Sección 4.1:Fuerza e interacciones
4.1 Dos fuerzas tienen la misma magnitud F. ¿Qué ángulo hay entre los dos vectores si su resultante tiene magnitud a) 2F? b)\(\sqrt{2}\) c) cero? Dibuje los 3 vectores en cada situación.
Solución
4.3 Un almacenista empuja una caja por el piso, como se indica en la figura 4.31, con una fuerza de 10 N que apunta 458 hacia abajo de la horizontal. Obtenga las componentes horizontal y vertical de la fuerza.
Solución
4.4 Un hombre arrastra hacia arriba un baúl por la rampa de un camión de mudanzas. La rampa está inclinada 20.0º y el hombre tira con una fuerza cuya dirección forma un ángulo de 30.0° con la rampa (figura 4.32). a) ¿Qué se necesita para que la componente Fx paralela a la rampa sea de 60.0 N? b) ¿Qué magnitud tendrá entonces la componente Fy perpendicular a la rampa?
Solución
4.5 Dos perros tiran horizontalmente de cuerdas atadas a un poste; el ángulo entre las cuerdas es de 60.0°. Si el perro A ejerce una fuerza de 270 N, y el B, de 300 N, calcule la magnitud de la fuerza resultante y su ángulo con respecto a la cuerda del perro A.
Solución
Sección 4.3: Segunda ley de newton
4.7 Si se aplica una fuerza neta horizontal de 132 N a una persona de 60 kg que descansa en el borde de una alberca, ¿qué aceleración horizontal se produce?
Solución
4.8 . ¿Qué fuerza neta se requiere para impartir a un refrigerador de 135 kg una aceleración de 1.40 m/s² ?
Solución
4.9 Una caja descansa sobre un estanque helado que actúa como superficie horizontal sin fricción. Si un pescador aplica una fuerza horizontal de 48.0 N a la caja y produce una aceleración de 3.00 m/s² , ¿qué masa tiene la caja?
Solución
4.10 Un estibador aplica una fuerza horizontal constante de 80.0 N a un bloque de hielo en reposo sobre un piso horizontal, en el que la fricción es despreciable. El bloque parte del reposo y se mueve 11.0 m en 5.00 s. a) ¿Qué masa tiene el bloque? b) Si el trabajador deja de empujar a los 5.00 s, qué distancia recorrerá el bloque en los siguientes 5.00 s?
Solución
4.11 Un disco de hockey con masa de 0.160 kg está en reposo en el origen (x = 0) sobre la pista, que es y sin fricción. En el tiempo t =0, un jugador aplica una fuerza de 0.250 N al disco, paralela al eje x, y deja de aplicarla en t = 2.00 s. a) ¿Qué posición y rapidez tiene el disco en t =2.00 s? b) Si se aplica otra vez esa fuerza en t = 5.00 s, ¿qué posición y rapidez tiene el disco en t = 7.00 s?
Solución
4.12 Una fuerza horizontal neta de 140 N actúa sobre una caja de 32.5 kg que inicialmente está en reposo en el piso de una bodega. a) ¿Qué aceleración se produce? b) ¿Qué distancia recorre la caja en 10.0 s? c) ¿Qué rapidez tiene después de 10.0 s?
Solución
4.13 Un carrito de juguete de 4.50 kg sufre una aceleración en línea
recta (el eje x). La gráfica de la figura 4.33 muestra esta aceleración
en función del tiempo. a) Calcule la fuerza neta máxima sobre este
carrito. ¿Cuándo ocurre esta fuerza máxima? b) En qué instantes la
fuerza neta sobre el carrito es constante? c) ¿Cuándo la fuerza neta
es igual a cero?
Solución
4.16 Un electrón (masa =\(9.11x10^{-31} kg\)) sale de un extremo de
un cinescopio con rapidez inicial cero y viaja en línea recta hacia la
rejilla aceleradora, a 1.80 cm de distancia, llegando a ella con rapidez
de 3.00 3 106 m/s. Si la fuerza neta es constante, calcule a) la aceleración,
b) el tiempo para llegar a la rejilla, y c) la fuerza neta en newtons.
(Puede despreciarse la fuerza gravitacional sobre el electrón.)
Sección 4.4:Fuerza e interacciones
4.17 Supermán lanza un peñasco de 2400 N a un adversario. ¿Qué
fuerza horizontal debe aplicar al peñasco para darle una aceleración
horizontal de 12.0 m/s² ?
4.18 Una bola de bolos pesa 71.2 N. El jugador aplica una fuerza horizontal
de 160 N (36.0 lb) a la bola. ¿Qué magnitud tiene la aceleración
horizontal de la bola?
4.19 En la superficie de Io, una luna de Júpiter, la aceleración debida a la gravedad es g = 1.81 m/s² . Una sandía pesa 44.0 N en la superficie terrestre. a) ¿Qué masa tiene la sandía en la superficie terrestre? b) ¿Qué masa y peso tiene en la superficie de Io?
4.20 La mochila de una astronauta pesa 17.5 N cuando ella está en
la Tierra, pero sólo 3.24 N cuando está en la superficie de un asteroide.
a) ¿Cuál es la aceleración debida a la gravedad en ese asteroide?
b) ¿Cuál es la masa de la mochila en el asteroide?
Sección 4.5: Tercera ley de newton
4.21 Una velocista de alto rendimiento puede arrancar del bloque
de salida con una aceleración casi horizontal de magnitud 15 m/s² .
¿Qué fuerza horizontal debe aplicar una corredora de 55 kg al bloque
de salida al inicio para producir esta aceleración? ¿Qué cuerpo
ejerce la fuerza que impulsa a la corredora: el bloque de salida o
ella misma?