Física Fundamental: Conceptos Clave y Resolución de Problemas de Mecánica

Conceptos Fundamentales de Mecánica

Emparejamiento de Términos Físicos

Empareje cada término con su descripción más adecuada:

1. Aceleración de la gravedad
2. Tiempo de vuelo
3. Velocidad final
4. Altura máxima

Descripciones:

1. La velocidad de un cuerpo en caída libre al final de su trayectoria.
2. El tiempo que tarda un objeto en caer desde una cierta altura hasta el suelo.
3. La distancia vertical máxima que alcanza un objeto en su trayectoria de caída o lanzamiento vertical.
4. La aceleración que experimenta un objeto en caída libre en el vacío, aproximadamente 9.81 m/s² cerca de la superficie de la Tierra.

Respuesta Correcta:

• 1-D: Aceleración de la gravedad
• 2-B: Tiempo de vuelo
• 3-A: Velocidad final
• 4-C: Altura máxima

Resolución de Problemas de Cinemática

Problema 1: Tiro Vertical Hacia Arriba

Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 30 m/s. ¿Qué altura máxima alcanza la pelota? ¿Cuál es el tiempo total empleado por la pelota hasta caer al piso?

Datos:

• Velocidad inicial (V₀) = 30 m/s
• Velocidad final en la altura máxima (V_f) = 0 m/s
• Aceleración de la gravedad (g) = -9.81 m/s² (considerando el sistema de referencia hacia arriba positivo)
• Altura (h) = ?
• Tiempo total (t_total) = ?

Cálculo de la Altura Máxima (h):

Utilizamos la fórmula de cinemática:

V_f² = V₀² + 2gh

Despejando h:

h = (V_f² - V₀²) / (2g)

Sustituyendo los valores:

h = (0² - (30 m/s)²) / (2 × (-9.81 m/s²))

h = (-900 m²/s²) / (-19.62 m/s²)

h ≈ 45.87 m

Cálculo del Tiempo para Alcanzar la Altura Máxima (t_subida):

Utilizamos la fórmula de cinemática:

V_f = V₀ + gt

Despejando t:

t_subida = (V_f - V₀) / g

Sustituyendo los valores:

t_subida = (0 m/s - 30 m/s) / (-9.81 m/s²)

t_subida = (-30 m/s) / (-9.81 m/s²)

t_subida ≈ 3.06 s

Cálculo del Tiempo Total de Vuelo (t_total):

Para un tiro vertical que regresa al punto de partida, el tiempo de subida es igual al tiempo de bajada.

t_total = 2 × t_subida

t_total = 2 × 3.06 s

t_total ≈ 6.12 s

Problema 2: Lanzamiento Vertical Hacia Abajo

Una pelota se lanza verticalmente hacia abajo desde la parte más alta de un edificio. Si recorre 50 metros en 3 segundos, ¿Cuál es su velocidad inicial?

(Nota: Este problema está planteado, pero la resolución no fue proporcionada en el documento original.)

Leyes de Newton del Movimiento

A continuación, se presenta una tabla con las tres Leyes de Newton, sus definiciones y ejemplos ilustrativos:

Conceptos Adicionales de Física

Velocidad Angular en Movimiento Circular

¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe mejor el concepto de velocidad angular en el movimiento circular?

c) Es la rapidez con la que el ángulo entre la posición inicial y la posición actual cambia con respecto al tiempo.

Fuerza Resultante en un Sistema de Fuerzas

¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe mejor la fuerza resultante en un sistema de fuerzas?

a) Es la suma vectorial de todas las fuerzas presentes en el sistema.

Fórmulas para el Cálculo de Fuerzas Resultantes

A continuación, se presentan las fórmulas para calcular la fuerza resultante (F_r) en diferentes escenarios:

• Cuando las fuerzas tienen la misma dirección y sentido:

  F_r = F₁ + F₂ + F₃ + ...

• Cuando las fuerzas tienen la misma dirección pero sentidos opuestos:

  F_r = |F₂ - F₁| (donde F₂ es la fuerza de mayor magnitud)

• Cuando las direcciones son perpendiculares (Teorema de Pitágoras):

  F_r = √(F₁² + F₂²)