SlideShare una empresa de Scribd logo
1 de 41
Descargar para leer sin conexión
- 179-
LA C ON9ERVA C ION
PR OBL E MAS CAP I T"LO l .
1. Demuestre que para l a misma velocidad i nici",l 't. 10:1
velocidad v de un proyecti l será 1" r-i sm" en todos l os
puntos a la mjsma elevación , cual qui era que sea el ~ n
gulo de proyecci6n.
Soluci6n:
Por el principio de la conser vaci6 n de la e r1t:rgia me-
cánica en ~os dimensiones tenemos:
y
1 2 1 , mgho =
~ v,- mv • ,mv •0, 0y v P
y -'1- -_
1 2 1 2 ' . .
• • mSh• ,mv ,mv ,, y ,
[n este caso h
°
• O. l uego : , ,
1 , 2 1 mC v
2 v 2)
C"~ m(v • v • , • • mgh
0, o , yy
pero:
2
• 2
• v
2 , • 2 2v v y v v • v
o, 0y o , y
Reemplazando estos valores en la ecuación (2) o~ten~
mos :
1 2 1 mv2
1 mvo = 2 + rngh
De donde o btenemos;
2 ,
v = 'lo - 2gh
{expresi6n que es independiente del ángulo de incl i -
nac ión de l proyeCtil}.
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 180-
•2 . La D.JCrda de la figur a 1, e s de l¡ pi e s de largo . cuan ~
do se sue l t a la bola s i gue la trayect oria del ar co
punteado . ¿Qué vel oci dad tendrá a l pasar por el pu n-
t o má s bajo de su oscilac ión ?
Sol uci6 n:
Por el pr i ncipi o de la con
s ervac i ón de la energ i a me
cánica [ t e ndremos :
v - O
-f . -q>--.L..T
-
h I
_L .
,,
, ,'2 mV
2
~ mgh
2
. .. (})
Tomando lo, ejes coordenados x-y como
la figura. obt e nemos:
h, " L, VI ~ O Y h, ~
O
Reemplazando valores en <l) tendremos:
v = / 2 x 32 x l¡; 16 pies/seg.,
Re s puesta : ! v
2
= 16 pie s/ se g .[
..mues tra en
3 . El clavo de la r ig . 8-10 está localizado a una di s -
ta nc i a d a bajo del punt o de apoyo . Demostrar que d
debe ser por lo menos de e . 51 pa r a que l a bola pue -
da. dar una vuelta completa en un c irculo con cent r o
e n el clavo .
soluci6n:
Apl jcando e l Teor ema de la conser va c i6n de la pner -
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-181-
g!~ entre los ~u n tos
(1) Y (2) indicados
en l~ figura adjun-
ta.
donde: E = energía m~
c.inica t otal.
(1) ....- -
•
ref.
Reemplazando por su equivalencia:
1 2
'r mV
1
Por condici6n del problema:
l J •
(2) d
,·'1·. .. .
:,~ /
, .', -
'al
o O (bola par te del reposo)
h
1
= 2d.l¡ del gráfico.
11
2
= O
v 2 " O
V
2 debe tener dicho valor; por lo menos; para que de
una vuelta pero en nuestro caso no~ dicen que debe
dar una vuelta, entonces el valor Dinimo de v2 ~ erá
un poco mayor al valor que calcularell".os.
[ntonces reemplazando los valores en (a):
O • mg{2d-l) o O • O
mg ( 2d-l) o O
2d-l o O
d
1o .,
con este valor de "d" la bola se quedará quieto en
(2) (figuro>, entonces para que ~e una vuelta.
d )o 1/2
(! )o 0.51
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-181-
Id ' 0 . 61 1m1nimo .
•
S. a) Una barra r ígida liger a de longitud L t i ene una
masa m fija e n su extremo , formando un péndulo si~ -
pie, el cua l se inviel'te y despu~s se suelta. ¿Cuál
e s su velocidad v en el punto m!s bajo y c uál es la
tensi6n T en el soporte en ese instante? b) El mi smo
péndulo se pone de spués en posici6n hor izontal y se
sue lta libremente. ¿Para Qué 'ngulo con la vertical ,
la te nsi6n en el soporte será de igual magnitud que
el peso?
~: m: masa fija en el extremo del péndulo.
L : longitud de la barra .
Solución:
a) Por el principio de la conservación de la ener·g'í.a
mecánica tenemos:
m
T
h .2l
1
, ,

Fig. 1
-- - ¡. __.. -
rL
9,
hZ
L------ X
-,
.,
H g. 2
¡ ¡
mgh
1
1 , rr.gh
2
(l)
)' 11' 1 • ,
~
mV
2 • ,. ' -
Pepo en es t e caso:
v ¡
, O, h ¡
, n; h, , O
,ll'
~" ¡ " ecua c i ón (11 s ~ !'educc
"
>
X
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-183-
La t ensi6n en 1" c uer da en e l p unto i nferior s'!t'á:
T - mg = ma
c
." ( 2 )
T = mg + ma
c
= mg f ~mg = 5mg.
el Aplicando el principio dE' la con servaci6n de l a tJ
nergia tenemo~:
I ,
= 2 mV
2
+ mg h
2
... (1)
En este c a~ o :
v1 = 0 , h
l : Oi h
2 : - Lcos9
~ mv~ = mg Lcos6
hgLcOS6
En el instante en que e l pé r.dulo hace
con la vertical , la ~ fue r za s que obr a
~asa del réncu lo son:
un Sngll l o &
sobr e 1a
T - mgcosO = ma
c
(2 ); donde:
: 2gcos6
T : mgcos6 • 2::-.g;co s 6 : 3mgcos':'
i:1 ángo.llo p;ira el c·ua} i : ::-.g :c;e:"d:
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
Respuesta:
- 184-
a } v2 = 2~; T = 5mg .
b) e :. 7 0.5°
6. Un péndulo s imple de longi~ud 1 , que llev~ suspend¡~
da una masa m, tiene una veloci'dad observada "'0 CU I!l!!.
~o la cuerda forma el Sngulo 8
0
con la vertxcal (O <
eo
< w/2 1, c omo s e ve en la tigura 8-11. En funci6n '
de ~ y de las cantidades que se han dado, detenninar
(a) l a e nergía mecinic a ~o~al del si6~ema, (b) la v~
locidad v
1
de la péndola cuando es~á en su posici6n
más baja ; ( c l el mínimo valor v 2 que podría ~ener V
o
para que la cuerda llegue a alcanzar una posici6n h~
rizon~al durante el movimiento , (dl la velocidad v 3
tal q ue si V
o
> v
3
el péndulo no oscilaría s ino que
~~guir í a moviéndose en un c írculo vertical.
Soluci6n:
" O
m
v
o
al La ene rgía mecáni ca total se
rá :
E:. _,1 mv 2 + mgh ... (1 )
o O
del gráfico:
:. lU _ cose 1 ... (1)
o
~eer.lplazand o (2) en (1):
r. = i mv¿ +mgll1-co::Bo)
Cál cu lo de VI ~n su posición más baja:
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 185-
•
h] :: O
hO :: l ( l -coseo l calc ula do a nteriormente,
r eemplazando v" l ore s :.
v :: .lv2
.. 2.1 111 o
c) Siguiendo pasos si1l'li'l aN':9 a l a s par t e s ( a ) y (b)
se obtiene :
'"
IgIO + 1cose
o
(O,
7 , Un objeto está fijo a un resorte vertical y se ba-
ja lentamente a su posici6n de equilibri o, El resor-
te queda estirado una cantidad d , si el objeto se
tija al mismo resorte vertical, pero se le deja caer
en vez de que baje lentamente. ¿Qué tanto estirará
al resorte?
S9h:ci6n :
[n el pr imer caso la fuerza que est i r ará al resorte
e~ igual a l peso de l objeto suspendido , o sea:
F :: n:g ( 1 ) ; pero : :: kx :: k d ( ley de Ilocke) ,
luego: k :: rIlg/d
I
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- l B6~
En el segundo caso la pérdi da de la energ14 PQten -
cial del objeto e s igual a l a e ner gía potencia l asi
mi lada por el r esor t e , l uego t e ndr emos:
j ,
IIIg'" = r loe • . . (2 )
pero: k = IIlg/d
Reemplazando el va lor de k eS ( 2] obtenemos:
x = 2d
Respuesta: Ix:; 1d I
8. Un bloque de 2.0 kg . se deja caer desde una altura
de O.~O •. sobre un resorte cuya constante de fuerza
vale le = 1~60 nt/m. Encontrar la mixima dcformaci6n
que suf rirá e l resorte al comprimi r se (no se tome en
cuenta el rozami ento).
Soluci6n:
(1)0
í
(O)
•
Teniendo e n c ue nta que la ener-
gía potenc i al de un resor te es:
podemos pl a near la siguiente ~
c uaci6n :
El = Eo
1 ,
.,. mV
1
, 2
+ mgh
1
= ,. mv
o
II1gt'l " 1 "" 2
I o
,o "
/2111g h1
...,-
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-181 ··
reempl a zando valores:
•
; / 2 x ~C' 8,-x,-:O~.24 , 0 . 09 1:1 .
:: 0.09 m.
9. En una monta1l" ruso!! , s i n r ozamient o , un ca r r·i t o de me.
sa 2!!...comienza. en el. punto A con un" ve locidad "0 ' :::c-
mo se muestr a en la rig. 8~ 1 2 . Supó ngase que e l carri
t o se pueda consider ar COIhO una par tícula sin dimen -
siones y que siempre quede en conta cto con la vía . al
¿Cuál será la velocidad del carrito en los ~untos B /
C7 (bl ¿Qué desaceleraci6n constan te se requiere ~ar3
que el carrito se det ~ng a en el punto E
se aplica" en el punto 01 (cl Su~ase
¿Cuánto tardará el c" rrito en llegar al
A
e
h
I D
si lo s f r t' n?S
que v
o
= O.
punt o 8?
,
l' --+- -+-- .-.,¡
Soluci6n:
al Cálculo de la velocidad en H:
1 2
? mv(-¡ .. mghA =
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 188-
reempl azando dic hos valor e s en (l ) :
~ mv¿ + mgh ,. t mv,; + mgh
Si ,npli f icando:
- C&l culo de l a velocidad e n c: V
c
, , ,
1 mVA • mgh
" 1 mv~ • mg (h,
1
Simplificando y reemplazando valores :
1 , • h 1 ,
1
,. g í " 'i'
v
o 'C
ve " Iv' • gh
o
b ) Primero c alculemos la veloc idad en D:
~ mv~ + mgh : ! rnv¿
Simplifi cando;
" Iv'o
+ 2gh .. ,(2 }
Por cond i c i 6n de l problema VE = O (detenid~ )
Ipli ca/ldo la siguiente f6rmula:
v;=v; ! 203e
para n'Jes tro ca so:
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
10.
- 189-
•
2 2
2••Y, • Y. ,
reemplazando va l o res ( punt os D y El
2
vE • v
2
o
. 2.l
V. • ,
2
2.LVD •
• •
2
vD
(31
'fL
(2 1 en (J ):
l·
,v • 2gh
o
• 2L
el Nunca llegara • B.
Un pequeño bloque d. masa m resbala e n un. vía s i n
fricci6n en forma de rizo; al Si parte del reposo en
P. ¿Cuál es la fuerza resul tAnte que obre sobre él
en Q1 b) ¿A qué altura sobre la parte inferior de l
riso debería soltarse el bloque para que la fuerza
que ejerce contra la vía en la parte superior del
rizo sea igual a su peso?
P v1"O
r v =,r ,--
1 -,
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-190-
Soluci6n:
•
AplicAndO el pr incipio de la conser vaci6n de 1.1 e_
nergía tenerlOs:
L.uego :
L~ acelel"aci6n centr1peta es;
a
c
~ V~/R ~ 8gR/R =- 8!
La ~celeraci6n tangencial es:
a t
'" mgh. ~ g
La acelerac i6n resultante ser á:
a =- la? • a
2
=- Q =- g/65e t
La fuer~a resultante en este punto s erá:
f =- ma ,. mg/65
b ) Las fuer ~as que act úan en el bloque en este caso
son :
T • mg ~ ma
c
." ( l i
Pero T =- mg (da t o )
2 _
v
2
- 2gR
Por el pr i nci pi o de la conservaci6n de l a ener -
g!a tenemos :
En este ca so:
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- l!H-
Luego: mgh
1
= j/2 m(2gR}; de donde hj = Rt
La altura desde la cual deberá tit'",rse e l b1 0 -
que s er.§. :
(ver figura. 2).
Respuesta : l al r = mglBS ; bl h = JR
11. La partícula ele masa m ele la Fig. 8- 11t se mueve en
un círculo vertical de radio R dentro de una vra.
No hay rozamiento. Cuando m se encuentra en su POS!
ci6n m~ s baja, lleva una velocidad v . {al ¿CuSl eso
el m!nimo vlllol' vm de va para que m de una vuelta
completa en el c~rcu lo sin despegars e de l a vía?
(bl Sup6ngase que V
o
e s de O.77S v
m
' La partícula
se moverá por la vía hasta un ci~rt:o plinto p. "!n el
cual se despegarS de la v!a y seg uir~ moviéndose s~
gún la trayec t oria marcada en forma aproxi mada por
la linea in terrumpiaa . Encontrar la posici6n .'IUSU -
lar e del punto P.
Sol uci6n:
h '
"
'"
Aplj~ ando el teor ema de
l a conservac i6n de l a !
ner gia entre l os punt os
<ll y ( 11.
[ 1 = ); 2
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 192- •
21 , • ~ghJ.! mv, • ' ,'f mV 2 • mgh? ...
Del g rSfico ;
h, • 'R
h, • O
v, • O ( ve r pro blema II
Reempla zando va lores e n l a )
1
mg{? R) :; '2
,mv
o
:; v = ¡¡¡-gRm
V
m
> /4 g R
v :; ;r;RgR
m1nimo
( al
,
b) Apl i c ando l os mismos criter ios de l a par te ( a ) :
r~, ,
" ,
l .
,
, _ v
• o
.•' ..cm.
E E
O
•p Q
1
mv' • mgh
p • 1 , • mgh
Q
,. p
,mV
Q
hp
, R • R sen6 , R U "sen6) ... ( bl
h
Q
, O
v , v
Q
, 0.77<:. v ( dato)
o m
v , v
p m
Reempla za ndo en (bl
O
1
<en ,
'i
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-193-
•- 1
e :: sen Un)
12. Una parti c ula sin dimensiones , de masa m, comenzando
en repeso , va r esbalando por la superficie de una c~.
fera s61ida sin rozamiento , de radio r. como se mue~
tra en l a rig. 8~lS. Mídanse los ángulos a partir de
l a vert ical y la energía potenc ial a partir del pun-
to má s alto. Encontrar (a} el cambio de energía po-
tencialoo la masa con respecto al ángulo ; (b) La ener-
gía cinética en func i6n del ángulo; (c) l as acelera-
cione s tangencial y radial en funci6n d~l ángulo ;
(d) el ángulo para el cual l a mAsa se despega de la
esfera . (e ) Si hay rozamiento entre la masa y la es-
fera. ¿la masa se despega con un án&ulo mayor o con
un ángulo menor que en el inciso (d)1
Soluci6n:
a) Por conservaci6n de la
bl Ep = EQ
1 ,
2 rnvp + Vp = k + UQ
v = O
P
r = mgrU - cosa ) ... ( 3)
energia:
AU : UP - UQ . .. (1)
Ep " O
EQ : mgh :: mg(r-rcosS):
= mgr(1-cos&)
Reempla~ando en (1):
AU = - mgr(1-cos8)
k = energía c inética
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
el k "' t ,mv
-194-
• .• ( 4 l
I gualando 3 Y I¡
de ( ~);
mgr { l~eo&e ) ~ } mv
2
V
2
* 2gr( 1- eo s 61 ..• ( 51
a •
II ", 1.&E"p - cose l I 2g0 -cos8 1
r
es t o ~s l a ace ler aci6n rad i al ;
a
r
= a = 2 g<1~ cos e )
•
C&lculo de la ace ler a c ión tang e ncia l ~:
Del gr.if i co :
,
g
13. Un r e s orte i deal s in masa S se puede comprimir 1. U
m. mediante una f ue rza de 100 nt. Ese mismo reso r te
se c oloca en l a parte i nferior de un pla no inc l i~a~
do qu e f o rma un áng ul o e a 30° con r e specto a la
horizontal <vé a se la r ig . 8~l 6 } . Una masa M
kg . s e s ue l ta a parti r de l reposo e n la pa r te su pe .
rior del plano inc l i nado y queda e n reposo mome nt S.
neamente despu~ s de compr imir el r e s ort e 2.0 m. ( a l
¿Qu~ ~ i stanc ia resba 16 l a mal a a n t es de quedar en
reposo? (b l ¿Cu&l e s l a velocidad de l a masa cuando
es t~ a punt o de hace r cont ac t o con e l resorte?
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
Sol uci6n : •
Sa e mo~ que pa r a u n r esort e s e c umpl e :
r :: 10:
, [ ' 00 l on N~ ~
-,- ~
x m
,M ~ 1 0 kg.
•~
' O'
al Ini c ialmente comprime x ~
'm (elAtO)
,o.plicando l. conservdci 6n d, la e nergS:a de bajdcla
U.,.:Zl .
/ T ", , ",
d
"
1 , mghj
, , t 1 kx 2
d'
1 ;nv1 • ~ 1 mv,
1
1
U)
", ~
"
~
d,en' }
(2)
., 1 ~
v, ~ O
.. )«,)(2:: 100(10) 20
hj = 1 rng n1010.Sl:: 9."U" .•. (3)
Reempl a.~ando tJ) en (2);
el. 20 ::
~ 9.B.sen3Qo 4 .0a m.
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
b )
-196-
h, • (d ~21s e n JOo
h, • ('+ . OS.. ' l s e n 30o
" • 2 . 08 5€< 0 30· ..
.. ( 4 ).
T Por conservación
d. 14 e nergí a. :
rA • r.
, , mgh,a.;- mV
A • •
j
1 , • mgl'lS• 'i mv •
v, • O
hA • O
reemplazando estos valores en la ecuaci6n ante
J:'10r:
" h g O.OS>Sen300
"l¡.~1 m~
14. Ua r.ue rpo que se mueve en el eje de l55 x est§. sorne
t ido a una fuerza que lo repele del origen , dada
por f " kx. a) Encue ntre la funci6n de energía
potencial U( x) para el movimiento y escriba l a condl
c ión de conservación de energía. b) Lscr iba el movi
miento del sistema y demuestre que es la clase de
movimiento que podría esperarse cerca de un punto
de equilibri o i nestable.
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 197-
u •
y
o x
x
- X
. , ,
'POOF • kx , <Ix
• • X ,
ric;. 1
Fiq. 2
Soluci 6 n :
al Sa bemos que: U(x ) - U(x
o
) :;rx~r(X)dX . .. (l )
donde X
o
: O y F(x) : kx
bl De la gráfica obse rv~os que e n x :; O, la ener-
gía potencial es máxima y l a pe ndiente de la
curva es cero , luego r :; - dU/dx : O.
Una particula en reposo en ese punto permanece-
rá en reposo.
• - r
Sin embargo si la partícula se mueve de este pu~
to , aunque sea una distancia muy peque~a, la
fuerza r :; - dV/dx , t~nder~ a alejarle más de la
posici6n de equilibrio (f :; O). rs decir que ese
punto de equilibrio es inestable.
15. Si ld fuerza entre una partícula de masa m
1
y '.ma
de masa rn
2
está dada por:
rn1rn 2
r:; k -r
x
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 198-
siendo k una con3'tante positiva y la diet"ancia x es
la que existe entre la. partlcula.; encontra r: al
La funci6n de energ1a potencial y bl El 'trabajo ne~
cesario para la separación de las masas de x = xl
a x = xl + d.
Soluci6n;
al La función de energla pot encial será;
U = u(x) - U(x
o
) " - W " - rx f<'x) •• , (1)
o
en este caso r • (km
l
rn
2)/x2
,
U(x
o
) r 2 lon
l la
2 P/xJXU (x) - , - (km
1
rn
2
dx)/x ,
X
o
X
o
U(-x) " U(x
o
) • km1
m
2
bl El trabajo será:
w = Jf(x)dx
Respuesta:
[l/x - l/xJ
)::mll:12d
xl ( Xl +a l
r--c--- -----,a) U{x)=U(x
o
) + Km1
rn
2
(1/ x- 1/x
o
)
b l W = ( km
1rn2dl / "1 (Xl + d)
16. La fuerza de a'tracci6n entre e l núcleo pos i t ivamen-
te cargado y el electr 6n negat ivament e car gado en
el ~tomo de hidr6geno , está dada por r " _ k e 2/r2;
siendo ~ la carga d.el electr6;!, k
y.!: la separaci6n entre el electron
una constante .
y e:l núcleo. Su
p6ngase que el núcleo está fijo , el electrón que i -
nicialmente Se está moviendo en un círculo de radio
R1 alrededor del núcJ.eo salta de repente a una 6rbi ta
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-199-
circular de radio má s pequeno R
2
, a} Cal c fi les e el
c~~io de energía cinét ica del e l ectr6n, usando la
segunda ley de Newton. b} Aplicando la relaci6n en-
tre la fuerza y la t!nergía potencial , calcGlese la
disminuci6n de energla potencial del ~tomo. c} Cal-
cule qué tanto disminuye la
durante este proceso, (Esta
forma de radi4ci6n).
energía total del átomo
energia es emitida en
SoluciÓn:
a) El cambio de energía
cinética será:
6k = 1/2mv~-1/2mv~
... (1)
Apli~ando la segunda
ley de Newton tene -
mos:
La e cuaci6r. (2) se conviert e en:
1/2 rR = 1/2 mv2
pero: r = ke2/R2
Luego; 1/2 mv2 = _ 1/2 ke 2 /R
,
Para R R
1
; 1/2
2
lIH ke
2
/R
1
), mv! ,
R , , .
"2' 112 :nv~ , 112 (ke 2/ R
2
)
,
Reer.:.pla::ar,do es t os valor es e n (1) t endr emos!
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 200-
•b) La disrninuci6n de la ener gía pot encial es:
6U =
lIU = -
= _j ~( _ke2dR)fR2
",
= - ke 2 (1/R
2
- 1 /R
1
)
c ) La disminuci6n de la energla total del átomo se-
rá igual a l a disminuci 6n de e ne r gla cinética ,
es deci r i gua l 4:
1 /2 Cke 2 ) (1 /R
2
- 1/ R
1
)
puesto que es la única energ14 que se manifiesta
en forma exte nsa .
17. La e nergía potencial correspondiente a un c i e rto cam
po de fuerza bi dimensional est á dada por U{x , y) =
1 12k ( x 2 +y 2 ). (a) Oh tene r Fx y F
y
Y rle~c~ihj~ ~, ve~
tor de fuerza en c ada punto en funci6n de sus coor-
denad a s c artes ianas x e y. (b) Obtener Fr y Fa y
de~cribir el vector de fuerza en cada punto en fun-
ci6n de las coord enada s polares r y 9 del pu nto.(c)
¿Pue de uste d pensar en a lgún modelo físico de tal
fuerza?
Soluci6n:
1 2 2
= .,. k{x + y }
al Sabemos: r (rl o i .U j ." k .u
'x
- ay ,,-
donde: Fx o
.U
'"
F o
.U
y ay
r o
.u, E
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-?O l -
tULx ) ~ ;0:
rx kx
fj = 1-1<.( 7y) ~ io:y
F ~ ky
Y
bi Cf'mo re ,~puntCll s i ~mpre raoia lf:lentc:
[(1') = k!'"
f(€,) = O
donde : r = Xl .jo yj
i6 . fl l lamado potencial de Yukawa
r O -1'11'
- U e o
r o
•
oa una descripci6n suficientemente exacta de la in-
t.erélcción entl"'e nucl eones (esto es I neutr ones y pr'2.
t ones. los constit uyentes de l núc l e o) . La constan t e
ro "ale aprOl:imadamente J.5 y. 10-
15
:n y l a cons t an-
te U
o
es apr oximadamente de !JO Me'.". ( al Encontr ar
l a expr esi6n cor l"'espo ndient e pa r a }-'I f uerza de a
t r a~c i ó n . ( b ) Para poner de ma nifie~to el cor t o a1-
CdJce de es ta f ue l'zB, cal cul a r 1;). l·e lación de 101
f uer za par a r
r'Jer :;:: a p=a r
Jio l ución:
él ) r =
~
~
2r
r
o
,.D
o '
4ro y 101'0 <..01, I"'l!s pecto a la
= 5U Hev .
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
19 .
-202-
•
der i vando:
~
-r/r r
-r/r Jr • o- v • o , Vol! oo r
r
- r /r
[;0 ~Jr • --"r vo' o
b) Rcempl ~ ...~ndo va l.ores en l. e ll pr esi6n ant:e r i ol' h~
lIada. o bt endremos para :
r • l r •o r • 1.4 , 10- 1
r • 4ro • r • 1. B , 10- 3
r • lOr •o
r • 6.6 x 10- 6
lna part 1c uh o ( e l nC.cleo de un átomo d. he lio) en
u n n("ü eo grand" , e s tá li g ..da p Dr un potencial co-
mo e l Que .e muestra en la rig. a) Constrúyase una
runc i6n de x Que tenga esta f orma general , con un
valor m.ínimo Uo para x = O Y un valor máximo para x
= Xl Y x = - Xl' b) Dete~ir.ar la fuer~a entre l a
partleula a y el núcleo en funci6n de x. c) Descr iba
l os mo vim i entos posibles.
u(x)
,
_~'
e
d) Di c ha curva se o btiene multiplicando las ecuacio
n~s:
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-203-
, ,-.,e
•
en donde A y e se determinaran, de tal manera que
cur.tplan lds (':ondiciones impue s tas,
La ecuaci6n s era: ,Cle-ax
b ) ,. , dUJdx ,
, e
-.,, (_2AxJ(l - 2axe • 2Axa)
el Entre - "~y • " l . partícu l a oscila
para x > xl y x < Xl cae de la cr esta,
En U
o
el equi l ibrio es estable ( X :: O)
En Ul( - xl l y U1(x1 ) e l equilibrio es inestable,
21, Se encuentra que un cierto resorte e special no s~
gue la ley de Hooke , La fuerza, (en nemons) que e-
j erce c uando el resorte sufre una deformación x (en
metros) resulta tener una magnitud de 52,8x + 38.Qx 2
en sentido opuesto a la deformación. (a) Calcular
el trabajo total que se requiere para estirar e l re
sorte desde .x = O. se hasta x :: 1.00 1lI. (b) Es t ando
fijo uno de los extremos del resorte , se sujeta en
el otro extre~o , cuando el r esor te ha sufrido una
~eformaci6n x = 1,00 m" una partícula de masa 2.17
kg. si en estas condici ones se suelta la partícul a
a partir del ~unto de r eposo, calcular s u velocidad
en el instante en que el re sorte ha regresado a la
configuraci6n en la cua l la deformaci6n es x :: 0. 50
m. (c) La fue r za que ejerce el r esorte, ¿es conser -
vativa o no conser vativa ? Explicar por qué .
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 204-
$')lu.::::i6n: r:< ~1. 8x .. 32.4 x2
t} tI tl"al.ajo está ......'l.do por:
W :< f Y(x )ox '" r: rOl<
, o
w r'(<'1.8'X+37.4X
2
}(.X "
0.5
W ( h2 . 8 . 32. 11,
" 2 -,-'
., " 31 Joul es .
52.8
-,
•
1,) Siguiendo e l Dlaimo pl'Oc edilnient o que e l problema
1 3 o bt e nemos:
11 " 5 .33 mI:'!.
e ) Es conservativo , porque e l trabaj o que r ealiza
dUr'~nte u n c ic l o comp l l!! t o (dI! ida y v u e lta) e l!:
ce ~.
l' Mue s t r e que cuando ha y fr ioci 6n en un si ~t em4, que
s i no fue r a por e llC'. s e r1 a cc:ns.:'tvativo . l a rapi de z
(',m que se d i si. pa la e ne r gSa me c An i c a es i g ua l a l a
fu .. r za de I'r icoi 6n mul ti plicada por l a velocidad en
"'!:f' i ns t ante , o expre sado mate.:nat i camente :
d / dt ( k .. U) " - fv
:a1uc i 6n:
~ahemos que l a fri cci6n es una f ue r za di s ipadora
tr.o conser vat iva) , tTl e ste c a s o ;
pe r o:
Wf no cons e rvo = -t ~e
t¡,( K · ti) :: - f c. c
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
··2 0 ;
Dividi endo e ntre lit.
tr. ( k t Ul { f Ae }
.10(('" I ~ constant¡:~
-----.t •dt
6(k • U )
••1uego; ~
.t dt
En el lÍmite cuando
" t 1 e n .1.. , cero , tendrer.los:
c!( k + U¡
dt
dc
l' (ft : - fv
d
di'
{k+ ll-··fv
23. Un cuerpo :::le masa m (omie:lza a moverse a partir de
reposo, bajando un plano jnclinado de longitud L
que forma un Sngulo e con la horizontal. al T6rr.c::;.
como coeficiente de fri cci6n ~ y encuentre la velo·
cidad del cuerpo en el punto más baj o del plano . b
¿Qué distancia ..d.. recorrer! resbalando horizon t alme!
te en una superfic ie igual, después de llegar a
punto más bajo del plano inclinado? Resuelva el p~
blema utilizando los métodos de la enet'gia y resue:
valo también usando directamente las leves de ¡le,", .
ton .
Dat os;
U
k
= coeficient e de
f r l cc i6n c iné-
t l ca .
L ~ l ong i t ud de l
plar.o i nclinado
" ángu lo del p1<1.-
no incl i nado .
ü¡
v ~ O ( '/~locida d i.nicial)
o
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-206 -
Soluci6n: •
a) Aplicando el principio de la conser vcci6n de la
energía, cuando obr~n fuerzas no conservativas
(fricción) tendremos:
w, • fL • O<1- Ko 1 • (U, Vo
)
, , , , + mgh
1
mgh
o• f m., 2 m. -o
pero:
• • O. h, • O. h • Lsen8 ; , • uk
rngcos8 -o e
u)c:mgcosSL
, , mgLsenO• ~
m.,
de donde:
b) En el plano horizontal te ndremos:
pero: ., • O. h, • h, • O; f • I.l)cmg
- fd •
,-;
,m., " . (3)
Reemplazando los valores de f y de v
1
obtenemos:
Método dé las leyes de t!eW1:on :
a) I fx = ma,
• O
rngsen S
-mgcosS .. N : O • . • (2)
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 20 J-
f k = U
k
N -.--- --- - -- - - - (3 )
de las ecui!l ci ones O) , (2) 'j (3) obtenemos:
al = g(sen a - u
k
cos al
~a velocidad vI se ~á :
2 ,
•
vI = V
o + 2al~ ----- --- - ( I¡ ) , pero v = O de donde:
o
v 1 ~ = 12g!.( sen a - U
k
e-osa
b) En el plano hor i ~ontal tenemos:
, f o
•• f o .a, ,,¡, ,
, f O
"Y
o 'g o O (1 )
f, o
"," ----( 3 )
De la s ecuaciones ( 1 ) , (2) , (3) obtenemos:
" ",
La di s tan cia d reco~rida po r el cu erpo s e rá:
pe ro v 2
Luego: ,
Respu e s ta:
,
"
O
•
,
,
0 _ _' _
",
al
o
"
. - ( ,, )
2gL(sen , - "k 00'
" !.( sen8-u kcos9)
2u
k
g " k
o 11g L(sen O u
k
cos O)
b) d = L( sen a - u
k
cos 8 1 /u
k
14. Una partícula d e sli~a por una via que t i e ne s u s e x t remo s
levantados y una par t e c ent ra l p l a na , co mo se mue st r a e n
la fi g . 8-1<) . La pa r t e plana t ie ne un a l o ng i t ud 1 ~ ) . ú
m. Las porc i o nes curvas de la v i a no tj ene n roz a mi en t o .
P3ra la pa r t e pldlld el coeficien t e de r o~ ami ento ci ~~t i co
"k
() . :?o . La particul a se su e lt a e n un pu n t o A 1U.,
se e~cuentr~ a una altura h = 1.0 m sob r e l a p a ~ t e pl a na
rep oso?
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-208-
-lA-
J___';!!'_ :<a..-._~,.--_~B d
r---
L --- ---<o/
Aplj~~~"do la e~ua~i6" de la ~o"~ ervación de la energia en
tr. los puntos A-B.
2
,
."
EA ~ EB
mghA
, ,: "2 IIIv B • IIIghD
S ¡mplifjcanJo y reemplazan d o
datos
o ,
, ,] mv ~ ~ e / k mgd
rtc~p l~ zJ nd o e l v alo r de vB
7 2&11 = ell<t~ d
,.
o. :!
s.
La partlcula hac e Un recorr i do de i d a y vue l ta qu~ d andos~
P~. el medio Je la polI t e plJna.
:,',,) uro le~<H·te hori.:.on
r 1 i ,.. __ I.J  . U 1:10
__ vo.. z v-O
'nd·,;¡l,rmrTTTT!fT7TTrrrnrrrr
Fi Q. 1
, ,
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 209-
•íent~ ' ¡lIétic o ~ rlt re el bl :lG'"" "! l ., ~""P"l ti,' ~ ~')rj;:ollt ,il
.e ~ d~ O )~. LCuSI erd Id velor J~d ocl bl ')-J~· en el ins
t~~tE ~ul cn~~ue?
1, o,
, " ",-, 1
, "
" .Ur
----- ~ l)
", " O ; , )
O
" U ,e
' r rk"
1 , , , k ,
,,0 ' o '' • ;, o
I' e l'o : f, " 'k"
, uklng • " O , " O
o
1
h
, 1 ;
LuegQ : ., ro . ", O
" j'2 ( Uk OS "
d. donde: •o rn
,., )
"J' (o,
• 1 . '2rn is eg
v o ~ 1 . '2 mIse..,
..... el c "t:le d e u n elev.:aoof' de P ~.J C 1,: ,jl"]" ji,; . ~-::"'''!E.
vienta cuando el elevador se
pT' irocr piso , d" IIl d n" ,'i! que
su fondo estaba a una a l tu
f'd d " 3.66 m s o bre un re-
sort" amortí ¡ ua dcr cuya
co nstante de r e:;o l t e e s
1', é 000 at/m . lb sis-
,1, l , 1 .,.~.
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
mo~¡mie"tc del ~Jcv d dor se opon~ ~~~ fu~rza ~e ro~am¡e~tc
co nSl antd de ~ " ~O nt. (a) [ncon t -J r la velocidad del ele-
~dd" r en e l momento en que va a :'I'(. J.r c alara el resol'te.
lb) tn eo ntrar la 4istancia que ~c Jd for mará el rc ~o rte.
(e) ¡:alcular la distancia que "rabot ar á" el elevador ha
~ja arriba en el pozo . (d) Apli~ando el pr incipio de l a
co n .er vaci6 n de la energla, cneolltra r la distancia total
que se mover~ e l elev a dor antes d~ quedar' en repos o .
Solud6n :
al Aplicando el te o r ema de la energia:
o,d
1
Z mv,¡
fd
1
,
1
m(mg - f.ld=
¡'eemplazando ~alores: o •
, d
,
"
w
g
'2 " 9 .8
17 000
(17 , 800 - 'I'. SO) " :'1.66
b) r klt
r
)t : k • 17800 - '''.50
1'<6000
27. Un cuerpo de 17.8 nr es empujad o ha c i a a rr ib a sobr e un p l!
no sin rozamiento. inclinado 30° y de 3.05 m de l on gitu d
mediante una fuerza horizontal r. (al Si la v el ocidad qu e
t e nia en el extremo inferior del plano era de 0.61 m/seg y
en el e"tremo superior alc a nzó 3.05 ~/,eg. ¿q u ~ can tid ad
de trabajo hizo la fuerza f? (b) Supónga se que el plano
tiene cierto rozamiento y que
r! esta misma fuerza?
el plano?
'" : !jO lb e -. 30"
~k : 0.15. ¿Qué trabajo ha·
dónde subirá el cue r po sob r e
L • 10 pies ~ 0.15
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
Soluci6n :
Las en~rg i 3$ ir.i c ial y
f i nal s .. r~n'
¡; ~ 1 /2 r,¡v
2
o ,
¡
2 IIIv 1 t
1 I ¡
¡
", f III¡;Ls <! n
- 21t-
el irI C I· ~ m .,nt o d, en~rgi~
e ::; Igua 1 .1 trabajo re .. l izado Jl" r
, 1 ;.
m¡t.sen 9, < , - <
•• ,
1 o ¡ 1
1
" )( 10) 2, <
¡ 31
,
"' • '" • O. ,
160 pie I lb
b) Cu~ndo h.y fri cci6n t endre"'os:
, , mgh 1 ) , 1 , lagh),- •• • - m. ,1 , o
,
do nde: eL .. " trabajo h~c h o p o .
h : O
o
, ,
'., 
,
_. 1 " ,,: . ,
, re•• ,
o
1 , "' ) ( :. )
- I 3:
< re - te
u • fue r z a .
Re e ~pla z an d o valo r es en (2 ) t e nem o s :
V : FL : 260 t 0 . 1 5 = ~o x cos 30° x
: 260 t 51 . 96 t 311.9 pie - lb
La eneri la ciné tica en el p ~ n to mA s alto es :
(.. ) w 2 26 0 pi e l b
(b) v a 311.9& pie-lb
- • • (1 )
,»
28. rn un .. _esa sin roloa_ iento se coloca una cadena de ta l tur
lila que la qui n t a parte de su longitud e $ t ~ co l&a n d o po r el
bo rd e de la mesa . Si la cadena tiene una longitud 1 y n n..
m ~ 9a 111, ¿qu~ c ant idad de tr .. bajo habra q Ut ha cer parl su -
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-2 1 2~
~ .
l un~i t ud d e l a c a a ~ na
H' m.Js .l d e 1 .. c,~ de n a.
H.~ ,,"'ll:o:; el (! :i d
•. ,",U"" el e1 ""1'
1¡~" " d~ 1..., pa r·t e j ,
i3 ~ ,'" n~ '¡', e c u e l &a.
~, . .• p li ca ! u ~ a fuer ~ ... .
r ( r.-. & x)/1. ~--- ---- ( 1 )
JU:1:!,· "' g/ L e s ,,1 PC ¡;';:' ;:'0 1' " " id a ": de l or.!; i tOl~ .
'-.¡ t ,·"h d jo :>e l'¿; :
L/ S
,r n f, xd>.
o '
[
, ] LI SmO x
L 2 )
•
,
r~ F~ c 4 1~ •• m e ~l~ i c a v a d e un p i so a ~ t rO 4UO es tá a 7 . 62
el ,1': i 1; ., . !. d es c a l el' il ti e ne 1 2.7 In <.1 .. l a r g o y s e mu e v e e n
. ! le cc i 6 n de 5U l o ngi t ud co n un a v e l oc idad de 0 . 6 1 m/ se r.
'Q u ~ pctel'c i d d ebe t ~ I .~r ~ u mo t o r p ar a t r a n s po rt ar un
,~ , , ~ ~ d~ 1 00 ~~ r son a s ~Ol' minu t o, cd da una C C~ ~n 3 ma s a me
1 ¡ .) d I' 71 . '~ ~,,,., ( tI u,¡ h omb r e de 7 1 2 "t c~m i na por l ~ e &ca
J pl' j ~ l ~ ~ uh e e n 10 ~eg . ¿Qué c anti d ad d ~ t raba jo h a c e so
,,¡ 1loto r ? (c) S i ~ ¡ ¡, omb r~ a la mi¡ a d de l a es c a l e
. •' n' 8 , 'eSilld v c am ¡ u,ll"<1 hac iJ aL iI ) o d f.i n d e co nseI'V<1I' S~
, 1 I"ic;mo ni">! l " n el <! :;paci() , ¿ h a !' í ~ el mo t Ol' t l'il bajo s o b re
,~. ,
¡q 'l ~ pote nc.ic le a pli c a r i ~ j.a rj ~ G tc f i n ?
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-211-
(1I) (01110 ti! ··C!""~ ¡¡Iitd de la
esc lll~r it CL ~~Ils t ante,
t- ién 1<.; e:l:
,
se rá:
~
Ir.gh
,
, ,,
:'!Ju , OvO
~
,.pie-lhb , ~.,G.6r,b
'"
,
~cu&ci6n en la ~u41. ~ h e:; la '1eloc': !.¡d :, n i""'" '/
., P >;;).1 " eloeid...¿ ::e l a c :;c ... !e.·"
De dicha e c uaci ón cb t~nemos: '1h ~ : p i e siseg
El espacio que I·e c orre él ?Or ~ u s p r op ¡ o~ medi o~ en les 10
seg es "h t .• 2 x 10 : 10 pie s = e/2.
El trabajo que r eal iza serA:
W = mgh/J - 2 , 000 pie/lib.
(e) 110, porque el hOMbre p" r m"nec" en .. 1 "islII ") pU h tC' (e.." I -
sidere la definición de trabajo).
La pote ncia ~u e r"lJ i~ a ~ implemente s ir'" pnra co ntr a r r eS-
tar el trabajo q ~ f" I ·e a li z~ e l hombre
r.sta potencia se r d:
d ':l b¡, j ,u ' .
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
JO.
Flp t a'
- 214-
l a' P : 6666 . 66 p ie - I b/ se g
(b ) W " 2 . 000 p i e- l b
(el Ho . 1 : 320 p ie - l b /s e g .
(d 1 It o
•
,Oe mos trar que me t iene dime n s ion es d e en ergla.
So l uc i ón :
,De.~s tr ar emos q ue ae t ie ne dim ens i ones de energla
(1)
dond e: m " aa sa e n kg.
e v e locida d de l a l u ~ e n mIs
re'llllpla za nd o .n (t ) :
Ade...ss:
(. ) .n
Jo ule:
,
E k g •---, ----- ---- - (2)
•
, He v ton
• o ,g .,.(2 ) ,
"
,
•E o -,.-,
a /s S
E: " N.a " J o ule
Uni d ad de e ne r g la.
-- - ----- (a)
) 1. Un elec t rÓn (lI a s a e n r e poso 'Ll " 10-
31
kg l s e !ll u ev e co n
una ve locidad de 0 . 99 c. (a) ¿Cuál e s su e ne r g í a to t a l ?
lb ) E: ncont r ar la relación de l a e ne r gl a c i nét i c a n e wt o ni a -
na co n ' res pec t o a l a e nerg la c i né t i c a r e l at i vis t a en es te
ca s o .
So lu c ión :
v '" 0.99 c
•o
'" 9.1 x 10-
3 1
kg .
Por el pr inc i p io de la c o nse rv ac i ó n de .., e ne r g 'í a tene mo s :
r( a e
2
+ El '" co ns ta nte
o o
(1 )
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-lI S-
donde:
,t moc e~ l~ e" erela tot~}
[ [ e s la en.. rgla total de todas
En e s te caso:
, c '2 ~o(1, , • .., •
1
, lII
o
C
2
[(1 ,').,•
Reemplazand o
: '" C
o
,
va 10'-"5
'"
,') ,
"oJ.
. IJ ,: o n Q(;
(1) te nem 05
, .1'
, • '. 1, , 10- 31 (3 , 1 0 3) 2
• ' . 1 , 10- 31 0 , 1 (
8
)':1 [ 1 .
r ,
Cb )
"
0 .99'2)2 , 1]
• 0.8 1 9 , 10 -13 ". 9 8 , 1 e- 1 3
• 5. 79 • 10
· 13
L. energla ne wtoni3n a es :
K 1/2
, 1/2 '.1 10-
31
(O . 9 'l c ) '• •• • , ,
• ". OS" • 10
- 1"
joules
r . hci6n q", ex .l ste ent r e 1! 113 s se rd :
11 .05" x 1 0-
111
5.79 x 1 0-
13
o.ce
Rpt a: ( a ) [t : 5.79 x 10- ' " joul e s
(b) KIt: o. "e,
joul O! s
32. Cal c ula r cuAl e s la Veloc idad d e un ele c tró n q ~e tiene una
energla ciné t ica de (a) lOO 00 0 ev.
Soluc jón:_
(b) 1 000 000 e v .
Po r la ecu3éión de la energii c inéti c a t enemos?
'1 2 r ., -"2
K: 6mc moc U - (v /el")
Despe ja ndo la velocidad y o bt ~n ~m os :
• •
(t •
,
,., )
o
., ," , ,o
--- •• _ _ • (1 )
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
- 2 16-
(~) P~r~ K : 100 00 0 ev
-11;
1.6 ~ 10 jv ~l e ~
. I -1 " 2
cV(I.&xIO ) I
-31 B 'l -l~
2 x 9. 1)110 ( 3)1 1 0) 1.6)1 1 0., _31 B '1
J.l)1 1 0 (3)1 1 0 )
'J: 0.5'. c
(o) procediendo igualment~ para el ~aso en el que la ener
gid cs'
ot.lencmos;
1 ,000.000 ev
v : 0 . 93 c
-": 1.6 )1 10 joule s
Rpta: (a) v: 0.511 c
(b) v: 0.93 e
3. (d) La mdsa de un cu erpo en reposo es de 0.010 kg. ¿Cu~l
~s s u mas a cua nd o se mueve con un3 v e locidad de 3.0 x 10
7
m/seg con relaci~n al o bservado r ? ¿C ual e s , si la velocj
8
dad es de ~.7 )1 1 0 m/seg? (b) Compa rar las energl as cin!
ticas cl~sica y relativista para estos casos. (e) ¿C61:1o
ser ían la s cosas si el observador , o el apar ato de medi
c16n , e stuvieran mo ntados s obre e l cuerpo?
Oa t os: m
o
: 0.01 kg , v I :
,3 )1 10
" 2 2 .7 x 1 0 m/seg.
So lucion: (a) La s ma s a s se rin .
J,
mo
- (
"
J
•
( b) L., en e r gías c in é ti e .. s c Ui sicos
, 1 1 0 7 ) :.>
'lo - 1 /2 m • - (O . GI ) {;¡
•o 1 2
2 1
( 0 . 0 1)( 2 . 7 10
8
) 2
t;~c - • • •2 o , 2
2 .7 )1 1 0
0 . 0 1 kg
: 0.23 k g
s e r.'i n :
". s • 1 0
17
joul e s
3.6 9~
• 1 0 J I¡
jou l es
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
~ .. )-Jj _ _
- 217 -
~ r.: ("' [1
o
1
,J
" ln j d - -./e « 1, to~ lérminos des¡>u.'; >l, j a ~ i;:'
,
1
,
+ ------ - 1 )
( 0 . 01){3 K 10
7
)2
";¡ e
.'i .! nlv',
jo ule ::;.
'"! o joule !>
C omp~randD l as energias c l~sic ' y relat i vist3 ten emo s :
1 •
3.695 JI 10
1
"
14
11 .7 l< 10
= O. 3
(e) En es t e caso seg ún l a f i s i ca cl ~ s i cd l a en e r gl a ciné ti
c a ser Ia nula, pu e s t o Que v
p
~ O, pe r ~ según l a fts iea
relativista la energl . cinEtica s e r.i:
K = lime
,
3". De acuerdo con el B r i t~ n i ca Ye arbook lo s Es t ado s Un i do s
consumieron 563 x 10
12
vatt-h de energ l a elé c t r ica e n 1956
¿Cuan t o s kilog r amOs de mat e r i a l tendr I an q ue dest r uirs e
por co~pleto para prod ucir e sa energla?
Soluci6n: Como el proceso es reversible pued~ oc u rri r
una materia l i~aci6n de l a masa a p arti r d e l a
energla o viceve r sa.
,=""2,
----- (1)
P J
5631110 ·watt-hxl.6xlO jQulesjwa t t - h =
(3 1( 1 0
6
)2
Rpta: !lIm = 22.S~ ~S.
22.52 kg.
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-218-
]~. S~ lrel que el ~ol obtiene su energIa po~ un pro~eso d~ f!
s i ór, .." el cu.. ':' cuatro átolJlos de hid r ógen o se tl·;¡nsfor..a"
el. "'/1 a to,",,, de helio con e.. isi ó n de energI a en -divel"sas
Si un At o.o de hidr ógeno t iene un a
~~Sd en repol~ de 1. 008 1 unidades de masa a t6~lca (viase
. J [j o 7J Y un !t~IJI O de h.lio posee una ~asa en rep oso de
~ .0039 vni rlad es de mas a atómica , calcular la en e rgta d es -
Frend id~ en c a da pr oceso d. fusión.
~ : ~H ~ 1.0081 , "He ~ ~.00J9
Sol uc1 6n: La lIIaSd to tal da los" AtolDos de H será
.. x 1. 008 1 • " .032"
be .a s ~ q ue se ha trans f ol"mado en energl a será:
11 - .. ni!! - "'He ~ ".032" - ".00393 0.028$ u de ma sa ató-
n. i c a.
-21
.. • O.O]iI ~ u de 111 a t ó..i c a x "¡-O-' ;;6!6-;'i;""O;-"..;k~If;-,
1 u. de 11 at611llce.
La energla despren dida en cada p r oceso de fus ión.
, .
- 2 7 8 '1
[ ~ (0. 0 28$ x 1.66 x 10 )(3 x 10 )
." ~ 26. $ Jot ..v .
36. !XI diodo al vacío a:nsist.e de m Anodo c1l!R1rioo que encierra tri cato
-16-
en c1l!nd:rioo. U"l electrón, Oln r.na. ene%91a potend.al de 4.8 x 10
joJ.les ccrr rel;w::i(:r¡ al ánodo, aale de la ~fid.e del c!tQ:b cx:n una
velocidad inicial cero . ~ase que el electr6n no d10CiI ClOrltra ni.n-
gula rroléc:u.la del aire y que la fuerza 9ravitacicnal es insiqnificante
(a) ¿()Jé crercfla cinética tendrS el eler:t.t"6n cuanio da¡ue a:nua el !
- 31 -
no:Io? lb) 'l'alIardo c::aro 9. 1 x 10 kq la nasa del electr6n. cnc:mua:r
su veloc1~ final. (e) ¿Se justifica usar las rellloCiones c:U.sicas de
energía cinética y de mas". en lu:¡ar de las relativistas?
-16
(a) La energid cin it ica s era " .8 x 1 0 j oul e s puls la e-
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
-2 19-
nerg l a ¡lote r. ;:i" l ~" r e l a t iva al ' !lod o 'i .. l llega? d e s t e
s e tra nS f Ol'I' d en . ,, ~r gla ci n ética.
b ) La velo e id~d fj' ,al
e ) S i, por4.U ~ la v elocid " d n o se 3 prox ima a l a d e la lu ~
7 / •v /e ~ &.b x 10 . 3 x 10 ; O. '} }
y : O.?:i e
p~, t a : .) , ,.., 10 - 16
joul es
b)
" • 6.6 , 1 0
7
II /s eg
" 51 .
"" • O. 1 2
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Cinemática Problemas Resueltos y Propuestos
Cinemática Problemas Resueltos y PropuestosCinemática Problemas Resueltos y Propuestos
Cinemática Problemas Resueltos y Propuestos
Cristhian Santoyo
 
2 problemas-estatica-estatica-de-particulas-v-1-2008-120153154478260-3
2 problemas-estatica-estatica-de-particulas-v-1-2008-120153154478260-32 problemas-estatica-estatica-de-particulas-v-1-2008-120153154478260-3
2 problemas-estatica-estatica-de-particulas-v-1-2008-120153154478260-3
Edwin Cespedes Barba
 
FUERZA Y CAMPO ELECTRICO
FUERZA Y CAMPO ELECTRICOFUERZA Y CAMPO ELECTRICO
FUERZA Y CAMPO ELECTRICO
Torimat Cordova
 
FISICA 2. Humberto Leyva, Tania Leyva.pdf
FISICA 2. Humberto Leyva, Tania Leyva.pdfFISICA 2. Humberto Leyva, Tania Leyva.pdf
FISICA 2. Humberto Leyva, Tania Leyva.pdf
HerreraRoger
 
Experimento Ley de Fourier
Experimento Ley de FourierExperimento Ley de Fourier
Experimento Ley de Fourier
JasminSeufert
 
68908191 ejercicios-resueltos-derivacion
68908191 ejercicios-resueltos-derivacion68908191 ejercicios-resueltos-derivacion
68908191 ejercicios-resueltos-derivacion
milico
 
Informe 3-ley-de-hooke-utp v2015 (1)
Informe 3-ley-de-hooke-utp v2015 (1)Informe 3-ley-de-hooke-utp v2015 (1)
Informe 3-ley-de-hooke-utp v2015 (1)
Vladimir Espinoza O
 
Libro estatica problemas_resueltos
Libro estatica problemas_resueltosLibro estatica problemas_resueltos
Libro estatica problemas_resueltos
Yordi Flor Alva
 

La actualidad más candente (20)

Cinemática Problemas Resueltos y Propuestos
Cinemática Problemas Resueltos y PropuestosCinemática Problemas Resueltos y Propuestos
Cinemática Problemas Resueltos y Propuestos
 
2 problemas-estatica-estatica-de-particulas-v-1-2008-120153154478260-3
2 problemas-estatica-estatica-de-particulas-v-1-2008-120153154478260-32 problemas-estatica-estatica-de-particulas-v-1-2008-120153154478260-3
2 problemas-estatica-estatica-de-particulas-v-1-2008-120153154478260-3
 
Notas Primera Ley de la Termodinámica
Notas Primera Ley de la TermodinámicaNotas Primera Ley de la Termodinámica
Notas Primera Ley de la Termodinámica
 
FUERZA Y CAMPO ELECTRICO
FUERZA Y CAMPO ELECTRICOFUERZA Y CAMPO ELECTRICO
FUERZA Y CAMPO ELECTRICO
 
FISICA 2. Humberto Leyva, Tania Leyva.pdf
FISICA 2. Humberto Leyva, Tania Leyva.pdfFISICA 2. Humberto Leyva, Tania Leyva.pdf
FISICA 2. Humberto Leyva, Tania Leyva.pdf
 
Experimento Ley de Fourier
Experimento Ley de FourierExperimento Ley de Fourier
Experimento Ley de Fourier
 
Elasticidad
ElasticidadElasticidad
Elasticidad
 
2da ley de la termodinamica
2da ley de la termodinamica2da ley de la termodinamica
2da ley de la termodinamica
 
Dinamica semana 4 - 5
Dinamica   semana 4 - 5Dinamica   semana 4 - 5
Dinamica semana 4 - 5
 
Gráfica, curvas de nivel, límites
Gráfica, curvas de nivel, límitesGráfica, curvas de nivel, límites
Gráfica, curvas de nivel, límites
 
Reporte practica 14 Ley de enfriamiento de Newton
Reporte practica 14 Ley de enfriamiento de NewtonReporte practica 14 Ley de enfriamiento de Newton
Reporte practica 14 Ley de enfriamiento de Newton
 
Informe de circuitos rc
Informe de circuitos rcInforme de circuitos rc
Informe de circuitos rc
 
68908191 ejercicios-resueltos-derivacion
68908191 ejercicios-resueltos-derivacion68908191 ejercicios-resueltos-derivacion
68908191 ejercicios-resueltos-derivacion
 
Clase14octubre fis2
Clase14octubre fis2Clase14octubre fis2
Clase14octubre fis2
 
Informe Ley de Boyle
Informe Ley de BoyleInforme Ley de Boyle
Informe Ley de Boyle
 
Informe 3-ley-de-hooke-utp v2015 (1)
Informe 3-ley-de-hooke-utp v2015 (1)Informe 3-ley-de-hooke-utp v2015 (1)
Informe 3-ley-de-hooke-utp v2015 (1)
 
Cuadernillo de termoquimica
Cuadernillo de termoquimicaCuadernillo de termoquimica
Cuadernillo de termoquimica
 
Constante elastica
Constante elasticaConstante elastica
Constante elastica
 
Libro estatica problemas_resueltos
Libro estatica problemas_resueltosLibro estatica problemas_resueltos
Libro estatica problemas_resueltos
 
Selector de velocidades
Selector de velocidadesSelector de velocidades
Selector de velocidades
 

Similar a 140335794 cap-7-la-conservacion-de-la-energia-ejercicios-resueltos-resnick-halliday

Ejercicios resueltos-vasquez
Ejercicios resueltos-vasquezEjercicios resueltos-vasquez
Ejercicios resueltos-vasquez
royleandro22
 

Similar a 140335794 cap-7-la-conservacion-de-la-energia-ejercicios-resueltos-resnick-halliday (20)

Hiperestáticos - Método de las Deformaciones - Resolución Ejercicio N° 7.pptx
Hiperestáticos - Método de las Deformaciones - Resolución Ejercicio N° 7.pptxHiperestáticos - Método de las Deformaciones - Resolución Ejercicio N° 7.pptx
Hiperestáticos - Método de las Deformaciones - Resolución Ejercicio N° 7.pptx
 
LIBRO INVESTIGUEMOS 11.pdf
LIBRO INVESTIGUEMOS 11.pdfLIBRO INVESTIGUEMOS 11.pdf
LIBRO INVESTIGUEMOS 11.pdf
 
Sistemas Hiperestáticos - Método de las deformaciones - Problema de Aplicació...
Sistemas Hiperestáticos - Método de las deformaciones - Problema de Aplicació...Sistemas Hiperestáticos - Método de las deformaciones - Problema de Aplicació...
Sistemas Hiperestáticos - Método de las deformaciones - Problema de Aplicació...
 
Sistema biela manivela
Sistema biela manivelaSistema biela manivela
Sistema biela manivela
 
1994 mc
1994 mc1994 mc
1994 mc
 
Sistemas Hiperestáticos (Teórica 11b - Método de las Deformaciones).pptx
Sistemas Hiperestáticos (Teórica 11b - Método de las Deformaciones).pptxSistemas Hiperestáticos (Teórica 11b - Método de las Deformaciones).pptx
Sistemas Hiperestáticos (Teórica 11b - Método de las Deformaciones).pptx
 
Metodo completo de kani
Metodo completo de kaniMetodo completo de kani
Metodo completo de kani
 
Examenes uni pasados
Examenes uni pasadosExamenes uni pasados
Examenes uni pasados
 
Img 2
Img 2Img 2
Img 2
 
Colisiones
ColisionesColisiones
Colisiones
 
Equilibrio relativo.pdf
Equilibrio relativo.pdfEquilibrio relativo.pdf
Equilibrio relativo.pdf
 
Examen de fundamentos de física
Examen de fundamentos de físicaExamen de fundamentos de física
Examen de fundamentos de física
 
PANORAMA DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL.pdf
PANORAMA DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL.pdfPANORAMA DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL.pdf
PANORAMA DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL.pdf
 
Cinematica plana
Cinematica planaCinematica plana
Cinematica plana
 
Solucionario-1
 Solucionario-1 Solucionario-1
Solucionario-1
 
338276925 vasquez-01-pdf
338276925 vasquez-01-pdf338276925 vasquez-01-pdf
338276925 vasquez-01-pdf
 
Ejercicios resueltos-vasquez
Ejercicios resueltos-vasquezEjercicios resueltos-vasquez
Ejercicios resueltos-vasquez
 
Dinamica
DinamicaDinamica
Dinamica
 
Momentoangular
MomentoangularMomentoangular
Momentoangular
 
Resolucion teoria de estructuras
Resolucion teoria de estructurasResolucion teoria de estructuras
Resolucion teoria de estructuras
 

Último

NTP- Determinación de Cloruros en suelos y agregados (1) (1).pptx
NTP- Determinación de Cloruros  en suelos y agregados (1) (1).pptxNTP- Determinación de Cloruros  en suelos y agregados (1) (1).pptx
NTP- Determinación de Cloruros en suelos y agregados (1) (1).pptx
BRAYANJOSEPTSANJINEZ
 
clases de porcinos generales de porcinos
clases de porcinos generales de porcinosclases de porcinos generales de porcinos
clases de porcinos generales de porcinos
DayanaCarolinaAP
 
Procesos-de-la-Industria-Alimentaria-Envasado-en-la-Produccion-de-Alimentos.pptx
Procesos-de-la-Industria-Alimentaria-Envasado-en-la-Produccion-de-Alimentos.pptxProcesos-de-la-Industria-Alimentaria-Envasado-en-la-Produccion-de-Alimentos.pptx
Procesos-de-la-Industria-Alimentaria-Envasado-en-la-Produccion-de-Alimentos.pptx
JuanPablo452634
 
Sesión N°2_Curso_Ingeniería_Sanitaria.pdf
Sesión N°2_Curso_Ingeniería_Sanitaria.pdfSesión N°2_Curso_Ingeniería_Sanitaria.pdf
Sesión N°2_Curso_Ingeniería_Sanitaria.pdf
annavarrom
 

Último (20)

Tinciones simples en el laboratorio de microbiología
Tinciones simples en el laboratorio de microbiologíaTinciones simples en el laboratorio de microbiología
Tinciones simples en el laboratorio de microbiología
 
UNIDAD 3 ELECTRODOS.pptx para biopotenciales
UNIDAD 3 ELECTRODOS.pptx para biopotencialesUNIDAD 3 ELECTRODOS.pptx para biopotenciales
UNIDAD 3 ELECTRODOS.pptx para biopotenciales
 
Sesión 02 TIPOS DE VALORIZACIONES CURSO Cersa
Sesión 02 TIPOS DE VALORIZACIONES CURSO CersaSesión 02 TIPOS DE VALORIZACIONES CURSO Cersa
Sesión 02 TIPOS DE VALORIZACIONES CURSO Cersa
 
PPT ELABORARACION DE ADOBES 2023 (1).pdf
PPT ELABORARACION DE ADOBES 2023 (1).pdfPPT ELABORARACION DE ADOBES 2023 (1).pdf
PPT ELABORARACION DE ADOBES 2023 (1).pdf
 
Magnetismo y electromagnetismo principios
Magnetismo y electromagnetismo principiosMagnetismo y electromagnetismo principios
Magnetismo y electromagnetismo principios
 
NTP- Determinación de Cloruros en suelos y agregados (1) (1).pptx
NTP- Determinación de Cloruros  en suelos y agregados (1) (1).pptxNTP- Determinación de Cloruros  en suelos y agregados (1) (1).pptx
NTP- Determinación de Cloruros en suelos y agregados (1) (1).pptx
 
aCARGA y FUERZA UNI 19 marzo 2024-22.ppt
aCARGA y FUERZA UNI 19 marzo 2024-22.pptaCARGA y FUERZA UNI 19 marzo 2024-22.ppt
aCARGA y FUERZA UNI 19 marzo 2024-22.ppt
 
ARBOL DE CAUSAS ANA INVESTIGACION DE ACC.ppt
ARBOL DE CAUSAS ANA INVESTIGACION DE ACC.pptARBOL DE CAUSAS ANA INVESTIGACION DE ACC.ppt
ARBOL DE CAUSAS ANA INVESTIGACION DE ACC.ppt
 
clases de porcinos generales de porcinos
clases de porcinos generales de porcinosclases de porcinos generales de porcinos
clases de porcinos generales de porcinos
 
ECONOMIA APLICADA SEMANA 555555555544.pdf
ECONOMIA APLICADA SEMANA 555555555544.pdfECONOMIA APLICADA SEMANA 555555555544.pdf
ECONOMIA APLICADA SEMANA 555555555544.pdf
 
tema05 estabilidad en barras mecanicas.pdf
tema05 estabilidad en barras mecanicas.pdftema05 estabilidad en barras mecanicas.pdf
tema05 estabilidad en barras mecanicas.pdf
 
nomenclatura de equipo electrico en subestaciones
nomenclatura de equipo electrico en subestacionesnomenclatura de equipo electrico en subestaciones
nomenclatura de equipo electrico en subestaciones
 
Maquinaria Agricola utilizada en la produccion de Piña.pdf
Maquinaria Agricola utilizada en la produccion de Piña.pdfMaquinaria Agricola utilizada en la produccion de Piña.pdf
Maquinaria Agricola utilizada en la produccion de Piña.pdf
 
Procesos-de-la-Industria-Alimentaria-Envasado-en-la-Produccion-de-Alimentos.pptx
Procesos-de-la-Industria-Alimentaria-Envasado-en-la-Produccion-de-Alimentos.pptxProcesos-de-la-Industria-Alimentaria-Envasado-en-la-Produccion-de-Alimentos.pptx
Procesos-de-la-Industria-Alimentaria-Envasado-en-la-Produccion-de-Alimentos.pptx
 
Sesión N°2_Curso_Ingeniería_Sanitaria.pdf
Sesión N°2_Curso_Ingeniería_Sanitaria.pdfSesión N°2_Curso_Ingeniería_Sanitaria.pdf
Sesión N°2_Curso_Ingeniería_Sanitaria.pdf
 
PostgreSQL on Kubernetes Using GitOps and ArgoCD
PostgreSQL on Kubernetes Using GitOps and ArgoCDPostgreSQL on Kubernetes Using GitOps and ArgoCD
PostgreSQL on Kubernetes Using GitOps and ArgoCD
 
DOCUMENTO PLAN DE RESPUESTA A EMERGENCIAS MINERAS
DOCUMENTO PLAN DE RESPUESTA A EMERGENCIAS MINERASDOCUMENTO PLAN DE RESPUESTA A EMERGENCIAS MINERAS
DOCUMENTO PLAN DE RESPUESTA A EMERGENCIAS MINERAS
 
CALCULO DE ENGRANAJES RECTOS SB-2024.pptx
CALCULO DE ENGRANAJES RECTOS SB-2024.pptxCALCULO DE ENGRANAJES RECTOS SB-2024.pptx
CALCULO DE ENGRANAJES RECTOS SB-2024.pptx
 
osciloscopios Mediciones Electricas ingenieria.pdf
osciloscopios Mediciones Electricas ingenieria.pdfosciloscopios Mediciones Electricas ingenieria.pdf
osciloscopios Mediciones Electricas ingenieria.pdf
 
Propuesta para la creación de un Centro de Innovación para la Refundación ...
Propuesta para la creación de un Centro de Innovación para la Refundación ...Propuesta para la creación de un Centro de Innovación para la Refundación ...
Propuesta para la creación de un Centro de Innovación para la Refundación ...
 

140335794 cap-7-la-conservacion-de-la-energia-ejercicios-resueltos-resnick-halliday

  • 1. - 179- LA C ON9ERVA C ION PR OBL E MAS CAP I T"LO l . 1. Demuestre que para l a misma velocidad i nici",l 't. 10:1 velocidad v de un proyecti l será 1" r-i sm" en todos l os puntos a la mjsma elevación , cual qui era que sea el ~ n gulo de proyecci6n. Soluci6n: Por el principio de la conser vaci6 n de la e r1t:rgia me- cánica en ~os dimensiones tenemos: y 1 2 1 , mgho = ~ v,- mv • ,mv •0, 0y v P y -'1- -_ 1 2 1 2 ' . . • • mSh• ,mv ,mv ,, y , [n este caso h ° • O. l uego : , , 1 , 2 1 mC v 2 v 2) C"~ m(v • v • , • • mgh 0, o , yy pero: 2 • 2 • v 2 , • 2 2v v y v v • v o, 0y o , y Reemplazando estos valores en la ecuación (2) o~ten~ mos : 1 2 1 mv2 1 mvo = 2 + rngh De donde o btenemos; 2 , v = 'lo - 2gh {expresi6n que es independiente del ángulo de incl i - nac ión de l proyeCtil}. www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 2. - 180- •2 . La D.JCrda de la figur a 1, e s de l¡ pi e s de largo . cuan ~ do se sue l t a la bola s i gue la trayect oria del ar co punteado . ¿Qué vel oci dad tendrá a l pasar por el pu n- t o má s bajo de su oscilac ión ? Sol uci6 n: Por el pr i ncipi o de la con s ervac i ón de la energ i a me cánica [ t e ndremos : v - O -f . -q>--.L..T - h I _L . ,, , ,'2 mV 2 ~ mgh 2 . .. (}) Tomando lo, ejes coordenados x-y como la figura. obt e nemos: h, " L, VI ~ O Y h, ~ O Reemplazando valores en <l) tendremos: v = / 2 x 32 x l¡; 16 pies/seg., Re s puesta : ! v 2 = 16 pie s/ se g .[ ..mues tra en 3 . El clavo de la r ig . 8-10 está localizado a una di s - ta nc i a d a bajo del punt o de apoyo . Demostrar que d debe ser por lo menos de e . 51 pa r a que l a bola pue - da. dar una vuelta completa en un c irculo con cent r o e n el clavo . soluci6n: Apl jcando e l Teor ema de la conser va c i6n de la pner - www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 3. -181- g!~ entre los ~u n tos (1) Y (2) indicados en l~ figura adjun- ta. donde: E = energía m~ c.inica t otal. (1) ....- - • ref. Reemplazando por su equivalencia: 1 2 'r mV 1 Por condici6n del problema: l J • (2) d ,·'1·. .. . :,~ / , .', - 'al o O (bola par te del reposo) h 1 = 2d.l¡ del gráfico. 11 2 = O v 2 " O V 2 debe tener dicho valor; por lo menos; para que de una vuelta pero en nuestro caso no~ dicen que debe dar una vuelta, entonces el valor Dinimo de v2 ~ erá un poco mayor al valor que calcularell".os. [ntonces reemplazando los valores en (a): O • mg{2d-l) o O • O mg ( 2d-l) o O 2d-l o O d 1o ., con este valor de "d" la bola se quedará quieto en (2) (figuro>, entonces para que ~e una vuelta. d )o 1/2 (! )o 0.51 www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 4. -181- Id ' 0 . 61 1m1nimo . • S. a) Una barra r ígida liger a de longitud L t i ene una masa m fija e n su extremo , formando un péndulo si~ - pie, el cua l se inviel'te y despu~s se suelta. ¿Cuál e s su velocidad v en el punto m!s bajo y c uál es la tensi6n T en el soporte en ese instante? b) El mi smo péndulo se pone de spués en posici6n hor izontal y se sue lta libremente. ¿Para Qué 'ngulo con la vertical , la te nsi6n en el soporte será de igual magnitud que el peso? ~: m: masa fija en el extremo del péndulo. L : longitud de la barra . Solución: a) Por el principio de la conservación de la ener·g'í.a mecánica tenemos: m T h .2l 1 , , Fig. 1 -- - ¡. __.. - rL 9, hZ L------ X -, ., H g. 2 ¡ ¡ mgh 1 1 , rr.gh 2 (l) )' 11' 1 • , ~ mV 2 • ,. ' - Pepo en es t e caso: v ¡ , O, h ¡ , n; h, , O ,ll' ~" ¡ " ecua c i ón (11 s ~ !'educc " > X www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 5. -183- La t ensi6n en 1" c uer da en e l p unto i nferior s'!t'á: T - mg = ma c ." ( 2 ) T = mg + ma c = mg f ~mg = 5mg. el Aplicando el principio dE' la con servaci6n de l a tJ nergia tenemo~: I , = 2 mV 2 + mg h 2 ... (1) En este c a~ o : v1 = 0 , h l : Oi h 2 : - Lcos9 ~ mv~ = mg Lcos6 hgLcOS6 En el instante en que e l pé r.dulo hace con la vertical , la ~ fue r za s que obr a ~asa del réncu lo son: un Sngll l o & sobr e 1a T - mgcosO = ma c (2 ); donde: : 2gcos6 T : mgcos6 • 2::-.g;co s 6 : 3mgcos':' i:1 ángo.llo p;ira el c·ua} i : ::-.g :c;e:"d: www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 6. Respuesta: - 184- a } v2 = 2~; T = 5mg . b) e :. 7 0.5° 6. Un péndulo s imple de longi~ud 1 , que llev~ suspend¡~ da una masa m, tiene una veloci'dad observada "'0 CU I!l!!. ~o la cuerda forma el Sngulo 8 0 con la vertxcal (O < eo < w/2 1, c omo s e ve en la tigura 8-11. En funci6n ' de ~ y de las cantidades que se han dado, detenninar (a) l a e nergía mecinic a ~o~al del si6~ema, (b) la v~ locidad v 1 de la péndola cuando es~á en su posici6n más baja ; ( c l el mínimo valor v 2 que podría ~ener V o para que la cuerda llegue a alcanzar una posici6n h~ rizon~al durante el movimiento , (dl la velocidad v 3 tal q ue si V o > v 3 el péndulo no oscilaría s ino que ~~guir í a moviéndose en un c írculo vertical. Soluci6n: " O m v o al La ene rgía mecáni ca total se rá : E:. _,1 mv 2 + mgh ... (1 ) o O del gráfico: :. lU _ cose 1 ... (1) o ~eer.lplazand o (2) en (1): r. = i mv¿ +mgll1-co::Bo) Cál cu lo de VI ~n su posición más baja: www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 7. - 185- • h] :: O hO :: l ( l -coseo l calc ula do a nteriormente, r eemplazando v" l ore s :. v :: .lv2 .. 2.1 111 o c) Siguiendo pasos si1l'li'l aN':9 a l a s par t e s ( a ) y (b) se obtiene : '" IgIO + 1cose o (O, 7 , Un objeto está fijo a un resorte vertical y se ba- ja lentamente a su posici6n de equilibri o, El resor- te queda estirado una cantidad d , si el objeto se tija al mismo resorte vertical, pero se le deja caer en vez de que baje lentamente. ¿Qué tanto estirará al resorte? S9h:ci6n : [n el pr imer caso la fuerza que est i r ará al resorte e~ igual a l peso de l objeto suspendido , o sea: F :: n:g ( 1 ) ; pero : :: kx :: k d ( ley de Ilocke) , luego: k :: rIlg/d I www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 8. - l B6~ En el segundo caso la pérdi da de la energ14 PQten - cial del objeto e s igual a l a e ner gía potencia l asi mi lada por el r esor t e , l uego t e ndr emos: j , IIIg'" = r loe • . . (2 ) pero: k = IIlg/d Reemplazando el va lor de k eS ( 2] obtenemos: x = 2d Respuesta: Ix:; 1d I 8. Un bloque de 2.0 kg . se deja caer desde una altura de O.~O •. sobre un resorte cuya constante de fuerza vale le = 1~60 nt/m. Encontrar la mixima dcformaci6n que suf rirá e l resorte al comprimi r se (no se tome en cuenta el rozami ento). Soluci6n: (1)0 í (O) • Teniendo e n c ue nta que la ener- gía potenc i al de un resor te es: podemos pl a near la siguiente ~ c uaci6n : El = Eo 1 , .,. mV 1 , 2 + mgh 1 = ,. mv o II1gt'l " 1 "" 2 I o ,o " /2111g h1 ...,- www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 9. -181 ·· reempl a zando valores: • ; / 2 x ~C' 8,-x,-:O~.24 , 0 . 09 1:1 . :: 0.09 m. 9. En una monta1l" ruso!! , s i n r ozamient o , un ca r r·i t o de me. sa 2!!...comienza. en el. punto A con un" ve locidad "0 ' :::c- mo se muestr a en la rig. 8~ 1 2 . Supó ngase que e l carri t o se pueda consider ar COIhO una par tícula sin dimen - siones y que siempre quede en conta cto con la vía . al ¿Cuál será la velocidad del carrito en los ~untos B / C7 (bl ¿Qué desaceleraci6n constan te se requiere ~ar3 que el carrito se det ~ng a en el punto E se aplica" en el punto 01 (cl Su~ase ¿Cuánto tardará el c" rrito en llegar al A e h I D si lo s f r t' n?S que v o = O. punt o 8? , l' --+- -+-- .-.,¡ Soluci6n: al Cálculo de la velocidad en H: 1 2 ? mv(-¡ .. mghA = www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 10. - 188- reempl azando dic hos valor e s en (l ) : ~ mv¿ + mgh ,. t mv,; + mgh Si ,npli f icando: - C&l culo de l a velocidad e n c: V c , , , 1 mVA • mgh " 1 mv~ • mg (h, 1 Simplificando y reemplazando valores : 1 , • h 1 , 1 ,. g í " 'i' v o 'C ve " Iv' • gh o b ) Primero c alculemos la veloc idad en D: ~ mv~ + mgh : ! rnv¿ Simplifi cando; " Iv'o + 2gh .. ,(2 } Por cond i c i 6n de l problema VE = O (detenid~ ) Ipli ca/ldo la siguiente f6rmula: v;=v; ! 203e para n'Jes tro ca so: www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 11. 10. - 189- • 2 2 2••Y, • Y. , reemplazando va l o res ( punt os D y El 2 vE • v 2 o . 2.l V. • , 2 2.LVD • • • 2 vD (31 'fL (2 1 en (J ): l· ,v • 2gh o • 2L el Nunca llegara • B. Un pequeño bloque d. masa m resbala e n un. vía s i n fricci6n en forma de rizo; al Si parte del reposo en P. ¿Cuál es la fuerza resul tAnte que obre sobre él en Q1 b) ¿A qué altura sobre la parte inferior de l riso debería soltarse el bloque para que la fuerza que ejerce contra la vía en la parte superior del rizo sea igual a su peso? P v1"O r v =,r ,-- 1 -, www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 12. -190- Soluci6n: • AplicAndO el pr incipio de la conser vaci6n de 1.1 e_ nergía tenerlOs: L.uego : L~ acelel"aci6n centr1peta es; a c ~ V~/R ~ 8gR/R =- 8! La ~celeraci6n tangencial es: a t '" mgh. ~ g La acelerac i6n resultante ser á: a =- la? • a 2 =- Q =- g/65e t La fuer~a resultante en este punto s erá: f =- ma ,. mg/65 b ) Las fuer ~as que act úan en el bloque en este caso son : T • mg ~ ma c ." ( l i Pero T =- mg (da t o ) 2 _ v 2 - 2gR Por el pr i nci pi o de la conservaci6n de l a ener - g!a tenemos : En este ca so: www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 13. - l!H- Luego: mgh 1 = j/2 m(2gR}; de donde hj = Rt La altura desde la cual deberá tit'",rse e l b1 0 - que s er.§. : (ver figura. 2). Respuesta : l al r = mglBS ; bl h = JR 11. La partícula ele masa m ele la Fig. 8- 11t se mueve en un círculo vertical de radio R dentro de una vra. No hay rozamiento. Cuando m se encuentra en su POS! ci6n m~ s baja, lleva una velocidad v . {al ¿CuSl eso el m!nimo vlllol' vm de va para que m de una vuelta completa en el c~rcu lo sin despegars e de l a vía? (bl Sup6ngase que V o e s de O.77S v m ' La partícula se moverá por la vía hasta un ci~rt:o plinto p. "!n el cual se despegarS de la v!a y seg uir~ moviéndose s~ gún la trayec t oria marcada en forma aproxi mada por la linea in terrumpiaa . Encontrar la posici6n .'IUSU - lar e del punto P. Sol uci6n: h ' " '" Aplj~ ando el teor ema de l a conservac i6n de l a ! ner gia entre l os punt os <ll y ( 11. [ 1 = ); 2 www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 14. - 192- • 21 , • ~ghJ.! mv, • ' ,'f mV 2 • mgh? ... Del g rSfico ; h, • 'R h, • O v, • O ( ve r pro blema II Reempla zando va lores e n l a ) 1 mg{? R) :; '2 ,mv o :; v = ¡¡¡-gRm V m > /4 g R v :; ;r;RgR m1nimo ( al , b) Apl i c ando l os mismos criter ios de l a par te ( a ) : r~, , " , l . , , _ v • o .•' ..cm. E E O •p Q 1 mv' • mgh p • 1 , • mgh Q ,. p ,mV Q hp , R • R sen6 , R U "sen6) ... ( bl h Q , O v , v Q , 0.77<:. v ( dato) o m v , v p m Reempla za ndo en (bl O 1 <en , 'i www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 15. -193- •- 1 e :: sen Un) 12. Una parti c ula sin dimensiones , de masa m, comenzando en repeso , va r esbalando por la superficie de una c~. fera s61ida sin rozamiento , de radio r. como se mue~ tra en l a rig. 8~lS. Mídanse los ángulos a partir de l a vert ical y la energía potenc ial a partir del pun- to má s alto. Encontrar (a} el cambio de energía po- tencialoo la masa con respecto al ángulo ; (b) La ener- gía cinética en func i6n del ángulo; (c) l as acelera- cione s tangencial y radial en funci6n d~l ángulo ; (d) el ángulo para el cual l a mAsa se despega de la esfera . (e ) Si hay rozamiento entre la masa y la es- fera. ¿la masa se despega con un án&ulo mayor o con un ángulo menor que en el inciso (d)1 Soluci6n: a) Por conservaci6n de la bl Ep = EQ 1 , 2 rnvp + Vp = k + UQ v = O P r = mgrU - cosa ) ... ( 3) energia: AU : UP - UQ . .. (1) Ep " O EQ : mgh :: mg(r-rcosS): = mgr(1-cos&) Reempla~ando en (1): AU = - mgr(1-cos8) k = energía c inética www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 16. el k "' t ,mv -194- • .• ( 4 l I gualando 3 Y I¡ de ( ~); mgr { l~eo&e ) ~ } mv 2 V 2 * 2gr( 1- eo s 61 ..• ( 51 a • II ", 1.&E"p - cose l I 2g0 -cos8 1 r es t o ~s l a ace ler aci6n rad i al ; a r = a = 2 g<1~ cos e ) • C&lculo de la ace ler a c ión tang e ncia l ~: Del gr.if i co : , g 13. Un r e s orte i deal s in masa S se puede comprimir 1. U m. mediante una f ue rza de 100 nt. Ese mismo reso r te se c oloca en l a parte i nferior de un pla no inc l i~a~ do qu e f o rma un áng ul o e a 30° con r e specto a la horizontal <vé a se la r ig . 8~l 6 } . Una masa M kg . s e s ue l ta a parti r de l reposo e n la pa r te su pe . rior del plano inc l i nado y queda e n reposo mome nt S. neamente despu~ s de compr imir el r e s ort e 2.0 m. ( a l ¿Qu~ ~ i stanc ia resba 16 l a mal a a n t es de quedar en reposo? (b l ¿Cu&l e s l a velocidad de l a masa cuando es t~ a punt o de hace r cont ac t o con e l resorte? www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 17. Sol uci6n : • Sa e mo~ que pa r a u n r esort e s e c umpl e : r :: 10: , [ ' 00 l on N~ ~ -,- ~ x m ,M ~ 1 0 kg. •~ ' O' al Ini c ialmente comprime x ~ 'm (elAtO) ,o.plicando l. conservdci 6n d, la e nergS:a de bajdcla U.,.:Zl . / T ", , ", d " 1 , mghj , , t 1 kx 2 d' 1 ;nv1 • ~ 1 mv, 1 1 U) ", ~ " ~ d,en' } (2) ., 1 ~ v, ~ O .. )«,)(2:: 100(10) 20 hj = 1 rng n1010.Sl:: 9."U" .•. (3) Reempl a.~ando tJ) en (2); el. 20 :: ~ 9.B.sen3Qo 4 .0a m. www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 18. b ) -196- h, • (d ~21s e n JOo h, • ('+ . OS.. ' l s e n 30o " • 2 . 08 5€< 0 30· .. .. ( 4 ). T Por conservación d. 14 e nergí a. : rA • r. , , mgh,a.;- mV A • • j 1 , • mgl'lS• 'i mv • v, • O hA • O reemplazando estos valores en la ecuaci6n ante J:'10r: " h g O.OS>Sen300 "l¡.~1 m~ 14. Ua r.ue rpo que se mueve en el eje de l55 x est§. sorne t ido a una fuerza que lo repele del origen , dada por f " kx. a) Encue ntre la funci6n de energía potencial U( x) para el movimiento y escriba l a condl c ión de conservación de energía. b) Lscr iba el movi miento del sistema y demuestre que es la clase de movimiento que podría esperarse cerca de un punto de equilibri o i nestable. www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 19. - 197- u • y o x x - X . , , 'POOF • kx , <Ix • • X , ric;. 1 Fiq. 2 Soluci 6 n : al Sa bemos que: U(x ) - U(x o ) :;rx~r(X)dX . .. (l ) donde X o : O y F(x) : kx bl De la gráfica obse rv~os que e n x :; O, la ener- gía potencial es máxima y l a pe ndiente de la curva es cero , luego r :; - dU/dx : O. Una particula en reposo en ese punto permanece- rá en reposo. • - r Sin embargo si la partícula se mueve de este pu~ to , aunque sea una distancia muy peque~a, la fuerza r :; - dV/dx , t~nder~ a alejarle más de la posici6n de equilibrio (f :; O). rs decir que ese punto de equilibrio es inestable. 15. Si ld fuerza entre una partícula de masa m 1 y '.ma de masa rn 2 está dada por: rn1rn 2 r:; k -r x www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 20. - 198- siendo k una con3'tante positiva y la diet"ancia x es la que existe entre la. partlcula.; encontra r: al La funci6n de energ1a potencial y bl El 'trabajo ne~ cesario para la separación de las masas de x = xl a x = xl + d. Soluci6n; al La función de energla pot encial será; U = u(x) - U(x o ) " - W " - rx f<'x) •• , (1) o en este caso r • (km l rn 2)/x2 , U(x o ) r 2 lon l la 2 P/xJXU (x) - , - (km 1 rn 2 dx)/x , X o X o U(-x) " U(x o ) • km1 m 2 bl El trabajo será: w = Jf(x)dx Respuesta: [l/x - l/xJ )::mll:12d xl ( Xl +a l r--c--- -----,a) U{x)=U(x o ) + Km1 rn 2 (1/ x- 1/x o ) b l W = ( km 1rn2dl / "1 (Xl + d) 16. La fuerza de a'tracci6n entre e l núcleo pos i t ivamen- te cargado y el electr 6n negat ivament e car gado en el ~tomo de hidr6geno , está dada por r " _ k e 2/r2; siendo ~ la carga d.el electr6;!, k y.!: la separaci6n entre el electron una constante . y e:l núcleo. Su p6ngase que el núcleo está fijo , el electrón que i - nicialmente Se está moviendo en un círculo de radio R1 alrededor del núcJ.eo salta de repente a una 6rbi ta www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 21. -199- circular de radio má s pequeno R 2 , a} Cal c fi les e el c~~io de energía cinét ica del e l ectr6n, usando la segunda ley de Newton. b} Aplicando la relaci6n en- tre la fuerza y la t!nergía potencial , calcGlese la disminuci6n de energla potencial del ~tomo. c} Cal- cule qué tanto disminuye la durante este proceso, (Esta forma de radi4ci6n). energía total del átomo energia es emitida en SoluciÓn: a) El cambio de energía cinética será: 6k = 1/2mv~-1/2mv~ ... (1) Apli~ando la segunda ley de Newton tene - mos: La e cuaci6r. (2) se conviert e en: 1/2 rR = 1/2 mv2 pero: r = ke2/R2 Luego; 1/2 mv2 = _ 1/2 ke 2 /R , Para R R 1 ; 1/2 2 lIH ke 2 /R 1 ), mv! , R , , . "2' 112 :nv~ , 112 (ke 2/ R 2 ) , Reer.:.pla::ar,do es t os valor es e n (1) t endr emos! www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 22. - 200- •b) La disrninuci6n de la ener gía pot encial es: 6U = lIU = - = _j ~( _ke2dR)fR2 ", = - ke 2 (1/R 2 - 1 /R 1 ) c ) La disminuci6n de la energla total del átomo se- rá igual a l a disminuci 6n de e ne r gla cinética , es deci r i gua l 4: 1 /2 Cke 2 ) (1 /R 2 - 1/ R 1 ) puesto que es la única energ14 que se manifiesta en forma exte nsa . 17. La e nergía potencial correspondiente a un c i e rto cam po de fuerza bi dimensional est á dada por U{x , y) = 1 12k ( x 2 +y 2 ). (a) Oh tene r Fx y F y Y rle~c~ihj~ ~, ve~ tor de fuerza en c ada punto en funci6n de sus coor- denad a s c artes ianas x e y. (b) Obtener Fr y Fa y de~cribir el vector de fuerza en cada punto en fun- ci6n de las coord enada s polares r y 9 del pu nto.(c) ¿Pue de uste d pensar en a lgún modelo físico de tal fuerza? Soluci6n: 1 2 2 = .,. k{x + y } al Sabemos: r (rl o i .U j ." k .u 'x - ay ,,- donde: Fx o .U '" F o .U y ay r o .u, E www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 23. -?O l - tULx ) ~ ;0: rx kx fj = 1-1<.( 7y) ~ io:y F ~ ky Y bi Cf'mo re ,~puntCll s i ~mpre raoia lf:lentc: [(1') = k!'" f(€,) = O donde : r = Xl .jo yj i6 . fl l lamado potencial de Yukawa r O -1'11' - U e o r o • oa una descripci6n suficientemente exacta de la in- t.erélcción entl"'e nucl eones (esto es I neutr ones y pr'2. t ones. los constit uyentes de l núc l e o) . La constan t e ro "ale aprOl:imadamente J.5 y. 10- 15 :n y l a cons t an- te U o es apr oximadamente de !JO Me'.". ( al Encontr ar l a expr esi6n cor l"'espo ndient e pa r a }-'I f uerza de a t r a~c i ó n . ( b ) Para poner de ma nifie~to el cor t o a1- CdJce de es ta f ue l'zB, cal cul a r 1;). l·e lación de 101 f uer za par a r r'Jer :;:: a p=a r Jio l ución: él ) r = ~ ~ 2r r o ,.D o ' 4ro y 101'0 <..01, I"'l!s pecto a la = 5U Hev . www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 24. 19 . -202- • der i vando: ~ -r/r r -r/r Jr • o- v • o , Vol! oo r r - r /r [;0 ~Jr • --"r vo' o b) Rcempl ~ ...~ndo va l.ores en l. e ll pr esi6n ant:e r i ol' h~ lIada. o bt endremos para : r • l r •o r • 1.4 , 10- 1 r • 4ro • r • 1. B , 10- 3 r • lOr •o r • 6.6 x 10- 6 lna part 1c uh o ( e l nC.cleo de un átomo d. he lio) en u n n("ü eo grand" , e s tá li g ..da p Dr un potencial co- mo e l Que .e muestra en la rig. a) Constrúyase una runc i6n de x Que tenga esta f orma general , con un valor m.ínimo Uo para x = O Y un valor máximo para x = Xl Y x = - Xl' b) Dete~ir.ar la fuer~a entre l a partleula a y el núcleo en funci6n de x. c) Descr iba l os mo vim i entos posibles. u(x) , _~' e d) Di c ha curva se o btiene multiplicando las ecuacio n~s: www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 25. -203- , ,-.,e • en donde A y e se determinaran, de tal manera que cur.tplan lds (':ondiciones impue s tas, La ecuaci6n s era: ,Cle-ax b ) ,. , dUJdx , , e -.,, (_2AxJ(l - 2axe • 2Axa) el Entre - "~y • " l . partícu l a oscila para x > xl y x < Xl cae de la cr esta, En U o el equi l ibrio es estable ( X :: O) En Ul( - xl l y U1(x1 ) e l equilibrio es inestable, 21, Se encuentra que un cierto resorte e special no s~ gue la ley de Hooke , La fuerza, (en nemons) que e- j erce c uando el resorte sufre una deformación x (en metros) resulta tener una magnitud de 52,8x + 38.Qx 2 en sentido opuesto a la deformación. (a) Calcular el trabajo total que se requiere para estirar e l re sorte desde .x = O. se hasta x :: 1.00 1lI. (b) Es t ando fijo uno de los extremos del resorte , se sujeta en el otro extre~o , cuando el r esor te ha sufrido una ~eformaci6n x = 1,00 m" una partícula de masa 2.17 kg. si en estas condici ones se suelta la partícul a a partir del ~unto de r eposo, calcular s u velocidad en el instante en que el re sorte ha regresado a la configuraci6n en la cua l la deformaci6n es x :: 0. 50 m. (c) La fue r za que ejerce el r esorte, ¿es conser - vativa o no conser vativa ? Explicar por qué . www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 26. - 204- $')lu.::::i6n: r:< ~1. 8x .. 32.4 x2 t} tI tl"al.ajo está ......'l.do por: W :< f Y(x )ox '" r: rOl< , o w r'(<'1.8'X+37.4X 2 }(.X " 0.5 W ( h2 . 8 . 32. 11, " 2 -,-' ., " 31 Joul es . 52.8 -, • 1,) Siguiendo e l Dlaimo pl'Oc edilnient o que e l problema 1 3 o bt e nemos: 11 " 5 .33 mI:'!. e ) Es conservativo , porque e l trabaj o que r ealiza dUr'~nte u n c ic l o comp l l!! t o (dI! ida y v u e lta) e l!: ce ~. l' Mue s t r e que cuando ha y fr ioci 6n en un si ~t em4, que s i no fue r a por e llC'. s e r1 a cc:ns.:'tvativo . l a rapi de z (',m que se d i si. pa la e ne r gSa me c An i c a es i g ua l a l a fu .. r za de I'r icoi 6n mul ti plicada por l a velocidad en "'!:f' i ns t ante , o expre sado mate.:nat i camente : d / dt ( k .. U) " - fv :a1uc i 6n: ~ahemos que l a fri cci6n es una f ue r za di s ipadora tr.o conser vat iva) , tTl e ste c a s o ; pe r o: Wf no cons e rvo = -t ~e t¡,( K · ti) :: - f c. c www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 27. ··2 0 ; Dividi endo e ntre lit. tr. ( k t Ul { f Ae } .10(('" I ~ constant¡:~ -----.t •dt 6(k • U ) ••1uego; ~ .t dt En el lÍmite cuando " t 1 e n .1.. , cero , tendrer.los: c!( k + U¡ dt dc l' (ft : - fv d di' {k+ ll-··fv 23. Un cuerpo :::le masa m (omie:lza a moverse a partir de reposo, bajando un plano jnclinado de longitud L que forma un Sngulo e con la horizontal. al T6rr.c::;. como coeficiente de fri cci6n ~ y encuentre la velo· cidad del cuerpo en el punto más baj o del plano . b ¿Qué distancia ..d.. recorrer! resbalando horizon t alme! te en una superfic ie igual, después de llegar a punto más bajo del plano inclinado? Resuelva el p~ blema utilizando los métodos de la enet'gia y resue: valo también usando directamente las leves de ¡le,", . ton . Dat os; U k = coeficient e de f r l cc i6n c iné- t l ca . L ~ l ong i t ud de l plar.o i nclinado " ángu lo del p1<1.- no incl i nado . ü¡ v ~ O ( '/~locida d i.nicial) o www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 28. -206 - Soluci6n: • a) Aplicando el principio de la conser vcci6n de la energía, cuando obr~n fuerzas no conservativas (fricción) tendremos: w, • fL • O<1- Ko 1 • (U, Vo ) , , , , + mgh 1 mgh o• f m., 2 m. -o pero: • • O. h, • O. h • Lsen8 ; , • uk rngcos8 -o e u)c:mgcosSL , , mgLsenO• ~ m., de donde: b) En el plano horizontal te ndremos: pero: ., • O. h, • h, • O; f • I.l)cmg - fd • ,-; ,m., " . (3) Reemplazando los valores de f y de v 1 obtenemos: Método dé las leyes de t!eW1:on : a) I fx = ma, • O rngsen S -mgcosS .. N : O • . • (2) www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 29. - 20 J- f k = U k N -.--- --- - -- - - - (3 ) de las ecui!l ci ones O) , (2) 'j (3) obtenemos: al = g(sen a - u k cos al ~a velocidad vI se ~á : 2 , • vI = V o + 2al~ ----- --- - ( I¡ ) , pero v = O de donde: o v 1 ~ = 12g!.( sen a - U k e-osa b) En el plano hor i ~ontal tenemos: , f o •• f o .a, ,,¡, , , f O "Y o 'g o O (1 ) f, o "," ----( 3 ) De la s ecuaciones ( 1 ) , (2) , (3) obtenemos: " ", La di s tan cia d reco~rida po r el cu erpo s e rá: pe ro v 2 Luego: , Respu e s ta: , " O • , , 0 _ _' _ ", al o " . - ( ,, ) 2gL(sen , - "k 00' " !.( sen8-u kcos9) 2u k g " k o 11g L(sen O u k cos O) b) d = L( sen a - u k cos 8 1 /u k 14. Una partícula d e sli~a por una via que t i e ne s u s e x t remo s levantados y una par t e c ent ra l p l a na , co mo se mue st r a e n la fi g . 8-1<) . La pa r t e plana t ie ne un a l o ng i t ud 1 ~ ) . ú m. Las porc i o nes curvas de la v i a no tj ene n roz a mi en t o . P3ra la pa r t e pldlld el coeficien t e de r o~ ami ento ci ~~t i co "k () . :?o . La particul a se su e lt a e n un pu n t o A 1U., se e~cuentr~ a una altura h = 1.0 m sob r e l a p a ~ t e pl a na rep oso? www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 30. -208- -lA- J___';!!'_ :<a..-._~,.--_~B d r--- L --- ---<o/ Aplj~~~"do la e~ua~i6" de la ~o"~ ervación de la energia en tr. los puntos A-B. 2 , ." EA ~ EB mghA , ,: "2 IIIv B • IIIghD S ¡mplifjcanJo y reemplazan d o datos o , , ,] mv ~ ~ e / k mgd rtc~p l~ zJ nd o e l v alo r de vB 7 2&11 = ell<t~ d ,. o. :! s. La partlcula hac e Un recorr i do de i d a y vue l ta qu~ d andos~ P~. el medio Je la polI t e plJna. :,',,) uro le~<H·te hori.:.on r 1 i ,.. __ I.J . U 1:10 __ vo.. z v-O 'nd·,;¡l,rmrTTTT!fT7TTrrrnrrrr Fi Q. 1 , , www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 31. - 209- •íent~ ' ¡lIétic o ~ rlt re el bl :lG'"" "! l ., ~""P"l ti,' ~ ~')rj;:ollt ,il .e ~ d~ O )~. LCuSI erd Id velor J~d ocl bl ')-J~· en el ins t~~tE ~ul cn~~ue? 1, o, , " ",-, 1 , " " .Ur ----- ~ l) ", " O ; , ) O " U ,e ' r rk" 1 , , , k , ,,0 ' o '' • ;, o I' e l'o : f, " 'k" , uklng • " O , " O o 1 h , 1 ; LuegQ : ., ro . ", O " j'2 ( Uk OS " d. donde: •o rn ,., ) "J' (o, • 1 . '2rn is eg v o ~ 1 . '2 mIse.., ..... el c "t:le d e u n elev.:aoof' de P ~.J C 1,: ,jl"]" ji,; . ~-::"'''!E. vienta cuando el elevador se pT' irocr piso , d" IIl d n" ,'i! que su fondo estaba a una a l tu f'd d " 3.66 m s o bre un re- sort" amortí ¡ ua dcr cuya co nstante de r e:;o l t e e s 1', é 000 at/m . lb sis- ,1, l , 1 .,.~. www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 32. mo~¡mie"tc del ~Jcv d dor se opon~ ~~~ fu~rza ~e ro~am¡e~tc co nSl antd de ~ " ~O nt. (a) [ncon t -J r la velocidad del ele- ~dd" r en e l momento en que va a :'I'(. J.r c alara el resol'te. lb) tn eo ntrar la 4istancia que ~c Jd for mará el rc ~o rte. (e) ¡:alcular la distancia que "rabot ar á" el elevador ha ~ja arriba en el pozo . (d) Apli~ando el pr incipio de l a co n .er vaci6 n de la energla, cneolltra r la distancia total que se mover~ e l elev a dor antes d~ quedar' en repos o . Solud6n : al Aplicando el te o r ema de la energia: o,d 1 Z mv,¡ fd 1 , 1 m(mg - f.ld= ¡'eemplazando ~alores: o • , d , " w g '2 " 9 .8 17 000 (17 , 800 - 'I'. SO) " :'1.66 b) r klt r )t : k • 17800 - '''.50 1'<6000 27. Un cuerpo de 17.8 nr es empujad o ha c i a a rr ib a sobr e un p l! no sin rozamiento. inclinado 30° y de 3.05 m de l on gitu d mediante una fuerza horizontal r. (al Si la v el ocidad qu e t e nia en el extremo inferior del plano era de 0.61 m/seg y en el e"tremo superior alc a nzó 3.05 ~/,eg. ¿q u ~ can tid ad de trabajo hizo la fuerza f? (b) Supónga se que el plano tiene cierto rozamiento y que r! esta misma fuerza? el plano? '" : !jO lb e -. 30" ~k : 0.15. ¿Qué trabajo ha· dónde subirá el cue r po sob r e L • 10 pies ~ 0.15 www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 33. Soluci6n : Las en~rg i 3$ ir.i c ial y f i nal s .. r~n' ¡; ~ 1 /2 r,¡v 2 o , ¡ 2 IIIv 1 t 1 I ¡ ¡ ", f III¡;Ls <! n - 21t- el irI C I· ~ m .,nt o d, en~rgi~ e ::; Igua 1 .1 trabajo re .. l izado Jl" r , 1 ;. m¡t.sen 9, < , - < •• , 1 o ¡ 1 1 " )( 10) 2, < ¡ 31 , "' • '" • O. , 160 pie I lb b) Cu~ndo h.y fri cci6n t endre"'os: , , mgh 1 ) , 1 , lagh),- •• • - m. ,1 , o , do nde: eL .. " trabajo h~c h o p o . h : O o , , '., , _. 1 " ,,: . , , re•• , o 1 , "' ) ( :. ) - I 3: < re - te u • fue r z a . Re e ~pla z an d o valo r es en (2 ) t e nem o s : V : FL : 260 t 0 . 1 5 = ~o x cos 30° x : 260 t 51 . 96 t 311.9 pie - lb La eneri la ciné tica en el p ~ n to mA s alto es : (.. ) w 2 26 0 pi e l b (b) v a 311.9& pie-lb - • • (1 ) ,» 28. rn un .. _esa sin roloa_ iento se coloca una cadena de ta l tur lila que la qui n t a parte de su longitud e $ t ~ co l&a n d o po r el bo rd e de la mesa . Si la cadena tiene una longitud 1 y n n.. m ~ 9a 111, ¿qu~ c ant idad de tr .. bajo habra q Ut ha cer parl su - www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 34. -2 1 2~ ~ . l un~i t ud d e l a c a a ~ na H' m.Js .l d e 1 .. c,~ de n a. H.~ ,,"'ll:o:; el (! :i d •. ,",U"" el e1 ""1' 1¡~" " d~ 1..., pa r·t e j , i3 ~ ,'" n~ '¡', e c u e l &a. ~, . .• p li ca ! u ~ a fuer ~ ... . r ( r.-. & x)/1. ~--- ---- ( 1 ) JU:1:!,· "' g/ L e s ,,1 PC ¡;';:' ;:'0 1' " " id a ": de l or.!; i tOl~ . '-.¡ t ,·"h d jo :>e l'¿; : L/ S ,r n f, xd>. o ' [ , ] LI SmO x L 2 ) • , r~ F~ c 4 1~ •• m e ~l~ i c a v a d e un p i so a ~ t rO 4UO es tá a 7 . 62 el ,1': i 1; ., . !. d es c a l el' il ti e ne 1 2.7 In <.1 .. l a r g o y s e mu e v e e n . ! le cc i 6 n de 5U l o ngi t ud co n un a v e l oc idad de 0 . 6 1 m/ se r. 'Q u ~ pctel'c i d d ebe t ~ I .~r ~ u mo t o r p ar a t r a n s po rt ar un ,~ , , ~ ~ d~ 1 00 ~~ r son a s ~Ol' minu t o, cd da una C C~ ~n 3 ma s a me 1 ¡ .) d I' 71 . '~ ~,,,., ( tI u,¡ h omb r e de 7 1 2 "t c~m i na por l ~ e &ca J pl' j ~ l ~ ~ uh e e n 10 ~eg . ¿Qué c anti d ad d ~ t raba jo h a c e so ,,¡ 1loto r ? (c) S i ~ ¡ ¡, omb r~ a la mi¡ a d de l a es c a l e . •' n' 8 , 'eSilld v c am ¡ u,ll"<1 hac iJ aL iI ) o d f.i n d e co nseI'V<1I' S~ , 1 I"ic;mo ni">! l " n el <! :;paci() , ¿ h a !' í ~ el mo t Ol' t l'il bajo s o b re ,~. , ¡q 'l ~ pote nc.ic le a pli c a r i ~ j.a rj ~ G tc f i n ? www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 35. -211- (1I) (01110 ti! ··C!""~ ¡¡Iitd de la esc lll~r it CL ~~Ils t ante, t- ién 1<.; e:l: , se rá: ~ Ir.gh , , ,, :'!Ju , OvO ~ ,.pie-lhb , ~.,G.6r,b '" , ~cu&ci6n en la ~u41. ~ h e:; la '1eloc': !.¡d :, n i""'" '/ ., P >;;).1 " eloeid...¿ ::e l a c :;c ... !e.·" De dicha e c uaci ón cb t~nemos: '1h ~ : p i e siseg El espacio que I·e c orre él ?Or ~ u s p r op ¡ o~ medi o~ en les 10 seg es "h t .• 2 x 10 : 10 pie s = e/2. El trabajo que r eal iza serA: W = mgh/J - 2 , 000 pie/lib. (e) 110, porque el hOMbre p" r m"nec" en .. 1 "islII ") pU h tC' (e.." I - sidere la definición de trabajo). La pote ncia ~u e r"lJ i~ a ~ implemente s ir'" pnra co ntr a r r eS- tar el trabajo q ~ f" I ·e a li z~ e l hombre r.sta potencia se r d: d ':l b¡, j ,u ' . www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 36. JO. Flp t a' - 214- l a' P : 6666 . 66 p ie - I b/ se g (b ) W " 2 . 000 p i e- l b (el Ho . 1 : 320 p ie - l b /s e g . (d 1 It o • ,Oe mos trar que me t iene dime n s ion es d e en ergla. So l uc i ón : ,De.~s tr ar emos q ue ae t ie ne dim ens i ones de energla (1) dond e: m " aa sa e n kg. e v e locida d de l a l u ~ e n mIs re'llllpla za nd o .n (t ) : Ade...ss: (. ) .n Jo ule: , E k g •---, ----- ---- - (2) • , He v ton • o ,g .,.(2 ) , " , •E o -,.-, a /s S E: " N.a " J o ule Uni d ad de e ne r g la. -- - ----- (a) ) 1. Un elec t rÓn (lI a s a e n r e poso 'Ll " 10- 31 kg l s e !ll u ev e co n una ve locidad de 0 . 99 c. (a) ¿Cuál e s su e ne r g í a to t a l ? lb ) E: ncont r ar la relación de l a e ne r gl a c i nét i c a n e wt o ni a - na co n ' res pec t o a l a e nerg la c i né t i c a r e l at i vis t a en es te ca s o . So lu c ión : v '" 0.99 c •o '" 9.1 x 10- 3 1 kg . Por el pr inc i p io de la c o nse rv ac i ó n de .., e ne r g 'í a tene mo s : r( a e 2 + El '" co ns ta nte o o (1 ) www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 37. -lI S- donde: ,t moc e~ l~ e" erela tot~} [ [ e s la en.. rgla total de todas En e s te caso: , c '2 ~o(1, , • .., • 1 , lII o C 2 [(1 ,').,• Reemplazand o : '" C o , va 10'-"5 '" ,') , "oJ. . IJ ,: o n Q(; (1) te nem 05 , .1' , • '. 1, , 10- 31 (3 , 1 0 3) 2 • ' . 1 , 10- 31 0 , 1 ( 8 )':1 [ 1 . r , Cb ) " 0 .99'2)2 , 1] • 0.8 1 9 , 10 -13 ". 9 8 , 1 e- 1 3 • 5. 79 • 10 · 13 L. energla ne wtoni3n a es : K 1/2 , 1/2 '.1 10- 31 (O . 9 'l c ) '• •• • , , • ". OS" • 10 - 1" joules r . hci6n q", ex .l ste ent r e 1! 113 s se rd : 11 .05" x 1 0- 111 5.79 x 1 0- 13 o.ce Rpt a: ( a ) [t : 5.79 x 10- ' " joul e s (b) KIt: o. "e, joul O! s 32. Cal c ula r cuAl e s la Veloc idad d e un ele c tró n q ~e tiene una energla ciné t ica de (a) lOO 00 0 ev. Soluc jón:_ (b) 1 000 000 e v . Po r la ecu3éión de la energii c inéti c a t enemos? '1 2 r ., -"2 K: 6mc moc U - (v /el") Despe ja ndo la velocidad y o bt ~n ~m os : • • (t • , ,., ) o ., ," , ,o --- •• _ _ • (1 ) www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 38. - 2 16- (~) P~r~ K : 100 00 0 ev -11; 1.6 ~ 10 jv ~l e ~ . I -1 " 2 cV(I.&xIO ) I -31 B 'l -l~ 2 x 9. 1)110 ( 3)1 1 0) 1.6)1 1 0., _31 B '1 J.l)1 1 0 (3)1 1 0 ) 'J: 0.5'. c (o) procediendo igualment~ para el ~aso en el que la ener gid cs' ot.lencmos; 1 ,000.000 ev v : 0 . 93 c -": 1.6 )1 10 joule s Rpta: (a) v: 0.511 c (b) v: 0.93 e 3. (d) La mdsa de un cu erpo en reposo es de 0.010 kg. ¿Cu~l ~s s u mas a cua nd o se mueve con un3 v e locidad de 3.0 x 10 7 m/seg con relaci~n al o bservado r ? ¿C ual e s , si la velocj 8 dad es de ~.7 )1 1 0 m/seg? (b) Compa rar las energl as cin! ticas cl~sica y relativista para estos casos. (e) ¿C61:1o ser ían la s cosas si el observador , o el apar ato de medi c16n , e stuvieran mo ntados s obre e l cuerpo? Oa t os: m o : 0.01 kg , v I : ,3 )1 10 " 2 2 .7 x 1 0 m/seg. So lucion: (a) La s ma s a s se rin . J, mo - ( " J • ( b) L., en e r gías c in é ti e .. s c Ui sicos , 1 1 0 7 ) :.> 'lo - 1 /2 m • - (O . GI ) {;¡ •o 1 2 2 1 ( 0 . 0 1)( 2 . 7 10 8 ) 2 t;~c - • • •2 o , 2 2 .7 )1 1 0 0 . 0 1 kg : 0.23 k g s e r.'i n : ". s • 1 0 17 joul e s 3.6 9~ • 1 0 J I¡ jou l es www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 39. ~ .. )-Jj _ _ - 217 - ~ r.: ("' [1 o 1 ,J " ln j d - -./e « 1, to~ lérminos des¡>u.'; >l, j a ~ i;:' , 1 , + ------ - 1 ) ( 0 . 01){3 K 10 7 )2 ";¡ e .'i .! nlv', jo ule ::;. '"! o joule !> C omp~randD l as energias c l~sic ' y relat i vist3 ten emo s : 1 • 3.695 JI 10 1 " 14 11 .7 l< 10 = O. 3 (e) En es t e caso seg ún l a f i s i ca cl ~ s i cd l a en e r gl a ciné ti c a ser Ia nula, pu e s t o Que v p ~ O, pe r ~ según l a fts iea relativista la energl . cinEtica s e r.i: K = lime , 3". De acuerdo con el B r i t~ n i ca Ye arbook lo s Es t ado s Un i do s consumieron 563 x 10 12 vatt-h de energ l a elé c t r ica e n 1956 ¿Cuan t o s kilog r amOs de mat e r i a l tendr I an q ue dest r uirs e por co~pleto para prod ucir e sa energla? Soluci6n: Como el proceso es reversible pued~ oc u rri r una materia l i~aci6n de l a masa a p arti r d e l a energla o viceve r sa. ,=""2, ----- (1) P J 5631110 ·watt-hxl.6xlO jQulesjwa t t - h = (3 1( 1 0 6 )2 Rpta: !lIm = 22.S~ ~S. 22.52 kg. www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 40. -218- ]~. S~ lrel que el ~ol obtiene su energIa po~ un pro~eso d~ f! s i ór, .." el cu.. ':' cuatro átolJlos de hid r ógen o se tl·;¡nsfor..a" el. "'/1 a to,",,, de helio con e.. isi ó n de energI a en -divel"sas Si un At o.o de hidr ógeno t iene un a ~~Sd en repol~ de 1. 008 1 unidades de masa a t6~lca (viase . J [j o 7J Y un !t~IJI O de h.lio posee una ~asa en rep oso de ~ .0039 vni rlad es de mas a atómica , calcular la en e rgta d es - Frend id~ en c a da pr oceso d. fusión. ~ : ~H ~ 1.0081 , "He ~ ~.00J9 Sol uc1 6n: La lIIaSd to tal da los" AtolDos de H será .. x 1. 008 1 • " .032" be .a s ~ q ue se ha trans f ol"mado en energl a será: 11 - .. ni!! - "'He ~ ".032" - ".00393 0.028$ u de ma sa ató- n. i c a. -21 .. • O.O]iI ~ u de 111 a t ó..i c a x "¡-O-' ;;6!6-;'i;""O;-"..;k~If;-, 1 u. de 11 at611llce. La energla despren dida en cada p r oceso de fus ión. , . - 2 7 8 '1 [ ~ (0. 0 28$ x 1.66 x 10 )(3 x 10 ) ." ~ 26. $ Jot ..v . 36. !XI diodo al vacío a:nsist.e de m Anodo c1l!R1rioo que encierra tri cato -16- en c1l!nd:rioo. U"l electrón, Oln r.na. ene%91a potend.al de 4.8 x 10 joJ.les ccrr rel;w::i(:r¡ al ánodo, aale de la ~fid.e del c!tQ:b cx:n una velocidad inicial cero . ~ase que el electr6n no d10CiI ClOrltra ni.n- gula rroléc:u.la del aire y que la fuerza 9ravitacicnal es insiqnificante (a) ¿()Jé crercfla cinética tendrS el eler:t.t"6n cuanio da¡ue a:nua el ! - 31 - no:Io? lb) 'l'alIardo c::aro 9. 1 x 10 kq la nasa del electr6n. cnc:mua:r su veloc1~ final. (e) ¿Se justifica usar las rellloCiones c:U.sicas de energía cinética y de mas". en lu:¡ar de las relativistas? -16 (a) La energid cin it ica s era " .8 x 1 0 j oul e s puls la e- www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com
  • 41. -2 19- nerg l a ¡lote r. ;:i" l ~" r e l a t iva al ' !lod o 'i .. l llega? d e s t e s e tra nS f Ol'I' d en . ,, ~r gla ci n ética. b ) La velo e id~d fj' ,al e ) S i, por4.U ~ la v elocid " d n o se 3 prox ima a l a d e la lu ~ 7 / •v /e ~ &.b x 10 . 3 x 10 ; O. '} } y : O.?:i e p~, t a : .) , ,.., 10 - 16 joul es b) " • 6.6 , 1 0 7 II /s eg " 51 . "" • O. 1 2 www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com www.librospdf1.blogspot.com www.GRATIS2.com www.1fisica.blogspot.com