Ejercicios Resueltos.

Ejercicios de Cinemática: Tiro oblicuo.

Resolver los siguientes problemas:

Problema n° 1) Se dispara un perdigón con un rifle de aire comprimido, desde lo alto de una colina. El proyectil parte con una velocidad de 50 m/s, en una dirección que forma un ángulo de 37° con la horizontal, despreciando el rozamiento, determinar:

a) La posición del perdigón a los 2 s, 5 s y 8 s después de haber partido, respectivamente y representar en un diagrama X-Y.
b) Las componentes de los vectores velocidad en los instantes anteriores, representar dichos vectores, en el diagrama anterior, en las cuatro posiciones conocidas.
c) Instante, posición y velocidad en el momento en que se encuentra al mismo nivel que el de partida.
d) Sin hacer cuentas, justifique entre que instantes de los especificados cree Ud. que el proyectil alcanzará la máxima altura, ¿qué velocidad tendrá allí?, calcúlelo ahora y verifique su hipótesis.
e) Con toda la información anterior, dibujar la trayectoria del proyectil y escribir la ecuación de la misma.

Respuesta: a) (80 m;40,4 m), (200 m;27,5 m) y (320 m;-73,6 m)
b) (40 m/s;10,4 m/s), (40 m/s;-19 m/s) y (40 m/s;-48,4 m/s)
c) 6,12 s; (244,8 m;0 m) y (40 m/s;-60 m/s)
d) 3,06 s y 0 m/s
e) 0,75.x - 0,003.x ²/m

Problema n° 2) Desarrollar el problema anterior para un ángulo de partida de 53°.

Respuesta: a) (60 m;60,4 m), (150 m;77,5 m) y (240 m;6,4 m)
b) (30 m/s;20,4 m/s), (30 m/s;-9 m/s) y (30 m/s;-38,4 m/s)
c) 8,16 s; (244,8 m;0 m) y (40 m/s;-60 m/s)
d) 4,08 s y 0 m/s
e) 1,33.x - 0,005.x ²/m

Problema n° 3) Un gato maulla con ganas, instalado sobre un muro de 2 m de altura, Pedro está en su jardín, frente a él y a 18 del muro, y pretende ahuyentarlo arrojándole un zapato. El proyectil parte con una velocidad de 15 m/s, formando un ángulo de 53° con la horizontal, desde una altura de 1,25 m, determinar:
a) ¿A qué distancia por encima de donde estaba el gato pasó el zapato?.
b) ¿A qué distancia al otro lado del muro llegó el zapato?.

Respuesta: a) 3,65 m
b) 4,95 m

Problema n° 4) Un jugador de fútbol efectúa un saque de arco, la pelota pica en la cancha 60 m más adelante y 4 s después de haber partido. Hallar la velocidad de la pelota en el punto más alto y con que velocidad llega a tierra.

Respuesta: a) 15 m/s
b) (15 m/s;-19,6 ms)

Problema n° 5) Un arquero arroja oblicuamente una flecha, la que parte desde una altura de 1,25 m con una velocidad de 20 m/s y formando un ángulo con la horizontal de 53°. La flecha pasa por arriba de un pino que está a 24 m de distancia y va a clavarse a 10 m de altura en otro pino ubicado más atrás. Despreciando el rozamiento y considerando que la flecha siempre es paralela al vector velocidad, determinar:
a) ¿Cuánto duró el vuelo de la flecha?.
b) ¿Con qué velocidad llegó al árbol?.
c) ¿Con qué ángulo se clavó?.
d) ¿Qué altura máxima puede tener el primer pino?.

Respuesta: a) 2,57 s
b) -37° 32´ 17"
c) 15,13 m/s
d) 13,65 m

Problema n° 6) Susana arroja horizontalmente su llavero desde la ventana de su departamento, y Gerardo lo recibe a 1,2 m de altura sobre el piso, 0,8 s después. Sabiendo que Gerardo se encuentra a 4,8 m del frente de la casa de Susana, hallar:
a) ¿A qué altura del piso partió el llavero?.
b) ¿Con qué velocidad llegó a las manos de Gerardo?.

Respuesta: a) 4,34 m
b) (6; -7,84) m/s

Problema n° 7) Un esquiador que se desliza por una rampa inclinada 30° llega al borde con cierta velocidad. Luego de un segundo de vuelo libre, retoma la pista, más abajo, 4,33 m delante del borde de la rampa. Determinar:
a) ¿Qué velocidad tenía en el borde de la rampa?.
b) ¿Con qué velocidad llegó a la pista?.
c) ¿Qué desnivel había entre el borde de la rampa y la pista?.

Respuesta: a) 5 m/s
b) 7,4 m
c) (4,33; -12,3) m/s

Problema n° 8) Un ejecutivo aburrido se entretiene arrojando horizontalmente bollos de papel, desde una altura de 1,2 m, hacia el cesto que tiene 2 m frente a él al otro lado del escritorio, para esto debe superar la esquina del escritorio que se encuentre a 75 cm sobre el piso y a 1 m delante de él, teniendo en cuenta que el cesto tiene 40 cm de alto por 40 cm de diámetro, determinar entre qué valores debe encontrarse la velocidad de partida de un bollo para que ingrese en el cesto.
Respuesta: (5,5 ± 0,5) m/s

Problema n° 9) Un malabarista muestra su destreza, manteniendo continuamente en el aire cuatro platos, los recibe con su mano izquierda, a 80 cm del piso, y los lanza con su mano derecha, desde la misma altura y a 1,2 m de donde los recibió. Los platos alcanzan una altura máxima de 4 m sobre el nivel del piso, hallar:
a) ¿Con qué velocidad los arroja?.
b) ¿Con qué velocidad pasan por el punto más alto?.
c) Si tarda 0,2 s en pasarlos de una mano a otra, estimar cada cuánto tiempo recibe un plato.
Respuesta: a) (0,74; 7,92) m/s
b) (0,74; 0) m/s
c) 0,46 s


Ejercicios de Cinemática: Movimiento relativo.

Resolver los siguientes problemas:

Problema n° 1) Un patrullero circula a 20 m/s (72km/h) por una autopista donde se permite una velocidad máxima de 30 m/s. El patrullero tiene un equipo de radar, que en un instante dado le informa:
- Hay un vehículo 5 km más adelante, que se aleja a 15 m/s.
- Hay otro vehículo, 1 km detrás, que se acerca a 5 m/s.
Determinar:
a) Si alguno de los dos está en infracción.
b) En ese caso, ¿qué puede hacer el patrullero para encontrarse con el infractor?:
- Aumentar su velocidad en 20 m/s.
- Mantener su velocidad constante.
- Reducir su velocidad en 10 m/s.
c) Trazar un gráfico posición-tiempo, para los tres vehículos, vistos desde tierra.
d) Elegir una alternativa del punto b), y hallar con qué vehículo se encuentre, y en que posición.

Respuesta: a) que se aleja a 15 m/s
b) Aumentar su velocidad en 20 m/s

Problema n° 2) Un tren de carga cuyos vagones tienen 12 m de longitud, se mueve por una vía rectilínea con velocidad constante de 10,8 km/h (3 m/s). Paralelamente a las vías hay una ruta, por la que circula Pedro en su bicicleta, determinar:
a) Si Pedro estuviera en reposo respecto a tierra, ¿cada cuánto tiempo vería pasar un vagón?.
b) Hallar la velocidad de Pedro con respecto a tierra, cuando al moverse con velocidad constante en el mismo sentido que el tren, ve pasar un vagón cada 6 segundos.
c) Si Pedro se desplazara en sentido opuesto al tren a 5 m/s con respecto a tierra, ¿cada cuánto tiempo vería pasar un vagón?.
d) Trazar los gráficos posición-tiempo con respecto a tierra, para Pedro y el extremo de cada vagón, en cada caso.

Respuesta: a) 4 s
b) 1 m/s
c) 1,5 s

Problema n° 3) Una escalera mecánica traslada personas desde planta baja hasta el piso superior 3,6 m más arriba. La cadena de escalones se mueve ascendiendo en una dirección que forma 37° con la horizontal a 30 m/s. Cada escalón tiene 0,3 m de alto. Determinar para cada caso, ¿cuánto tiempo tardarán en trasladarse desde un piso hasta otro? y ¿cuántos escalones pasarán bajo sus pies?.
a) Andrea se deja llevar por la escalera hacia arriba.
b) Pedro sube por la escalera a razón de un escalón por segundo.
c) Juan baja por la escalera a razón de un escalón por segundo.
d) Un operario de mantenimiento detiene la escalera y sube a razón de dos escalones por segundo.

Respuesta: a) 20 s y 0 escalones
b) 7,5 s y 7,5 escalones
c) 30 s y 30 escalones
d) 6 s y 12 escalones

Problema n° 4) Pedro mide el tiempo de caída de una moneda que tiene sujeta con sus dedos a una altura h del piso de un ascensor, cuando el mismo está en reposo. Repite la experiencia cuando el ascensor sube con una velocidad constante de 2 m/s, y nuevamente la realiza cuando desciende a 2 m/s, siempre desde la misma altura h . ¿En cuál de las experiencias registró un intervalo de tiempo mayor?.

Respuesta: 4 h 6´ 9"

Problema n° 5) Un río de 40 km de ancho es cruzado en 3 h y debido a la corriente del río, el bote amarra en la otra orilla a 10 km de su rumbo original. Determinar:
a) ¿Cuál es la velocidad del bote?.
b) ¿Cuál es la velocidad de la corriente del río?.

Respuesta: a) 13,33 km/h
b) 3,33 km/h

Problema n° 6) Un avión que se desplaza a 800 km/h recibe un viento lateral, que forma un ángulo de 30° con respecto a su rumbo, de 80 km/h. Si debe recorrer una distancia de 400 km, determinar:
a) ¿Con qué ángulo deberá volar el avión?.
b) ¿Cuánto tarda en recorrer dicha distancia?.

Respuesta: a) 2° 51´ 57"
b) 32´ 53"