Ejercicios Prácticos de Física: Presión, Energía y Dinámica
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1. Cálculo de Presión y Superficie
Un excursionista camina por un sendero nevado y la fuerza de su peso es de 800 N.
a. Presión con botas de montaña
La suela de sus botas de montaña tiene una superficie de 400 cm2 (equivalente a 0,04 m2). ¿Qué presión ejerce sobre el terreno?
Fórmula: P = F / S
Cálculo: P = 800 N / 0,04 m2 = 20.000 Pa (Pascales).
b. Variación de la presión con raquetas de nieve
¿Cómo sería la presión si llevara unas raquetas de nieve que tienen una superficie mucho mayor? Justifica la respuesta.
La presión sería menor porque, cuando la superficie es mayor, la fuerza se reparte sobre un área más grande, resultando en una menor presión sobre el suelo.
2. Conceptos de Energía, Fuerza y Calor
Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F), y corrige estas últimas:
- a. La energía cinética es la que tiene un cuerpo que se encuentra en movimiento. (V)
- b. Los elementos de una fuerza son la intensidad, el punto de aplicación y la dirección. (F). Corrección: También es necesario incluir el sentido.
- c. El aire es un buen aislante del calor. (V)
- d. En los sólidos, el calor se transmite por radiación. (F). Corrección: En los sólidos, el calor se transmite principalmente por conducción.
- e. La dilatación es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos al elevarse su temperatura. (V)
3. Definiciones Fundamentales
a. Definición de Fuerza
La fuerza es una acción capaz de modificar el estado de movimiento de un cuerpo o de producir una deformación en él. Su unidad en el Sistema Internacional (S.I.) es el Newton (N).
b. Ley de Coulomb (Fuerza Eléctrica)
Corresponde a la fuerza de atracción o repulsión que se produce entre dos cargas eléctricas. Esta fuerza es directamente proporcional al producto de sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
4. Ley de Gravitación Universal
Dos cuerpos de masa m están separados una distancia d y se atraen con una fuerza F. Calcula el valor de la fuerza si la masa de uno de ellos se duplica y la distancia también se duplica.
Esquema y resolución:
Fg = G · (m1 · m2) / d2
Si m1' = 2m1 y d' = 2d:
F' = G · (2m1 · m2) / (2d)2 = G · (2m1 · m2) / 4d2 = 2/4 · F = F / 2
La nueva fuerza será la mitad de la original.
5. Condiciones para la realización de Trabajo
Señala las condiciones en las que una fuerza realiza trabajo:
- a. Cuando se produce un desplazamiento que no es perpendicular a la fuerza: SÍ.
- b. Si no hay desplazamiento y la resultante de las fuerzas es nula: NO.
- c. Cuando se mueve el punto de aplicación de la fuerza: SÍ.
- d. Si la dirección del movimiento es perpendicular a la fuerza: NO.
6. Cálculo de Energía Potencial Gravitatoria
Una grúa eleva una carga de 320 kg. ¿A qué altura debe subir para que adquiera una energía potencial de 200.000 J? (Dato: g = 9,8 m/s2)
Fórmula: Ep = m · g · h
Resolución: h = Ep / (m · g)
h = 200.000 J / (320 kg · 9,8 m/s2) = 200.000 / 3.136 = 63,77 m.
La altura alcanzada es de 63,77 metros.
7. Cálculo de Energía Cinética
Calcula la energía cinética de Juan (60 kg) circulando en una bicicleta (7 kg) a una velocidad de 20 km/h.
Datos: Masa total (m) = 60 kg + 7 kg = 67 kg. Velocidad (v) = 20 km/h = 5,56 m/s.
Fórmula: Ec = ½ · m · v2
Cálculo: Ec = 0,5 · 67 kg · (5,56 m/s)2 = 0,5 · 67 · 30,91 = 1.035,49 J.
La energía cinética total es de aproximadamente 1.035,49 Julios.