Ejercicios: Fuerzas cotidianas: peso, normal, rozamiento, tensión y empuje

Calcule el peso de una mochila de $5\ \text{kg}$ (tome $g = 9,8\ \text{m/s}^2$) e indique hacia dónde apunta esa fuerza.

Una báscula de baño marca $60\ \text{kg}$.

1. a) ¿Qué mide realmente la báscula: la masa o el peso?
2. b) ¿Cuál es el peso de esa persona en newtons (tome $g = 9,8\ \text{m/s}^2$)?
3. c) ¿Qué marcaría la báscula en la Luna, donde la gravedad es menor? Razone la respuesta.

Un libro de $2\ \text{kg}$ está quieto sobre una mesa (tome $g = 9,8\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibuje en su cuaderno las fuerzas que actúan sobre el libro.
2. b) Calcule el peso del libro y la fuerza normal que ejerce la mesa.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Una taza está apoyada sobre la encimera de la cocina. ¿Qué cuerpo ejerce la fuerza normal sobre la taza? ¿En qué dirección apunta? ¿Por qué cree usted que se llama fuerza «normal»?

Un jugador de rugby se arrastra por el césped tras un placaje. Dibuje en su cuaderno al jugador deslizándose hacia la derecha y represente la fuerza de rozamiento sobre él: ¿hacia dónde apunta y por qué?

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Una lámpara de $3\ \text{kg}$ cuelga del techo sujeta por un cable (tome $g = 9,8\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Qué fuerzas actúan sobre la lámpara y quién las ejerce?
2. b) Calcule la tensión del cable.

Una maceta está apoyada en el alféizar de una ventana, en reposo. Enumere las fuerzas que actúan sobre ella indicando qué cuerpo ejerce cada una, y dibuje el diagrama de fuerzas en su cuaderno.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Un operario arrastra una caja de $10\ \text{kg}$ por el suelo horizontal con una fuerza de $60\ \text{N}$, y la fricción vale $30\ \text{N}$ (tome $g = 10\ \text{m/s}^2$). La figura muestra las fuerzas que actúan sobre la caja.

1. a) Calcule el peso de la caja y la normal del suelo.
2. b) Calcule la fuerza neta horizontal y la aceleración de la caja.

Un cajón de $20\ \text{kg}$ se arrastra por un piso para el que la fuerza de rozamiento viene dada por $F_r = \mu \cdot N$, con $\mu = 0,3$ (tome $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Calcule la fuerza normal sobre el cajón.
2. b) Calcule la fuerza de rozamiento.
3. c) ¿Qué fuerza horizontal mínima hay que aplicar para que el cajón avance con velocidad constante? Justifíquelo.

Dos equipos tiran de una cuerda en sentidos opuestos, cada uno con una fuerza de $350\ \text{N}$, y la cuerda no se mueve, como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuánto vale la tensión en cualquier punto de la cuerda? (Cuidado: no es la suma de las dos fuerzas; razone por qué.)
2. b) Si uno de los equipos suelta la cuerda, ¿qué ocurre con la tensión y con el movimiento de la cuerda? Explíquelo.

Un montacargas sube una carga de $60\ \text{kg}$ con una aceleración de $2\ \text{m/s}^2$ (tome $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibuje en su cuaderno las fuerzas que actúan sobre la carga.
2. b) Calcule su peso.
3. c) Aplique el principio fundamental para calcular la tensión del cable.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Una persona de $60\ \text{kg}$ está de pie sobre una báscula dentro de un ascensor (tome $g = 10\ \text{m/s}^2$), como se muestra en la figura.

1. a) ¿Cuánto marca la báscula con el ascensor en reposo?
2. b) Cuando el ascensor acelera hacia arriba a $2\ \text{m/s}^2$, la normal vale $N = m \cdot (g + a)$: calcule lo que marca la báscula en ese caso.
3. c) ¿Ha cambiado el peso real de la persona? Explique qué es lo que ha cambiado.

Un astronauta tiene una masa de $80\ \text{kg}$.

1. a) Calcule su peso en la Tierra ($g = 9,8\ \text{m/s}^2$).
2. b) Calcule su peso en la Luna, donde $g = 1,6\ \text{m/s}^2$.
3. c) ¿Ha cambiado su masa al ir a la Luna? ¿Y su peso? Explique la diferencia entre ambos conceptos.

Sobre un libro apoyado en la mesa actúan el peso y la normal, que tienen el mismo valor y sentidos opuestos. Un estudiante afirma: «como son iguales y opuestas, son un par de acción y reacción». Explique por qué se equivoca, indicando sobre qué cuerpo actúa cada una de esas fuerzas y cuál es la verdadera fuerza «pareja» de cada una según el principio de acción y reacción.

Una caja de $5\ \text{kg}$ está sobre el suelo horizontal y se la empuja con una fuerza horizontal de $40\ \text{N}$; la fricción vale $20\ \text{N}$ (tome $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibuje en su cuaderno las cuatro fuerzas que actúan sobre la caja, nombrando cada una y el cuerpo que la ejerce.
2. b) Calcule el valor de las cuatro fuerzas.
3. c) Calcule la fuerza neta sobre la caja y su aceleración.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.

Un camión circula por autopista a velocidad constante y su motor ejerce una fuerza de $2000\ \text{N}$.

1. a) ¿Cuánto vale la fuerza de rozamiento total (aire y ruedas) en esas condiciones? Justifíquelo con el principio fundamental.
2. b) Si el motor aumenta su fuerza a $2600\ \text{N}$ y el rozamiento se mantiene, calcule la fuerza neta y explique qué le ocurre a la velocidad del camión.
3. c) El rozamiento con el aire crece con la velocidad: explique con ayuda de este dato por qué el camión no puede superar cierta velocidad máxima por mucho que se pise el acelerador.

Una persona de $60\ \text{kg}$ está de pie sobre una báscula dentro de un ascensor y la báscula marca $660\ \text{N}$ (tome $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Calcule el peso real de la persona.
2. b) Calcule la fuerza neta que actúa sobre ella.
3. c) Deduzca el valor y el sentido de la aceleración del ascensor.

Una locomotora de $2000\ \text{kg}$ tira de dos vagones iguales de $2000\ \text{kg}$ cada uno con una fuerza de $6000\ \text{N}$ (considere despreciable el rozamiento).

1. a) Calcule la aceleración del conjunto.
2. b) Calcule la tensión del enganche entre la locomotora y el primer vagón.
3. c) Calcule la tensión del enganche entre los dos vagones y explique por qué es menor que la anterior.

Un estudiante empuja un mueble cada vez con más fuerza: con $10\ \text{N}$ no se mueve, con $20\ \text{N}$ no se mueve, con $30\ \text{N}$ no se mueve y con $35\ \text{N}$ empieza a deslizar.

1. a) ¿Cuánto valía la fuerza de rozamiento en cada uno de los tres primeros casos? Justifíquelo con el principio fundamental.
2. b) ¿Cuál es el valor máximo de la fuerza de rozamiento estático entre el mueble y el piso?
3. c) Una vez en movimiento, ¿espera usted que el rozamiento siga valiendo lo mismo? Razone la respuesta con lo que sabe del rozamiento estático y del dinámico.

Un paracaidista de $70\ \text{kg}$ desciende con el paracaídas abierto a velocidad constante de $5\ \text{m/s}$ (tome $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) ¿Cuánto vale la fuerza de resistencia del aire sobre el paracaídas? Justifíquelo con el principio fundamental.
2. b) Antes de abrirse el paracaídas, el paracaidista caía también a velocidad constante, de $50\ \text{m/s}$. ¿Era entonces la resistencia del aire mayor, menor o igual que con el paracaídas abierto? Razone la respuesta.
3. c) Explique qué ocurre con la fuerza neta en el instante en que se abre el paracaídas y por qué el paracaidista frena hasta alcanzar una nueva velocidad constante.

Un estudiante afirma: «la normal siempre vale lo mismo que el peso». Para comprobarlo, se coloca una caja de $10\ \text{kg}$ sobre el suelo y se tira de ella hacia arriba con una cuerda que ejerce $30\ \text{N}$, sin llegar a levantarla (tome $g = 10\ \text{m/s}^2$).

1. a) Dibuje en su cuaderno las tres fuerzas verticales que actúan sobre la caja.
2. b) Como la caja está en reposo, calcule el valor de la normal.
3. c) Explique por qué la afirmación del estudiante es falsa en general e indique en qué caso concreto sí sería cierta.

Puede hacerlo en papel y enviar una foto con su respuesta.