A manera de ilustración presentamos el mapa Conceptual para representar el concepto de Mapa Conceptual dado al inicio de esta cuartilla.
Mapa conceptual del concepto dado de mapa conceptual

Temática: Segunda ley del movimiento mecánico (Ley de la fuerza). Caso particular y general para la traslación. Impulso y cantidad de movimiento lineal de una partícula. Movimiento rectilíneo uniforme (MRU) Primera ley del movimiento mecánico (Ley de la Inercia) Sistemas de referencia inerciales y no inerciales. Tercera ley del movimiento mecánico (Ley de acción y reacción). Impulso y Cantidad de Movimiento Lineal.
Objetivos:
Información teórica básica:
Ejercicios resueltos.
1.- Dos bloques están en contacto sobre una mesa carente de fricción. Se aplica una fuerza horizontal a un bloque, como se muestra en la figura. a) Si m1= 2,4 kg, m2= l,2 kg y F= 3,2 N, halle la fuerza de contacto entre los dos bloques. b) Demuestre que si se aplica la misma fuerza F a m2 en lugar de a m1, la fuerza de contacto entre los bloques es 2,1 N, el cual no es el mismo valor obtenido en (a).
Explique.

Luego de realizar una cuidadosa lectura del problema
pasamos a extraer los datos:
m1= 2,4 kg, m2= l,2 kg, F= 3,2 N
a) Calculemos F12, si la fuerza F se aplica sobre m1
b) Calculemos F12, si la fuerza F se aplica sobre m2
A continuación confeccionamos los diagramas de fuerza de los bloques que integran el sistema, representando las fuerzas que actúan sobre ellos.

Después de construidos los diagramas de fuerza de los bloques, pasamos a expresar las ecuaciones
que dan cumplimiento a la segunda ley del movimiento mecánico.
∑ Fx= m1a ∑Fy = 0 ∑ Fx= m2a ∑Fy = 0
F-F21=m1a (1) N1-m1g = 0 F12= m2a (2) N2- m2g = 0
Teniendo en cuenta que las fuerzas F12 y F21 son fuerzas de acción y reacción y por tanto iguales en módulo, al sumar las ecuaciones 1 y 2 se anulan, obteniéndose que: F= (m1 + m2) a, lo que implica que a =F/(m1 + m2)
Calculando la aceleración ya puedo hallar la fuerza de interacción, utilizando cualquiera de las dos ecuaciones (1 ó 2), ya que:
F21= F-m1a, según 1 y F12= m2a, según 2, por lo que:
F12= m2F/(m1 + m2)
F12= F(m2/m1
+ m2)
F21= F-m1 F/(m1 + m2)
F21=F(1- m1/
m1 + m2)
F12= F(m2/m1 + m2)
Como se observa en este caso F12 = F21
b) Replanteemos el problema para este segundo caso, donde la fuerza F se aplica sobre m2.
Diagramas de fuerzas de ambos cuerpos

∑ Fx= m1a ∑Fy = 0 ∑ Fx= m2a ∑Fy = 0
F21=m1a (1) N1-m1g = 0 F-F12= m2a (2) N2- m2g = 0
Si sumamos la aceleración 1 y la 2 obtenemos que: F= (m1 + m2) a, lo que implica que a =F/(m1 + m2)
Hallemos ahora F21 de (1) F21=F(m1/
m1 + m2) y de la aceleración (2) obtenemos
F12= F-( m2/m1 + m2)
F12=F (m1/ m1 + m2)
Como se puede observar en ambos casos las fuerzas de aceleración no son iguales, a pesar de tener el mismo valor de la aceleración.
Al aplicársele la fuerza F sobre m1, una parte de la misma es empleada por este cuerpo en moverse con aceleración a y la parte restante en interactuar con el bloque 2. Si se aplica sobre el otro bloque entonces una fracción inferior de la fuerza aplicada la empleará en moverse con aceleración a y la fracción mayor restante en interactuar con el bloque 1.
2.- Calcule la aceleración del sistema de cuerpos de la figura y la tensión del hilo, suponiendo que este es inextensible y de masa despreciable. Suponga que el rozamiento puede despreciarse.
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Diagramas de fuerza de los bloques y del hilo

Ante todo debemos interpretar el enunciado del problema, extrayendo los datos e identificándonos con las incógnitas.
Datos: m1, m2, F, hilo inextensible, mhilo=0 y fricción=0
Incógnitas: a1 y a2 (aceleración de cada cuerpo), T1 y T2 (tensión del hilo en cada extremo)
Como el hilo carece de masa entonces para el ∑F = 0, lo que quiere decir que las tensiones en sus extremos serán iguales, por lo que T1 =T2 =T y atendiendo a esto podemos plantear para los bloques que: T =m1a y F-T = m2a, asumiendo que el sentido positivo es el del movimiento de los cuerpos.
Si sumamos estas ecuaciones se cancelan las T y obtenemos que F = (m1+ m2)a, por lo que
a = F/ (m1+ m2)
Ahora tomando el valor hallado de la aceleración podemos calcular la tensión en el hilo, por lo cual
T = m1a
T = F(m1/
m1 + m2)
Ejercicios propuestos.
1 -

Un bloque de masa m esta suspendido del techo por un cordel C y un
cordel similar D esta atado a la base del bloque, como se muestra en la
figura. Si tiramos bruscamente por D se parte este cordel, mas si
tiramos lentamente por D se parte por C. Explique físicamente a que
se debe esto.
2 - ¿Puede ser considerada la primera ley de Newton simplemente como un caso especial cuando
a = 0 de la segunda ley? ¿De ser así es necesaria la primera ley? Explique.
3 – Comente si los siguientes pares de fuerzas son fuerzas de acción y reacción. a) La tierra atrae a un cuerpo y este atrae a la tierra. b) Un aeroplano a hélice empuja el aire hacia la cola y el aire empuja a el aeroplano hacia delante. c) La tierra atrae a un cuerpo hacia abajo y el suelo empuja el cuerpo hacia arriba con una fuerza igual y opuesta.
4 – Un elevador que pesa 1250 N se eleva mediante un cable con una aceleración de 3,8 m/s2.
a) ¿Cuál es la tensión en el cable? b) ¿Cuál es la tensión cuando el elevador esta acelerado hacia abajo a razón de 3,8 m/s2 pero se mueve todavía hacia arriba?
5 –

La figura muestra tres cajas con masas de M1=45,2 kg
M2=22,8 kg y M3=34,3 kg sobre una superficie
horizontal carente de fricción. a) ¿Qué fuerza
horizontal F se necesita para empujar las cajas para la derecha, como si fueran una sola unidad con una aceleración de 1,32 m/s2? b) halle la fuerza ejercida por el bloque 2 sobre el bloque 3. c) Halle la fuerza ejercida por el bloque 1 sobre el bloque 2.
6 –

Un bloque de m1 = 3,70 kg esta sobre un plano inclinado de
ángulo 280 y unido por una cuerda que pasa por una polea
pequeña sin fricción y sin masa a un segundo bloque de
masa m2= 1,86 kg que cuelga verticalmente, como se observa
en la figura.
a) ¿Cuál es la aceleración de cada bloque?
b) Halle la tensión en la cuerda.
7 -

Alguien ejerce una fuerza F directamente hacia arriba sobre el eje de la polea, que se muestra en la figura.
Considere que la polea y el cable carecen de masa y que el buje carece de fricción. Dos cuerpos, m1 de masa 1,2 kg
y m2 de masa 1,9 kg están unidos, como se muestra en la figura, a los extremos del cable el cual pasa por sobre la polea. El cuerpo 2 esta en contacto con el suelo.
a) ¿Cuál es el valor mayor que la fuerza F puede tener de modo que el cuerpo 2 se mantenga en reposo en el suelo?
b) ¿Cuál es el valor de la tensión en el cable cuando la fuerza Fes de 110 N?
c) Con el valor de la tensión calculado en el inciso anterior ¿Cuál será la aceleración del cuerpo 1?
8 -
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Una cadena que tiene cinco eslabones, cada uno de los cuales tiene una masa de 100 g, se levanta verticalmente con una aceleración constante de 2,5 m/s2 como se muestra en la figura. Halle:
a) Las fuerzas que actúan entre los eslabones adyacentes.
b) La fuerza F ejercida en el eslabón superior por el agente que eleva la cadena.
c) La fuerza neta en cada eslabón.
9 -
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Tres bloques están unidos como se muestra en la figura, sobre una mesa horizontal carente de fricción y son
jalados hacia la derecha con una fuerza F de 6,5 N. Si la masa de 1 es de 1,2 kg la de 2 de 2,4 kg y la de 3 de 3,1 kg.
Calcule: a) La aceleración del sistema.
b) El valor de las tensiones entre los bloques 1-3 y 2-3.
Mapa conceptual de Cinemática de la traslación.
Una vez seleccionado el sistema de referencia inercial respecto al cual describiremos el movimiento podemos plantear:

Mapa conceptual de Dinámica de la Traslación
Segunda ley del Movimiento Mecánico (Fre = ma) o (Fre = dP/dt). Movimiento Rectilíneo Uniforme (MRU). Ecuación. Reposo. Ley de la inercia. Sistema de referencia inercial. Sistema de referencia no inercial. Impulso lineal (J). Variación de la cantidad de movimiento lineal (D P). Cantidad de movimiento lineal (P=mV)

Temática: Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado. Movimiento Circular Uniforme y Uniformemente Variado. Dinámica del movimiento circular para una partícula. Fuerzas de fricción seca entre dos superficies y viscosa al moverse en el seno de un fluido.
Objetivos:
Información teórica básica.

Ejercicios resueltos.

De 0 a 3 s:
, sustituyendo
en la expresión
obtendríamos
el mismo resultado.
De 3 a 5 s:
, la partícula
está en reposo
, por lo
que v=0
De 5 a 10 s:
, sustituyendo
en la expresión
obtendríamos
el mismo resultado.


Los cuerpos representados en la figura están unidos por una cuerda inextensible y de masa despreciable que pasa por una polea cuya masa tampoco consideraremos. El cuerpo B desliza sobre la superficie del plano inclinado, cuyo coeficiente de fricción dinámica es de 0,4. Calcule:
Datos: ![]()


![]()
__________________________________________
![]()
![]()
Sustituyendo en la ecuación (6) la expresión de la Normal N según la ecuación (3), llegamos a:
![]()
![]()

Datos: D=6m
R=3m,
,
,
, ![]()

Conocemos que
, por lo que para poder hallar la aceleración radial o centrípeta debemos antes calcular el valor de la velocidad de la piedra v, en el momento en que se rompió la cuerda, para lo cual aplicamos el principio de independencia del movimiento, en el eje x tendremos un MRU y en el eje y un MRUV. Para el eje x tenemos que
, siendo
y como la piedra describe un círculo en el plano horizontal:
; mientras que en el eje y tenemos que
, pero como y=0 cuando llega al suelo y
por ser el movimiento circular en el plano horizontal, tendremos que
. Para dejar como única incógnita la velocidad, despejamos de la ecuación del movimiento en el eje x,
, como x= 12 m, sustituimos en la ecuación en y, quedando
y despejando tenemos
y sustituyendo valores obtenemos:
.
Una vez obtenida la velocidad en el momento que se rompió la cuerda , pasamos a obtener la aceleración radial, aplicando la expresión
y al sustituir valores obtenemos que
.
Datos: R=15cm=0,15m,
,
,
.
Atendiendo al texto del problema podemos conocer que el movimiento del volante es un MCUV, con aceleración angular constante y de valor negativo ya que la velocidad disminuye. Conocemos que
, pero nos dan como dato la velocidad angular
en rev/s para calcularla en rad/s recordaremos que esas magnitudes están relacionadas por la expresión
, por lo que sustituyendo valores obtenemos que
y sustituyendo estos valores en la expresión de la aceleración angular, obtenemos que
.
Para calcular la velocidad lineal cuando
aplicamos la relación que existe entre ambas, es decir
, donde sustituyendo obtenemos que v = 5,65m/s y para calcular el valor de la aceleración tangencial aplicamos la relación
, donde sustituyendo valores hallamos que
. El valor de la aceleración tangencial también lo podíamos haber calculado por la expresión
.
Ejercicios propuestos.


7- Un tractor al ser acelerado adquiere un movimiento rectilíneo uniformemente variado, aumentando su velocidad en un minuto de 28 km/h a 40 km/h. Halle:
8 - La relación existente entre el desplazamiento experimentado por un cuerpo y el tiempo viene expresado por la ecuación
, donde A=6m, B=3m/s y C=2m/s². Calcule los valores medios de la velocidad y la aceleración en el intervalo comprendido entre 1 y 4 segundos.
9 - Un cuerpo lanzado verticalmente hacia arriba, volvió a la tierra al cabo de 3s. Desprecie la resistencia del aire y calcule:
10- En el momento en que enciende la luz verde un semáforo de tránsito, arranca un automóvil con una aceleración constante de 6m/s². En el mismo instante un camión que se mueve a una velocidad constante de 15m/s alcanza y rebasa al automóvil.
11- De la boquilla de una ducha gotea el agua hasta el suelo que se encuentra a 2m de la misma; las gotas caen a intervalos de tiempo regulares, llegando la primera gota al suelo en el instante en que comienza a caer la cuarta. Encuentre la posición de las gotas individuales cuando una de ellas llega al suelo.
12- Los bloques de masa
se encuentran unidos entre sí mediante una cuerda inextensible y de masa despreciable, que pasa por una polea cuyas dimensiones y masa no consideraremos. Si el coeficiente de fricción entre la superficie del plano y el bloque es de 0,4. Calcule:
a) Aceleración con que se moverán los bloques.
b) Tiempo que emplea el bloque 2 en recorrer los primeros 0,5 m.
c) Valor de la tensión en la cuerda.

13- Un cañón está colocado a 150m de la base de una montaña en posición para que sus proyectiles pasen rasantes por su cima, cuya altura es de 50m, con un ángulo de tiro de 45º. Calcule la velocidad inicial de sus proyectiles.
14- Desde un punto situado a 45m sobre el agua se lanza una piedra con una velocidad inicial de 30m/s y dirección de 30º por encima de la horizontal. Halle:
a) Tiempo que emplea la piedra en llegar al agua.
b) Altura máxima que alcanza.
c) Distancia horizontal, medida a partir del puente, cuando la piedra toca el agua.
15- Para que gire un tractor, el tractorista frena una de las orugas, de modo que el eje de la rueda motriz comienza a avanzar con una velocidad de 4m/s, con un movimiento próximo a un MCU. Si la distancia entre las orugas es de 1,5m. Calcule:
a) Velocidad angular con que se desliza el tractor.
b) Ángulo barrido, si para el giro empleó 10 s.
c) Distancia recorrida por la rueda motriz en los 10 s.
16- Una piedra de amolar tiene una aceleración angular constante de 3 rad/s², a partir del reposo, durante 2s, para después mantener una velocidad angular constante. Si el radio de la piedra es de 0,25m. Calcule:
a) Velocidad del MCU.
b) Aceleración tangencial en el intervalo de 0 a 2 s.
c) Valor de la aceleración normal o radial para t = 2 s.
d) Aceleración lineal total de la piedra para t = 2 s.
17- Un volante de 1500 mm de diámetro dio 60 revoluciones en los primeros 45 s después de arrancar. Suponiendo que el movimiento del mismo sea uniformemente 0acelerado, halle:
18- Un estudiante desea determinar los coeficientes de fricción estática y cinética entre una caja y un tablón. Coloca la caja sobre el tablón y gradualmente eleva un extremo del tablón. Cuando el ángulo de inclinación respecto a la horizontal alcanza un valor de 280 la caja comienza a deslizarse y desciende 2,53 m por la superficie del tablón en 3,92 s. Halle los coeficientes de fricción.
19-

Los dos bloques m=16 kg y M=88 kg, mostrados en la figura, pueden moverse libremente. El coeficiente de fricción estático entre los bloques es m =0,38, pero la superficie bajo M carece de fricción. ¿Cuál es la fuerza
horizontal mínima F necesaria para mantener unidos los bloques?
20-

Un bloque de 4,4 kg esta colocado sobre otro de 5,5 kg. con el objeto de que el bloque de arriba se deslice sobre el de abajo, que se mantiene en reposo, debe aplicarse sobre el bloque de arriba una fuerza de 12 N.
21-
El conjunto de bloques es ahora situado sobre una mesa horizontal, carente de fricción, véase la figura. Halle a) La fuerza horizontal máxima F que puede ser aplicada al bloque inferior de modo que ambos bloques se muevan juntos. b) La aceleración resultante de los bloques. c) el coeficiente de fricción estático entre los bloques.

Un disco de masa m que esta sobre una mesa sin fricción esta atado a un cilindro colgante de masa M por medio de un cordón que pasa por un orificio que hay en la mesa, ver figura. Halle la velocidad con que debe moverse el disco en un circulo de radio r para que el cilindro permanezca en reposo.
22- Una curva peraltada de una carretera circular esta diseñada para que el tráfico se mueva a razón de 95 km/h. El radio de la curva es de 210 m. El tráfico se mueve a lo largo de la carretera a de 52 km/h en un día tormentoso. a) ¿Cuál debe ser el coeficiente de fricción mínimo entre las llantas y la carretera para que los automóviles tomen la curva sin patinar? b) ¿Cuál debe ser la velocidad mayor con la que puede ser tomada la curva sin que haya un patinaje, tomando el valor anterior de coeficiente de fricción?
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