Ejercicios: Aplicaciones cotidianas: peso, normal, rozamiento y seguridad vial

Una lámpara está quieta sobre la mesita de noche y no cae al suelo, como se muestra en la figura.

La Tierra tira de ella hacia abajo con su peso: ¿qué otra fuerza actúa sobre la lámpara, quién la ejerce y en qué dirección y sentido?

Nombre dos situaciones cotidianas en las que el rozamiento nos ayuda (sin él no podríamos hacer algo) y explique cada una brevemente.

Nombre dos situaciones cotidianas en las que el rozamiento estorba (gasta energía, desgasta piezas o calienta) y explique cómo se suele reducir en cada caso.

Explique por qué es tan fácil resbalar al caminar sobre una acera helada. ¿Qué tiene que ver la fricción? ¿Por qué se echa sal o arena sobre el hielo?

Explique para qué sirve el casco de la bicicleta pensando en lo que le pasaría a su cabeza en una caída, con y sin casco. ¿Qué ventaja tiene que el golpe dure un poquito más?

Los neumáticos de los carros llevan un dibujo en la banda de rodamiento y hay que cambiarlos cuando están «lisos». Explique para qué sirve ese dibujo y qué peligro tiene circular con llantas lisas, sobre todo con la calzada mojada.

Sostiene en la mano abierta, sin que se mueva, una bolsa con $2\ \text{kg}$ de naranjas, como se muestra en la figura. Tome $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) ¿Cuánto pesa la bolsa?
2. b) ¿Con qué fuerza empuja su mano hacia arriba? Justifíquelo pensando en que la bolsa no acelera.

Complete la frase y ponga un ejemplo de la vida cotidiana: «La fuerza de rozamiento entre dos superficies en contacto siempre se opone al $\dots$ relativo entre ellas, o a la tendencia a $\dots$».

Una lavadora de $60\ \text{kg}$ está quieta sobre el piso de la cocina. Tome $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.

1. a) Calcule su peso.
2. b) ¿Cuánto vale la fuerza normal que el piso ejerce sobre ella? Justifíquelo.
3. c) Peso y normal son fuerzas iguales y de sentido contrario, pero NO forman un par acción-reacción: explique por qué (pista: fíjese en sobre qué cuerpo actúa cada una).

Para arrastrar el sofá por la sala hay que empujar fuerte al principio, pero una vez que se mueve se desliza con menos esfuerzo.

1. a) Explique qué diferencia hay entre el rozamiento en reposo y el rozamiento en movimiento.
2. b) ¿Qué pasaría con la fuerza necesaria si antes quitara los cojines y vaciara los cajones? Razone la respuesta.

Frenar en bicicleta sobre una placa de hielo es muy peligroso.

1. a) Explique qué les pasa a la rueda y al rozamiento si frena fuerte sobre hielo.
2. b) Prediga por qué es mejor frenar suavemente y usar sobre todo el freno trasero en esa situación.

Ordene estas situaciones de menor a mayor distancia de frenado y justifique el orden pensando en la velocidad y en el rozamiento disponible:

1. a) Un carro a $50\ \text{km/h}$ con la calzada seca.
2. b) El mismo carro a $50\ \text{km/h}$ con la calzada mojada.
3. c) El mismo carro a $100\ \text{km/h}$ con la calzada seca.

Arrastrar una cómoda pesada por la alfombra cuesta mucho más que por un piso de mármol pulido.

1. a) Explique por qué, hablando de la fricción entre las superficies en contacto.
2. b) Nombre una situación en la que interese que la fricción sea grande y otra en la que interese que sea pequeña.

Los esquiadores enceran la base de los esquís antes de una competición.

1. a) ¿Qué consigue con ello? Relaciónelo con el rozamiento.
2. b) Dé otro ejemplo de deporte o de máquina en el que se use cera, aceite u otro lubricante, y explique su función.

En un choque, la cabeza del conductor tiende a seguir moviéndose hacia adelante (primera ley). El airbag se infla en una fracción de segundo para frenarla.

1. a) ¿Por qué es menos dañino frenar la cabeza con el airbag que contra el volante?
2. b) Relacione su respuesta con la segunda ley: ¿qué le pasa a la fuerza si la frenada se reparte en más tiempo?

El casco de moto lleva por dentro una capa gruesa de espuma que se deforma al recibir un golpe.

1. a) Explique qué ventaja tiene que la espuma se deforme en lugar de ser totalmente rígida.
2. b) ¿Por qué se recomienda cambiar el casco después de un golpe fuerte aunque por fuera parezca intacto?

Un libro está quieto sobre una mesa, como se muestra en la figura.

1. a) Nombre las dos fuerzas que actúan sobre el libro, quién ejerce cada una y en qué sentido.
2. b) Explique por qué esas dos fuerzas no forman un par acción-reacción.
3. c) Indique cuál es la verdadera reacción del peso del libro (pista: ¿a quién atrae el libro?) y la verdadera reacción de la normal (pista: ¿qué fuerza hace el libro sobre la mesa?).

Usted tira de un carrito de equipaje de $10\ \text{kg}$ por el suelo del aeropuerto con una fuerza horizontal de $30\ \text{N}$, como se muestra en la figura, y el carrito avanza a velocidad constante.

1. a) ¿Cuánto vale la fuerza neta sobre el carrito? ¿Cuánto vale entonces el rozamiento?
2. b) De repente usted tira con $50\ \text{N}$ (y el rozamiento sigue valiendo lo mismo): calcule la aceleración del carrito.
3. c) La primera ley dice que sin fuerzas un cuerpo seguiría moviéndose: ¿por qué hay que seguir tirando para mantener la velocidad constante? No hay contradicción: explíquelo.

Dos carros idénticos (misma masa) circulan uno a $50\ \text{km/h}$ y otro a $100\ \text{km/h}$, y ambos frenan a la vez con la misma fuerza de frenado.

1. a) Usando la segunda ley, explique por qué los dos desaceleran por igual.
2. b) Razone cuál de los dos necesitará más tiempo para detenerse y, por tanto, más metros.
3. c) Con esta idea, explique por qué en la ciudad el límite es de $30\ \text{km/h}$ o de $50\ \text{km/h}$ y no de $120\ \text{km/h}$.

En los cursos de manejo se recomienda duplicar o triplicar la distancia de seguridad cuando llueve.

1. a) Explique qué le pasa a la fricción entre la llanta y la calzada en mojado (el agua hace de «lubricante»).
2. b) Relacione esa menor fricción con la fuerza máxima de frenado disponible y, usando la segunda ley, con la desaceleración que puede conseguir el carro.
3. c) Concluya: ¿por qué con lluvia hay que ir más despacio aunque el carro y los frenos sean exactamente los mismos?

Analice un choque frontal a $50\ \text{km/h}$ con las leyes de Newton:

1. a) Explique, con la primera ley, qué hace el cuerpo de un pasajero sin cinturón en el momento del impacto.
2. b) Explique qué dos cosas hace el cinturón para protegerlo: sujetarlo y repartir la fuerza por zonas resistentes del cuerpo.
3. c) El airbag alarga el tiempo que dura la frenada de la cabeza: usando la segunda ley, razone por qué eso reduce la fuerza que sufre la cabeza.

Hay que empujar un carro descompuesto para sacarlo de la calle. Cuesta muchísimo ponerlo en marcha, pero una vez que rueda se mantiene en movimiento con un empuje suave.

1. a) Explique el primer tramo con la inercia y con el rozamiento en reposo.
2. b) Explique el segundo tramo con el rozamiento en movimiento y la primera ley.
3. c) Si sobre asfalto plano dejaran de empujar, ¿se detendría el carro al instante? Razone la respuesta.

Los tramos con lastre suelto son especialmente peligrosos en las curvas.

1. a) Explique, con la primera ley, qué tiende a hacer un carro al llegar a una curva.
2. b) ¿Qué fuerza es la que realmente consigue que el carro gire? ¿Qué pasa si esa fuerza es pequeña porque hay lastre suelto?
3. c) Relacione lo anterior con las señales de «lastre suelto» y con la recomendación de reducir la velocidad antes de la curva, no durante.

Los carros modernos se diseñan con «zonas de deformación programada»: la carrocería se arruga de forma controlada durante un choque.

1. a) A primera vista parece mejor un carro indeformable: explique por qué en realidad sería peor para los pasajeros.
2. b) Relacione la deformación con el tiempo que dura la frenada del choque y, usando la segunda ley, con la fuerza que llega a los pasajeros.
3. c) ¿Qué parecido tiene este diseño con el airbag y con la espuma del casco?