Fuerza aplicada en una pendiente en problemas de física

Al empujar un objeto en una pendiente, se puede usar la física para calcular la cantidad de fuerza que se aplica. Por ejemplo, se puede calcular cuánta fuerza se aplica a alguien para empujar un trineo por una colina cubierta de nieve.

Aquí hay algunas preguntas de práctica que se pueden probar.

preguntas de práctica

Utilice la siguiente información para responder a las preguntas: ¿Un padre empuja un trineo que lleva a su hijo por una colina de 200 metros de altura, con una pendiente de 32 grados. El uso de una fuerza constante de 500 newtons paralelo a la superficie de la colina dirigidos, que aumenta la velocidad del trineo de 0 a 4,2 metros por segundo en 5 segundos, momento en el que deja ir. La masa combinada del niño y el trineo es de 65 kilogramos.

1. La cantidad de trabajo que hace el padre empujando a su hijo?

   Redondear su respuesta a los diez julios más cercanas.

2. ¿Cuántas kilojulios de trabajo realiza la fricción entre el momento en que el padre deja ir el trineo y el momento en que el trineo llega a la parte inferior de la colina?

   El coeficiente de fricción cinética entre los corredores del trineo y la nieve es de 0,13. Redondear su respuesta al entero más cercano.

respuestas

Las siguientes son las respuestas a las preguntas de la práctica:

1. 5250 J

   Usa la fórmula trabajo,

   

   dónde W es la cantidad de trabajo realizado sobre un objeto, F es la magnitud de la fuerza ejercida sobre el objeto, re es la distancia que el objeto se mueve, y

   

   es el ángulo entre los vectores de fuerza y ​​distancia. Debido a que la fuerza de 500 Newton es paralela a la superficie de la colina, que debe estar en la misma dirección que la distancia que el trineo se desplaza mientras está siendo empujado. En ese caso,

   

   Para resolver la distancia que el trineo se desplaza, lo que necesita saber la aceleración del trineo dadas las velocidades inicial y final, y lo que necesita saber el tiempo. Comience con la fórmula de velocidad-tiempo:

   

   El seguimiento mediante el uso de la fórmula desplazamiento o la fórmula de velocidad de desplazamiento (utilizado aquí) para resolver para el desplazamiento / distancia recorrida:

   

   Por último, sustituir esto en la fórmula de trabajo, junto con la información dada en la configuración del problema.

   

2. -26 kJ

   Lo primero que necesita para averiguar hasta qué punto se desplaza el trineo.

   

   Utilice la trigonometría para calcular la longitud total de la superficie de la colina:

   

   Se puede determinar hasta qué punto se desplaza el trineo mientras que el padre lo empuja al encontrar primero la aceleración con la fórmula de velocidad-tiempo:

   

   A continuación, utilice la fórmula desplazamiento o la fórmula de velocidad de desplazamiento (utilizado aquí) para resolver para el desplazamiento:

   

   Eso deja a 377,4 m - 10,5 m = 366,9 m para la porción de no pulsar el descenso del trineo. Entonces, para encontrar la cantidad de fuerza que ejerce la fricción después de que los deja de empujar, dibujar un diagrama de cuerpo libre:

   

   Utilice la segunda ley de Newton en la dirección vertical (F_GRAMO = mamá_GRAMO = mg en la superficie de la Tierra):

   

   Utilice la definición de la fricción,

   

   para resolver la fuerza de fricción.

   

   A continuación, utilice ese valor en la fórmula de trabajo. Debido a que la fuerza de fricción se ejecuta opuesta al movimiento de un objeto, el ángulo entre los vectores de fuerza y ​​la distancia es de 180 grados.

   

   Finalmente, convertir en las unidades deseadas: