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Hoja de práctica de cinemática, Ejercicios de Ingeniería

Una serie de ejercicios y problemas relacionados con la cinemática, una rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos sin considerar las fuerzas que lo producen. Los ejercicios abarcan temas como el movimiento de partículas a lo largo de una línea recta, el movimiento de proyectiles, el movimiento de un automóvil, el movimiento de un globo y el movimiento de un cohete. Cada ejercicio plantea una situación específica y pide determinar parámetros como posición, velocidad, aceleración y tiempo. Para resolver estos problemas, se requieren conocimientos de cinemática, como las ecuaciones del movimiento, la definición de conceptos como velocidad y aceleración, y la aplicación de principios físicos como la conservación de la energía. Este documento podría ser útil para estudiantes de cursos de física, mecánica o ingeniería que necesiten practicar y aplicar los conceptos de cinemática a situaciones reales.

Tipo: Ejercicios

2022/2023

Subido el 21/04/2023

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jordan-aguilar-rivera 🇵🇪

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Departamento de Ciencias Línea de Física
HOJA DE PRACTICA SEMANA 3
CINEMÁTICA
1. Un tren de carga viaja en v = v0(1 e
b t), donde t es el tiempo transcurrido.
Determine su posición en el instante t1
y la aceleración en ese instante.
Considere: v0 = 60 ft/s, b =1/s, t1 = 3 s.
2. Una partícula se mueve a lo largo de una línea recta tal que su aceleración se define como a
= kv. Si en t = 0, v = v0 en el origen de coordenadas de la recta, determine la velocidad de la
partícula en función de la posición y la distancia que recorre la partícula antes de detenerse.
Considere: k = 2/s, v0 = 20 m/s.
3. La aceleración de una partícula cuando se mueve a lo largo de una línea recta viene dada por
a = bt + c. Si en t = 0, s = s0 y v = v0, determine la velocidad y la posición de la partícula
cuando t = t1. instante t1 y la aceleración en ese instante. Considere: s0 = 1 m, v0 = 2 m/s, b
= 2 m/s3, c = 1 m/s2, t1 = 6 s.
4. Un automóvil parte del reposo y alcanza una velocidad v después de recorrer una distancia d
por una carretera recta. Determinar su aceleración constante y el tiempo de recorrido.
Considere: v = 80 ft/s, d = 500 ft.
5. Una pelota de béisbol se lanza hacia abajo desde una torre de altura h con una rapidez inicial
v0. Determine la rapidez con la que llega al suelo y el tiempo de vuelo. Considere: v0 = 18
ft/s, h = 50 ft.
6. La pelota A se suelta desde el reposo a la altura h1 al mismo tiempo que
una segunda pelota B se lanza hacia arriba desde una altura h2 sobre el
suelo. Si las pelotas se cruzan a una altura h3, determine la rapidez con
que la pelota B fue lanzada hacia arriba. Considere: h1 = 40 ft, h2 = 5 ft, h3
= 20 ft.
7. Si la posición de una partícula se define como s = bt + ct2, construya las gráficas st, vt y a
t para 0 ≤ t T. Considere: b = 5 ft, c = 3 ft, T = 10 s.
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HOJA DE PRACTICA SEMANA 3

CINEMÁTICA

  1. Un tren de carga viaja en v = v 0 (1 – e– b t), donde t es el tiempo transcurrido. Determine su posición en el instante t 1 y la aceleración en ese instante. Considere: v 0 = 60 ft/s, b =1/s, t 1 = 3 s.
  2. Una partícula se mueve a lo largo de una línea recta tal que su aceleración se define como a = – kv. Si en t = 0, v = v 0 en el origen de coordenadas de la recta, determine la velocidad de la partícula en función de la posición y la distancia que recorre la partícula antes de detenerse. Considere: k = 2/s, v 0 = 20 m/s.
  3. La aceleración de una partícula cuando se mueve a lo largo de una línea recta viene dada por a = bt + c. Si en t = 0, s = s 0 y v = v 0 , determine la velocidad y la posición de la partícula cuando t = t 1. instante t 1 y la aceleración en ese instante. Considere: s 0 = 1 m, v 0 = 2 m/s, b = 2 m /s^3 , c = – 1 m/s^2 , t 1 = 6 s.
  4. Un automóvil parte del reposo y alcanza una velocidad v después de recorrer una distancia d por una carretera recta. Determinar su aceleración constante y el tiempo de recorrido. Considere: v = 8 0 ft/s, d = 500 ft.
  5. Una pelota de béisbol se lanza hacia abajo desde una torre de altura h con una rapidez inicial v 0. Determine la rapidez con la que llega al suelo y el tiempo de vuelo. Considere: v 0 = 18 ft/s, h = 50 ft.
  6. La pelota A se suelta desde el reposo a la altura h 1 al mismo tiempo que una segunda pelota B se lanza hacia arriba desde una altura h 2 sobre el suelo. Si las pelotas se cruzan a una altura h 3 , determine la rapidez con que la pelota B fue lanzada hacia arriba. Considere: h 1 = 40 ft, h 2 = 5 ft, h 3 = 20 ft.
  7. Si la posición de una partícula se define como s = bt + ct^2 , construya las gráficas s–t, v–t y a– t para 0 ≤ tT. Considere: b = 5 ft, c = – 3 ft, T = 10 s.

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  1. La gráfica v-t de una partícula que se mueve a través de un campo eléctrico de una placa a otra tiene la forma que se muestra en la figura. La aceleración y desaceleración que ocurren son constantes y ambas tienen una magnitud a. Si las placas están separadas smáx , determine la velocidad máxima vmáx y el tiempo tf para que la partícula viaje de una placa a la otra. Cuando t = tf /2 la partícula está en s = smáx /2. Considere: a = 4 m/s^2 , smáx = 200 mm.
  2. Determine la velocidad mínima del conductor de acrobacias, de modo que cuando salga de la rampa en A pase por el centro del aro ‘en llamas’ en B. Además, ¿a qué distancia h debe estar la rampa de aterrizaje del aro para que aterrice en ella con seguridad en C? Desprecie el tamaño de la motocicleta y del conductor. Considere: a = 4 ft, b = 24 ft, c = 12 ft, d = 12 ft, e = 3 ft, f = 5 ft.
  3. El globo A asciende a una velocidad vA y el viento lo lleva horizontalmente a vw. Si se deja caer una bolsa de lastre del globo cuando el globo está a una altura h , determine el tiempo necesario para que golpee el suelo. Suponga que la bolsa se soltó del globo con la misma velocidad que el globo. Además, ¿con qué velocidad la bolsa golpea el suelo? Considere: vA = 12 km/h, vw = 20 km/h, h = 50 m.

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  1. Se lanza una pelota de béisbol hacia arriba con una rapidez de 30 m/s. a) ¿Cuánto tiempo tarda en alcanzar su altura máxima? b) ¿A qué altura llegará? c) ¿Cuánto tiempo tardará, a partir de que se separa de la mano, en regresar a su punto de partida? d) ¿Cuándo tendrá una rapidez de 16 m/s?
  2. Se arroja una piedra hacia abajo en línea recta con una rapidez inicial de 8.0 m/s y desde una altura de 25 m. Encuentre a) el tiempo que tarda en llegar al piso y b) la rapidez con la que choca contra el piso.
  3. Un Camaro del 69 viaja a 48 km/h cuando se enciende la luz ámbar de un semáforo que se encuentra 90m adelante. El conductor tarda 1 s en reaccionar antes de acelerar. Si el automóvil tiene una aceleración constante de 2 𝑚/𝑠^2 y la luz ámbar permanecerá durante 5 s, ¿el automóvil llegará al semáforo antes de que la luz cambie a roja? ¿Qué tan rápido se estará moviendo el automóvil cuando llegue al semáforo?
  4. Manejando usted en una pick up se dirige a Plaza norte a 20 m/seg. A 110 m de un cruce, el semáforo se pone en rojo. Suponga que su tiempo de reacción es de 0,50 s y que la pick up frena con aceleración constante. a) ¿A qué distancia de la intersección se encontrará en el momento en que aplique los frenos? b) ¿Qué aceleración hará que te detengas exactamente en la intersección? c) ¿Cuánto tiempo tardarás en detenerte después de que el semáforo se ponga en rojo?
  5. Un gato está durmiendo en medio del suelo de una habitación de 3,0 m de largo cuando entra un perro, ladrando, con una velocidad de 1,50 m/s. En el momento de la entrada del perro, el gato acelera inmediatamente a 0,85 m/s2 hacia una ventana abierta en el lado opuesto de la habitación. El perro (que ladra, pero no ataca) está un poco sorprendido por el gato y empieza a desacelerar a 0,10 m/s^2 en cuanto entra en la habitación. ¿Alcanzará el perro al gato antes de que éste pueda saltar por la ventana?
  6. Se lanza un cohete en línea recta con aceleración constante. Cuatro segundos después del lanzamiento, un perno se desprende del fuselaje lateral del cohete. El perno llega al suelo 6, s más tarde. ¿Cuál es la aceleración del cohete?

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  1. En una carrera de los 100 metros libres olímpicos se toman medidas muy precisas. Un modelo sencillo pero razonable de la aceleración de un corredor revela que acelera a 3,6 m/s^2 durante 10/3 s, y luego sigue corriendo a velocidad constante hasta que cruza la línea de meta. a) ¿Cuál es la duración de la carrera de un velocista para la que este modelo es apropiado? b) Dicho velocista podría correr una carrera más rápida acelerando más en la salida y alcanzando así antes la velocidad máxima. Si la velocidad máxima del velocista es la misma que en el punto anterior, ¿qué aceleración sería necesaria para que corriera los 100 metros en 9,9 s? c) ¿En qué porcentaje debería aumentar el velocista su aceleración para disminuir su tiempo en un 1%?
  2. Un atrevido conductor de autos quiere saltar con su vehículo sobre 8 autos estacionados lado a lado debajo de una rampa horizontal. Calcule con qué rapidez mínima debe salir de la rampa horizontal, si la distancia vertical de la rampa es de 1,5 m sobre los autos, y la distancia horizontal que debe librarse es de 22 m. Asimismo, cuál debe ser la rapidez mínima necesaria si ahora la rampa está inclinada hacia arriba, de manera que el ángulo de despegue es de 7 ° por arriba de la horizontal.
  3. Un paquete pequeño se suelta desde el reposo en A y se mueve a lo largo del transportador ABCD formado por ruedas deslizantes. El paquete tiene una aceleración uniforme de 4,8 m/s^2 mientras desciende sobre las secciones AB y CD, y su velocidad es constante entre B y C. Si la velocidad del paquete en D es de 7,2 m/s, determine la distancia d entre C y D, y el tiempo requerido para que el paquete llegue a D.