1FISICA I Cursada 2004Trabajo Prctico N 1: Esttica

1. PREGUNTAS

1.1 Verdadero falso: (a) las fuerzas de accin-reaccin nunca actan sobre un mismocuerpo, (b) la masa de un cuerpo depende de su posicin, (c) el peso de un cuerpodepende de su posicin.

1.2 Verdadero o falso: a) F = 0 es suficiente para que exista el equilibrio esttico,b) F = 0 es necesario para que exista el equilibrio esttico, c) en equilibrio esttico, elmomento resultante respecto a cualquier punto es nulo, d) para que un objeto est enequilibrio esttico es necesario que sobre l no acte ninguna fuerza.

1.3 Dar varios ejemplos de un cuerpo que no est en equilibrio an cuando la resultantede todas las fuerzas que actan sobre l sea cero.

1.4 Identificar todos los pares accin-reaccin en lossiguientes sistemas: (a) un libro sobre la mano, (b) un cuerpoque cuelga del techo suspendido por un muelle, (c) tresesferas que descansan dentro de un recipiente, como semuestra en la figura de la derecha.

1.5 Al intentar quebrar un lpiz, la fuerza se aplicaintuitivamente en sus dos extremos y en su parte central. Por qu?

1.6 Explicar cmo se puede usar una balanza de resorte para pesar objetos cuyo pesosea mucho mayor que la mxima graduacin de la balanza.

1.7 Un cuadro est colgado de la pared mediante dos alambres fijos en sus esquinas.Qu orientaciones deben tener dichos alambres para que su tensin sea mnima?

2. EJERCICIOS

2.1 Un subibaja de 4m de longitud pivota en su centro. Un nio de 28 kg se sienta en unode sus extremos. Dnde debe sentarse un nio de 40 kg para equilibrar el subibaja?Determine entonces la posicin del centro de gravedad del sistema.

2.2 Un automvil descansa el 58% de su peso sobre sus ruedas delanteras, cuando elconductor (80 kg) y su esposa (60 kg) estn sentados en la parte delantera. La distanciaentre las ruedas es de 2 m. Cuando la suegra del hombre se sienta en el asiento trasero,en las ruedas delanteras descansa slo el 30% del peso total. Es posible determinarcunto pesa la suegra? Si falta algn dato estmelo sobre bases razonables y realice elclculo.

2.3 Un cuerpo de 3 kg descansa sobre un plano inclinado. Lentamente se incrementa elngulo de inclinacin, hasta que el cuerpo comienza a deslizar cuando = 30.Determine el coeficiente de rozamiento esttico a partir del valor medido de .

2.4 La distancia entre la mano y la articulacin del codo de una persona es de 54 cm. El

2msculo bceps se une al brazo en un punto situado a unos 5 cm del codo. Si dichapersona est sosteniendo en su mano una masa de 18 kg, de tal manera que el antebrazose encuentra vertical y el brazo horizontal, qu fuerza est haciendo el bceps? Calculetambin el momento ejercido por dicho msculo.

3. PROBLEMAS

3.1 Determinar las tensiones sobre las cuerdas AC y BC si m pesa 40 lb (ver figurasiguiente).

m 60

60

m

30 30A BC

A

B

C

3.2 Tres cuerdas, situadas en un plano vertical, estn fijas por un extremo a puntosdiferentes sobre el techo. Los otros extremos estn unidos en el nudo A, de donde cuelgaun peso P. Los ngulos formados por las cuerdas con la horizontal son, 35, 100 y 160,respectivamente. Las tensiones en las primeras dos cuerdas son de 100 kg y 75 kg ,Calcular la tensin en la tercera cuerda y el peso P.

3.3 Un cuerpo se mantiene en posicin mediante un cable alo largo de un plano inclinado pulido. (a) Si = 60 y m = 50kg, determinar la tensin del cable y la fuerza normal ejercidapor el plano inclinado; (b) Determinar la tensin en funcin de y de m y comprobar el resultado para = 0 y = 90.

3.4 Un coche est estancado en terreno blando. El conductor est solo pero dispone deuna cuerda larga y fuerte. El conductor, que ha estudiado fsica, ata la cuerda tensa a unrbol y tira de ella lateralmente como indica la figura. a) Determinar la fuerza ejercida por

la cuerda sobre el coche cuando el ngulo es 3 y se tira con una fuerza de 100 N,pero el coche no se mueve. b) Quresistencia debera tener la cuerda si setirase con una fuerza de 150 N bajo unngulo de 3 para mover el coche?

3.5 Un resorte vertical, cuya constante de fuerza vale 400 N/m est unido a un bloque de10 kg que descansa sobre una mesa horizontal de modo que el resorte ejerce una fuerzahacia arriba sobre el bloque. El resorte se alarga 10 cm. (a) Qu fuerza ejerce el resortesobre el bloque? (b) Qu fuerza ejerce la superficie sobre el bloque?

3.6 Suponga el problema de una escalera de 5 m de longitud y 60 N de peso apoyadaen equilibrio esttico contra una pared, de tal manera que su punto de contacto con elpiso est a 3 m de la pared. Suponga que no existe rozamiento entre la escalera y lapared. Es necesario que haya rozamiento entre la escalera y el piso? En caso afirmativodetermine el valor de dicha fuerza.

m

33.7 Un objeto de 10 kg est sometido a las fuerzas 1Fy 2F como indica la figura. Una tercera fuerza 3F seaplica de modo que el objeto est en equilibrio esttico.Determinar 3F .

3.8 Un anuncio de masa m = 20 kg cuelga del extremo de una barrahorizontal de longitud 2 m y masa despreciable. Un cable sujeta elextremo de la barra a un punto de la pared que est 1 m por encimade la punto O. Determinar la tensin del cable y la fuerza ejercida porla pared en punto O. Resuelva el mismo problema ahora suponiendoque la barra tiene una masa de 4 kg.

3.9 Un velero pequeo posee un mstil de 120 kg y 4.88 m de altura situado a 4.88 m dela popa y a 2.74 m de la proa. Dos cables unen el extremo del mstil con la proa y lapopa. La tensin que soporta el cable de popa es de 1000 N. Determinar la tensin delotro cable y la fuerza que la cubierta ejerce sobre el mstil. Existe alguna tendencia deque mstil se deslice hacia proa o popa? Si fuera as, de qu lado habra que "trabar" elmstil mediante un bloque para evitar su movimiento?

3.10 Una viga de 10 m y 300 kg descansa sobre un balcn de tal manera que slo unaparte descansa sobre el mismo. Un estudiante arriesgado de 60 kg camina desde unextremo a otro de la viga. Cul es la mxima distancia que puede asomar de la viga sinque el estudiante se precipite?

3.11 Un hombre robusto sostiene un extremo de una barra de 3 m y 5 kg mantenindolaen posicin horizontal. a) Qu fuerza total ejerce el hombre sobre la barra? b) Qumomento total ejerce el hombre sobre la barra? c) Si al esfuerzo realizado por el hombrelo sustituimos por dos fuerzas que actan en sentidos opuestos, separados por la anchurade la mano del hombre, que es de 10 cm, cules son las magnitudes y direcciones delas dos fuerzas?

3.12 Una fuerza F se aplica sobre un cilindro de masa M yradio R que se encuentra apoyado contra un escaln, comose muestra en la figura. a) Cul es la fuerza normal ejercidapor el suelo sobre el cilindro? b) Cul es la fuerza horizontalejercida por el borde del escaln sobre el cilindro? Cul esla fuerza vertical? c) Cul es la fuerza horizontal F mnimapara que suba el escaln sin deslizar sobre el borde?

3.13 Un bloque grande y rectangular de base a y altura 3a descansa sobre un planoinclinado. Si el coeficiente de rozamiento esttico es e = 0.4, el bloque deslizar ovolcar al incrementar lentamente la inclinacin del plano?

3.14 Suponga una puerta rectangular, fija a la pared mediante dos bisagras. Exprese lafuerza ejercida por la pared sobre cada bisagra en funcin de la masa y las dimensionesde la puerta. Qu consideracin es necesario realizar para solucionar el problema?

3.15 Determine el valor y direccin de las fuerzas involucradas en el problema (1.4.c).

F1=20 N

F2=30 N

3010 kg

mO

R h

F