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?

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

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

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

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

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

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

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

Completa la frase y pon 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 suelo de la cocina. Toma $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.

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

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

1. a) Explica qué diferencia hay entre el rozamiento en reposo y el rozamiento en movimiento.
2. b) ¿Qué pasaría con la fuerza necesaria si antes quitaras los cojines y vaciaras los cajones? Razona la respuesta.

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

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

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

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

Arrastrar una cómoda pesada por la moqueta cuesta mucho más que por un suelo de mármol pulido.

1. a) Explica por qué, hablando del rozamiento entre las superficies en contacto.
2. b) Nombra una situación en la que interese que el rozamiento sea grande y otra en la que interese que sea pequeño.

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

1. a) ¿Qué consiguen con ello? Relaciónalo con el rozamiento.
2. b) Da otro ejemplo de deporte o de máquina en el que se use cera, aceite u otro lubricante, y explica su función.

En un choque, la cabeza del conductor tiende a seguir moviéndose hacia delante (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) Relaciona tu 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) Explica 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) Nombra las dos fuerzas que actúan sobre el libro, quién ejerce cada una y en qué sentido.
2. b) Explica por qué esas dos fuerzas no forman un par acción-reacción.
3. c) Indica 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?).

Tiras 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 tiras con $50\ \text{N}$ (y el rozamiento sigue valiendo lo mismo): calcula 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: explícalo.

Dos coches 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, explica por qué los dos desaceleran por igual.
2. b) Razona cuál de los dos necesitará más tiempo para pararse y, por tanto, más metros.
3. c) Con esta idea, explica por qué en 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 conducción se recomienda duplicar o triplicar la distancia de seguridad cuando llueve.

1. a) Explica qué le pasa al rozamiento entre el neumático y la calzada en mojado (el agua hace de «lubricante»).
2. b) Relaciona ese menor rozamiento con la fuerza máxima de frenado disponible y, usando la segunda ley, con la desaceleración que puede conseguir el coche.
3. c) Concluye: ¿por qué con lluvia hay que ir más despacio aunque el coche y los frenos sean exactamente los mismos?

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

1. a) Explica, con la primera ley, qué hace el cuerpo de un pasajero sin cinturón en el momento del impacto.
2. b) Explica 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, razona por qué eso reduce la fuerza que sufre la cabeza.

Hay que empujar un coche averiado para apartarlo de la calzada. Cuesta muchísimo ponerlo en marcha, pero una vez que rueda se mantiene en movimiento con un empuje suave.

1. a) Explica el primer tramo con la inercia y con el rozamiento en reposo.
2. b) Explica el segundo tramo con el rozamiento en movimiento y la primera ley.
3. c) Si sobre asfalto llano dejarais de empujar, ¿se pararía el coche al instante? Razona la respuesta.

Los tramos con gravilla suelta son especialmente peligrosos en las curvas.

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

Los coches 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 coche indeformable: explica por qué en realidad sería peor para los pasajeros.
2. b) Relaciona 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?