sangre asciende por él 2 cm? Υ =0,058 N/m, δ= 1050 kg/m³. Rta: 5,6 x 10^-4 m

6- Podemos imaginar al xilema formado por conductos de 0,02 mm de radio que en su parte superior están cerrados por las hojas , que poseen unos poros de 5 nm (nanómetro)de radio. Determina: a) La máxima altura que puede alcanzar el agua en un capilar de 5 nm de radio)La máxima presión, debida a la tensión superficial, que puede aguantar uno de esos capilares. C)La máxima altura de un conducto si el agua que contiene aguanta una presión negativa de 32 atm.d)El caudal que atraviesa un conducto de un árbol de 30 m de altura, si la presión en su parte superior es in diez por ciento mayor que la necesaria para mantener la columna de agua. Υ =0,058 N/m, δ= 1000 kg/m³, ɳ= 0,001 Pa s. Rta: 2980 m, 2,92 x 10⁷ N/m²; 331 m; 6,15 x 10^-14 m³/s

7- ¿Cuál es la diferencia de presiones entre el interior y el exterior de un alveolo de 0,1 mm de radio cuya capa de fluido posee una tensión superficial  de 0,004 N/m? Rta: 80N/m².

8- En un experimento con un capilar de 0,5 mm de radio de un cierto material, se obtiene que el alcohol asciende hasta una altura de 1,09 cm. ¿Cuál es el ángulo de contacto entre el alcohol y el material del capilar? δ= 791 kg/m³, Υ =0,0454 N/m.Rta: 21°28´45¨

9-¿Hasta qué altura puede ascender el agua, 72,8 x 10^-3N/m, por un xilema de un árbol, si los más delgados tienen como mínimo un radio interno de 2,5 x 10 ^-2 cm? Suponer que el ángulo de contacto es cero. ¿Qué presión negativa haría falta para que el agua ascienda por un xilema hasta la copa de un árbol de 60m de altura? Rta: 5,9 x 10 ^-2 m; 5,8 atm

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Guía 5 de Viscosidad, Ley de Poiseuille

Viscosidad: Power point
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Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería agronómica

Física

Guía Nº 5

Viscosidad, Ley de Poiseuille, velocidad terminal

1-Calcule la velocidad de caída de una gota de lluvia de 1x 10^-3 m de radio, la viscosidad del aire es 1 x 10^-3 Pa s, la densidad del agua es 1 x 10³ Kg/m³, la densidad del aire es 1 kg/m³. Rta: 2,17 m/s

2- Determinar el caudal de un fluido hidráulico que circula por una tubería con un diámetro interior de 30 mm sabiendo que su velocidad es de 4 m/s.¿Qué régimen de circulación lleva el fluido? Densidad del fluido 850 kg/m³; ƞ = 0,55 centipoises, Rta: 2,82 x 10 ^-3 m³/s; turbulento.

3-En un tubo de vidrio horizontal hemos colocado un cristal de permanganato potásico y hacemos circular agua por el tubo. Observamos el régimen laminar al distinguir unos filetes violetas que se forman a partir del cristal. Aumentando la velocidad de paso del agua por el tubo, haciendo que el líquido descienda de una mayor altura, se observa la formación de torbellinos. Calcular la velocidad con que en tal instante discurre el agua por el tubo. ƞ =0,01 poise, densidad = 1g/cm3, distancia = 0,5 cm.

4-Por una tubería de 1,3 cm de radio circula petróleo de densidad 0,85 g/cm³ y 11,4 cp de coeficiente de viscosidad, a una velocidad de 1  m/s. determinar el régimen con el que circula el petróleo. Rta: 1938 laminar.

5-Por una tubería cilíndrica, horizontal, de 6 cm de radio y 25 m de longitud, pasa un líquido de densidad 1076 kg/m³ y ƞ= 180 cp. Si tiene un caudal de 1L/s, calcular: a) El número de Reynolds,b) pérdida de presión en tal longitud. 63,1; 888 Pa.

6- tenemos una manguera de 10 m de largo y 1 cm de diámetro conectado a un grifo con una presión de 2 atm. Calcular: a) El caudal de agua que circula por ella, b) la velocidad media del agua. ƞ =0,01 poise. Rta 4,97 x 10^-3 m³/s; 63,3 m/s

7- Para medir la viscosidad de un fluido utilizamos un conducto de 2 m de largo y 4 mm de radio. Si aplicamos una diferencia de presión de 10 mm Hg entre los extremos de un conducto, circula por el un caudal de 0,3 L/min. ¿ Cuál es el coeficiente de viscosidad del líquido? Rta: 0,013 Pa.s

8- Queremos instalar un goteo en una finca. La longitud del conducto principal ha de ser de 1800 m y deseamos un caudal de 100 l/min cuando bombeamos con una presión de 3 atm. ¿Qué radio interno ha de poseer  el conducto principal? ƞ = 1x 10 ^-3 Pa.s. Rta : 0,012 m

Guía 5: Hidrodinámica

Introducción a la hidrodinámica
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/hidrodinamica/introduccion-a-la-hidrodinamica-video

Ecuación de Bernoulli
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/hidrodinamica/hidrodinamica-ecuacion-de-bernoulli-video

Hidrodinámica
http://www.educatina.com/fisica/mecanica/hidrodinamica/hidrodinamica-ejercicios-video

Universidad de Concepción del Uruguay

Ingeniería Agronómica

Física

Guía 5

Hidrodinámica

1-El caudal medio de la sangre que circula en un tramo de un vaso sanguíneo que no presenta ramificaciones es de 1 litro por minuto. La densidad aproximada de la sangre es 1 Kg/L. a)¿Cuál es la velocidad media de la sangre en un tramo en el que el vaso tiene un radio interior de 0,5 cm? ¿ y si el radio interior del vaso es de 0,25 cm? Rta: 21,2 cm7s, v es cuatro veces mayor.

2-La aorta se ramifica en arterias que se van haciendo cada vez más finas hasta convertirse en arteriolas que finalmente conducen la sangre a los capilares. Sabiendo que el caudal sanguíneo es, para una persona en reposo, de 5L/min y que los radios disminuyen desde 10 mm para la aorta a 0,008 mm para los capilares, siendo la sección total de los capilares de aproximadamente 2000 cm², determinar: a) El número de capilares y el caudal en cada uno de ellos, y b) la velocidad de la sangre en la aorta y en cada uno de los capilares. Rta: 1x 10⁹; 8,33 x 10^-14 m³/s ; 2,65 x 10^-1 m/s 4,15 x 10^-4 m/s

3-Un líquido de densidad 1 Kg/L se mueve a razón de 3 mm/s por un tubo horizontal de 2 cm de diámetro, en un extremo, en el otro el tubo reduce su diámetro a 0,5 cm. A) ¿Cuál es la velocidad del líquido en la parte angosta del tubo? B) ¿ Cuál es la diferencia de presión del líquido a ambos lados del agostamiento? C) ¿Bajo qué hipótesis son válidas sus respuestas? Rta: 48 mm/s; -1,15 Pa.

4-Por una tubería con un área de sección transversal de 4,2 cm² circula agua a una velocidad de 5,18 m/s. El agua desciende gradualmente 9,66 m mientras que el área del tubo aumenta a 7,6 cm². A)¿Cuál es la velocidad del flujo en el nivel inferior. La presión en el nivel superior es de 152 KPa; halle la presión en el nivel inferior.  Rta: 2,86 m/s , 257 Kpa.

5) Se tiene un recipiente de sección cuadrada mucho mayor que 1 cm², lleno de agua hasta una altura de 2,8 m con una pequeña abertura de sección 1 cm² a 0,7 m de altura, tapada por un corcho. A) Calcular la presión manométrica sobre el corcho. B) Si se extrae el corcho, calcular la velocidad de salida del líquido. Rta: 21000Pa, 6,48 m/s.

6) Para un tubo horizontal se sección variable, con un fluido viscoso que entra por un extremo y sale por el otro, determine para los puntos A, B y C, qué opción es la correcta. Rta a cargo del alumno.

a) La velocidad en C es menor que en A.

b) Las velocidades y presiones en los tres puntos son iguales.

c) Las presiones en A y C son iguales.

d) La velocidad y la presión en A son mayores que en B.

e) La velocidad en A es menor que en B y la presión en A es mayor que en C .

f) La diferencia de presiones entre a y B es la misma que entre C y B.