Fuerza, Trabajo y Energía: Conceptos y Ejercicios

Fuerza, Trabajo y Energía

Presión y Superficie

Un excursionista con un peso de 800 N camina por un sendero nevado. La suela de sus botas tiene una superficie de 400 cm².

Cálculo de la Presión

Para calcular la presión que ejerce sobre el terreno, utilizamos la fórmula:

P = F/S

Donde:

• P es la presión
• F es la fuerza (800 N)
• S es la superficie (0.04 m², convertidos de cm²)

Sustituyendo los valores:

P = 800 N / 0.04 m² = 20,000 Pa

Efecto de las Raquetas de Nieve

Si el excursionista usara raquetas de nieve, que tienen una superficie mucho mayor, la presión que ejercería sobre la nieve sería menor. Esto se debe a que la fuerza se distribuye sobre un área más grande, disminuyendo la presión en cada punto.

Verdadero o Falso

Indica si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. Si son falsas, corrígelas para que sean verdaderas.

1. La energía cinética es la que tiene un cuerpo que se encuentra en movimiento. Verdadero
2. Los elementos de una fuerza son la intensidad, el punto de aplicación y la dirección. Falso. Los elementos de una fuerza son la intensidad, el punto de aplicación, la dirección y el sentido.
3. El aire es un buen aislante del calor. Verdadero
4. En los sólidos el calor se transmite por radiación. Falso. En los sólidos, el calor se transmite por conducción.
5. La dilatación es el aumento de volumen que experimentan los cuerpos al elevarse su temperatura. Verdadero

Fuerza y Ley de Coulomb

Definición de Fuerza

La fuerza es una acción capaz de modificar el estado de movimiento de un cuerpo o de deformarlo. Su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el Newton (N).

Ley de Coulomb

La Ley de Coulomb describe la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales. Esta fuerza es proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas. La fórmula es:

F = k * |q1 * q2| / r^2

Donde:

• F es la fuerza eléctrica
• k es la constante de Coulomb
• q1 y q2 son las magnitudes de las cargas
• r es la distancia entre las cargas

Fuerza Gravitacional

Dos cuerpos de masa m están separados una distancia d y se atraen con una fuerza F. Si la masa de uno de ellos se duplica y la distancia entre ellos también se duplica, la nueva fuerza será F/2. Esto se debe a que la fuerza gravitacional es directamente proporcional al producto de las masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia.

Trabajo

Una fuerza realiza trabajo cuando se cumplen las siguientes condiciones:

• Se produce un desplazamiento.
• El desplazamiento no es perpendicular a la fuerza.
• Se mueve el punto de aplicación de la fuerza.

Energía Potencial

Una grúa eleva una carga de 320 kg. Para que adquiera una energía potencial de 200,000 J, debe subirla a una altura de 63.77 m. Esto se calcula utilizando la fórmula de la energía potencial gravitatoria:

Ep = m * g * h

Donde:

• Ep es la energía potencial
• m es la masa (320 kg)
• g es la aceleración debido a la gravedad (9.8 m/s²)
• h es la altura

Energía Cinética

Juan, con una masa de 60 kg, circula en una bicicleta de 7 kg a 20 km/h. Su energía cinética es de 13,400 J. La energía cinética se calcula con la fórmula:

Ec = 1/2 * m * v^2

Donde:

• Ec es la energía cinética
• m es la masa total (67 kg)
• v es la velocidad (convertida a m/s)