Exercicis: Forces quotidianes: pes, normal, fregament, tensió i empenta

Calcula el pes d'una motxilla de $5\ \text{kg}$ (pren $g = 9,8\ \text{m/s}^2$) i indica cap a on apunta aquesta força.

Una bàscula de bany marca $60\ \text{kg}$.

1. a) Què mesura realment la bàscula: la massa o el pes?
2. b) Quin és el pes d'aquesta persona en newtons (pren $g = 9,8\ \text{m/s}^2$)?
3. c) Què marcaria la bàscula a la Lluna, on la gravetat és menor? Raona la resposta.

Un llibre de $2\ \text{kg}$ està quiet sobre una taula (pren $g = 9,8\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibuixa al teu quadern les forces que actuen sobre el llibre.
2. b) Calcula el pes del llibre i la força normal que exerceix la taula.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Una tassa està recolzada sobre el marbre de la cuina. Quin cos exerceix la força normal sobre la tassa? En quina direcció apunta? Per què creus que s'anomena força «normal»?

Un jugador de rugbi s'arrossega per la gespa després d'un placatge. Dibuixa al teu quadern el jugador lliscant cap a la dreta i representa la força de fregament sobre ell: cap a on apunta i per què?

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Un llum de $3\ \text{kg}$ penja del sostre subjectat per un cable (pren $g = 9,8\ \text{m/s}^2$).

1. a) Quines forces actuen sobre el llum i qui les exerceix?
2. b) Calcula la tensió del cable.

Quan submergeixes una pilota de platja a la piscina i la deixes anar, surt disparada cap amunt. Quina força, a més del pes, actua sobre la pilota mentre està submergida? Quin cos l'exerceix i cap a on apunta?

Un test està recolzat a l'ampit d'una finestra, en repòs. Enumera les forces que actuen sobre ell indicant quin cos exerceix cadascuna, i dibuixa el diagrama de forces al teu quadern.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Un operari arrossega una caixa de $10\ \text{kg}$ pel terra horitzontal amb una força de $60\ \text{N}$, i el fregament val $30\ \text{N}$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$). La figura mostra les forces que actuen sobre la caixa.

1. a) Calcula el pes de la caixa i la normal del terra.
2. b) Calcula la força neta horitzontal i l'acceleració de la caixa.

Un caixó de $20\ \text{kg}$ s'arrossega per un terra per al qual la força de fregament ve donada per $F_r = \mu \cdot N$, amb $\mu = 0,3$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Calcula la força normal sobre el caixó.
2. b) Calcula la força de fregament.
3. c) Quina força horitzontal mínima cal aplicar perquè el caixó avanci amb velocitat constant? Justifica-ho.

Dos equips estiren d'una corda en sentits oposats, cadascun amb una força de $350\ \text{N}$, i la corda no es mou, com es mostra a la figura.

1. a) Quant val la tensió en qualsevol punt de la corda? (Compte: no és la suma de les dues forces; raona per què.)
2. b) Si un dels equips deixa anar la corda, què passa amb la tensió i amb el moviment de la corda? Explica-ho.

Un muntacàrregues puja una càrrega de $60\ \text{kg}$ amb una acceleració de $2\ \text{m/s}^2$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibuixa al teu quadern les forces que actuen sobre la càrrega.
2. b) Calcula el seu pes.
3. c) Aplica el principi fonamental per calcular la tensió del cable.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Una persona de $60\ \text{kg}$ està dreta sobre una bàscula dins d'un ascensor (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$), com es mostra a la figura.

1. a) Quant marca la bàscula amb l'ascensor en repòs?
2. b) Quan l'ascensor accelera cap amunt a $2\ \text{m/s}^2$, la normal val $N = m \cdot (g + a)$: calcula el que marca la bàscula en aquest cas.
3. c) Ha canviat el pes real de la persona? Explica què és el que ha canviat.

Un astronauta té una massa de $80\ \text{kg}$.

1. a) Calcula el seu pes a la Terra ($g = 9,8\ \text{m/s}^2$).
2. b) Calcula el seu pes a la Lluna, on $g = 1,6\ \text{m/s}^2$.
3. c) Ha canviat la seva massa en anar a la Lluna? I el seu pes? Explica la diferència entre ambdós conceptes.

Sobre un llibre recolzat a la taula actuen el pes i la normal, que tenen el mateix valor i sentits oposats. Un alumne afirma: «com que són iguals i oposades, són un parell d'acció i reacció». Explica per què s'equivoca, indicant sobre quin cos actua cadascuna d'aquestes forces i quina és la veritable força «parella» de cadascuna segons el principi d'acció i reacció.

Una pedra pesa $10\ \text{N}$ a l'aire i, penjada d'un dinamòmetre i submergida en aigua, l'aparell marca $6\ \text{N}$, com es mostra a la figura.

1. a) Quant val l'empenta de l'aigua sobre la pedra?
2. b) Cap a on apunta aquesta força?
3. c) Si la pedra es deixés anar dins de l'aigua, s'enfonsaria o flotaria? Raona la resposta comparant el pes amb l'empenta.

Una caixa de $5\ \text{kg}$ està sobre el terra horitzontal i s'empeny amb una força horitzontal de $40\ \text{N}$; el fregament val $20\ \text{N}$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibuixa al teu quadern les quatre forces que actuen sobre la caixa, anomenant cadascuna i el cos que l'exerceix.
2. b) Calcula el valor de les quatre forces.
3. c) Calcula la força neta sobre la caixa i la seva acceleració.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Un camió circula per autopista a velocitat constant i el seu motor exerceix una força de $2000\ \text{N}$.

1. a) Quant val la força de fregament total (aire i rodes) en aquestes condicions? Justifica-ho amb el principi fonamental.
2. b) Si el motor augmenta la seva força a $2600\ \text{N}$ i el fregament es manté, calcula la força neta i explica què li passa a la velocitat del camió.
3. c) El fregament amb l'aire creix amb la velocitat: explica amb l'ajuda d'aquesta dada per què el camió no pot superar una certa velocitat màxima per molt que es trepitgi l'accelerador.

Una persona de $60\ \text{kg}$ està dreta sobre una bàscula dins d'un ascensor i la bàscula marca $660\ \text{N}$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Calcula el pes real de la persona.
2. b) Calcula la força neta que actua sobre ella.
3. c) Dedueix el valor i el sentit de l'acceleració de l'ascensor.

Una locomotora de $2000\ \text{kg}$ estira de dos vagons iguals de $2000\ \text{kg}$ cadascun amb una força de $6000\ \text{N}$ (considera menyspreable el fregament).

1. a) Calcula l'acceleració del conjunt.
2. b) Calcula la tensió de l'enganxall entre la locomotora i el primer vagó.
3. c) Calcula la tensió de l'enganxall entre els dos vagons i explica per què és menor que l'anterior.

Un estudiant empeny un moble cada vegada amb més força: amb $10\ \text{N}$ no es mou, amb $20\ \text{N}$ no es mou, amb $30\ \text{N}$ no es mou i amb $35\ \text{N}$ comença a lliscar.

1. a) Quant valia la força de fregament en cadascun dels tres primers casos? Justifica-ho amb el principi fonamental.
2. b) Quin és el valor màxim de la força de fregament estàtic entre el moble i el terra?
3. c) Un cop en moviment, esperes que el fregament continuï valent el mateix? Raona la resposta amb el que saps del fregament estàtic i del dinàmic.

Un vaixell d'acer de $50000\ \text{kg}$ flota al port, mentre que un pern d'acer de $50\ \text{g}$ s'enfonsa fins al fons (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$), com es mostra a la figura.

1. a) Calcula el pes de cadascun (compte amb les unitats de massa).
2. b) Si el vaixell flota en equilibri, quant val l'empenta de l'aigua sobre ell?
3. c) Explica, parlant del volum d'aigua que desplaça cadascun, com és possible que el vaixell generi una empenta tan gran i el pern no, sent ambdós d'acer.

Un paracaigudista de $70\ \text{kg}$ descendeix amb el paracaigudes obert a velocitat constant de $5\ \text{m/s}$ (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Quant val la força de resistència de l'aire sobre el paracaigudes? Justifica-ho amb el principi fonamental.
2. b) Abans d'obrir-se el paracaigudes, el paracaigudista queia també a velocitat constant, de $50\ \text{m/s}$. Era aleshores la resistència de l'aire major, menor o igual que amb el paracaigudes obert? Raona la resposta.
3. c) Explica què passa amb la força neta en l'instant en què s'obre el paracaigudes i per què el paracaigudista frena fins a assolir una nova velocitat constant.

Un alumne afirma: «la normal sempre val el mateix que el pes». Per comprovar-ho, es col·loca una caixa de $10\ \text{kg}$ sobre el terra i s'estira cap amunt amb una corda que exerceix $30\ \text{N}$, sense arribar a aixecar-la (pren $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibuixa al teu quadern les tres forces verticals que actuen sobre la caixa.
2. b) Com que la caixa està en repòs, calcula el valor de la normal.
3. c) Explica per què l'afirmació de l'alumne és falsa en general i indica en quin cas concret sí que seria certa.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.