SOLUCIÓN EXAMEN 4ESO FÍSICA: LEYES DE NEWTON

1.       Calcula el coeficiente de rozamiento entre el bloque 1 y la superficie horizontal, así como la tensión de la cuerda en el siguiente problema, sabiendo que las masas de los bloques son M1=40 Kg y M2=18 Kg y que la aceleración vale 0,25 m/s². [1 dibujo de todas las fuerzas; 1 aplicación de la 2ª Ley de Newton; 0,5 uso de unidades; 1 despeja antes de sustituir datos numéricos; 0,5 cada resultado]

Nota: M1 es el de la izquierda, M2 el de la derecha que está suspendido en el aire. El valor de g se debe conocer.

Dibujamos las fuerzas, de color verde. Siendo T la tensión, P los pesos, N la reacción normal al peso 1, y Fr la fuerza de rozamiento.

                Aplicamos la 2ª Ley de Newton a cada cuerpo, y en cada dimensión, (Nos permitimos la licencia de no escribir la notación vectorial, las fuerzas son vectores, para no complicar la escritura de la solución en el blog):

Cuerpo 1 …………………………  Vertical:   N=P₁   Hay equilibrio entre las componentes verticales.

                                                     Horizontal:   T-Fr=M₁ ·a

Cuerpo 2 ………………………… Vertical:    P₂-T=M₂·a

La fuerza de rozamiento incluye al coeficiente de rozamiento a través de su definición:

                                                               Fr=µ·N=µ·P₁=µ·M₁·g

Para aplicar la Segunda Ley de Newton debemos tener en cuenta que las fuerzas a favor del movimiento las escribimos como positivas, y las fuerzas en contra del movimiento negativas, (van restando). Además ambos bloques al estar unidos por una cuerda, siendo esta inextensible e irrompible, se moverán con la misma velocidad y aceleración.

Como consecuencia, tengo un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, la aceleración y la tensión. Las reescribo remarcando las incógnitas de rojo:

T-Fr=M₁ ·a                                            P₂-T=M₂·a

Resolvemos el sistema calculando primero la tensión desde la segunda ecuación, la del cuerpo número 2.

                P₂-T=M₂·a                          T=P₂- M_2··a=M₂g-M₂a=M₂(g-a)=18Kg(9,8-0,25)m/s²=171’9 N

Conociendo la tensión, ahora en la ecuación 1 podemos calcular el coeficiente de rozamiento que está albergado en la fuerza de rozamiento.

T-Fr=M₁ ·a                          T- µ·M₁·g= M₁ ·a                T- M₁ ·a  = µ·M₁·g

µ= (T- M₁ ·a )/M₁·g=(171’9N-40Kg·0,25m/s²)/(40Kg·9,8m/s²)=0,41

2.       Apoyándote en la Ley Física correspondiente, explica por qué al dejar salir el aire de un globo inflado, este empieza a volar sobre nuestras cabezas. [1 punto respuesta correcta; 1 punto expresión y uso de términos científicos haciendo uso de una redacción]

Cuando soltamos la boquilla del globo, las paredes de goma elástica del globo empujan al aire hacia el exterior, saliendo por la apertura. Pero de acuerdo con la 3ª Ley de Newton, el aire a su vez empuja al globo con una fuerza igual pero de sentido apuesto a la que ejerce el globo sobre el aire. (Acción y Reacción).

        Como resultado el aire es impulsado a la izquierda y el globo a la derecha, ya que se empujan el uno al otro.

                      

3.       La tierra gira alrededor del Sol. Supongamos que lo hace con la misma cadencia, con el mismo ritmo. ¿Existe en este caso aceleración? ¿Por qué? [. [1 punto respuesta correcta; 1 punto expresión y uso de términos científicos haciendo uso de una redacción]

Aunque la Tierra se mueva con la misma “velocidad”, nos estamos refiriendo a que se mueve a la misma intensidad de velocidad, de celeridad. En este caso lo hace a unos 105.000 Km/h. Sin embargo la velocidad es un vector, y cuando un cuerpo gira alrededor de otro la velocidad está cambiando continuamente de dirección, aunque no de módulo, (celeridad). Por tanto el vector velocidad está cambiando y el ritmo de este cambio lo medirá la aceleración, que por tanto habrá.

4.       A) Un coche se mueve a velocidad constante entre Illescas y Madrid, digamos a una velocidad de 120 Km/h. Dibuja los vectores velocidad y aceleración.

B) Otro coche se mueve a velocidad constante entre Madrid e Illescas, a una velocidad de 80 Km/h. Dibuja los vectores velocidad y aceleración en este caso.

C) ¿Existe o no fuerza neta sobre los coches anteriores? ¿Por qué?

[A Y B, Dibujo de la velocidad en ambos 0,5, la aceleración en ambos 0,5. Respuesta correcta a C 0,5, explicaciones 0,5]

A la izquierda está Illescas, y la derecha Madrid. No hay aceleración en ninguno de los casos porque se trata de un movimiento rectilíneo y uniforme

En cuanto a las fuerzas, si no hay aceleración bien por la segunda Ley de Newton, bien por la primera Ley de Newton, deducimos que la fuerza neta sobre cada coche es cero. Esto no quiere decir que no haya fuerzas, si no que si hubiera dos fuerzas las dos son de la misma intensidad pero de sentido opuesto.