problemas de fuerza de rozamiento y trabajo y energía

[duditas]

1º problema : Un paracaidista se deja caer de un helicoptero que está a una altura de 2100 metros.La masa total de este y el equipo es de 110 kg y la velocidad final 5 metros por segundo.Cual es la fuerza de rozamiento del aire.

Se supone que cae con caída libre con lo que F-P ES IGUAL A CERO Y LA FUERZA DE ROZAMIENTO SERÍA IGUAL al P pero para que me dan la velocidad final entonces como se haría.


2º Problema

Para mover un coche de 1500kg a una velocidad de 60 km/h por una carretera horizontal se necesita una potencia de 30 cv

cuánto vale la fuerza de rozamiento

Que potencia haría falta para que suba a la misma velocidad por un plano inclinado de 20 grados y para que baje a la misma velocidad


a partir de la potencia se calcular la fuerza de rozamiento porque se supone que va a esa velocidad cte y no hay aceleracion pero luego en el plano inclinado no se copmo plantearlo me podría ayudar.


Tengo un examen pasado mañaña y mi profesora es una borde.Mi curso es 1º bachillerato.

[pod]

Problema 1: La velocidad no te sirve para nada. Podria servirte para calcular el coeficiente de rozamiento, pero no te lo piden. De todas formas, esto no es una caída libre, es una caida a velocidad constante (si fuera libre no habría rozamiento).

Problema 2: La potencia es igual a la fuerza aplicada por la velocidad. Estas en un plano horizontal, no inclinado...


Por favor, no postees dos veces lo mismo...

[aLFRe]

Re: problemas de fuerza de rozamiento y trabajo y energía

[quote="duditas"]1º problema : Un paracaidista se deja caer de un helicoptero que está a una altura de 2100 metros.La masa total de este y el equipo es de 110 kg y la velocidad final 5 metros por segundo.Cual es la fuerza de rozamiento del aire.

Se supone que cae con caída libre con lo que F-P ES IGUAL A CERO Y LA FUERZA DE ROZAMIENTO SERÍA IGUAL al P pero para que me dan la velocidad final entonces como se haría.
[quote]
Supongo que se considera que el paracaidas no esta abierto
$<br /> v^2 - v_0^2 = 2 a S<br />$
[tex]
mg - rozamiento = m a
[tex]

Tengo clase, luego no puedo indicarle sobre el otro
... un saludo y suerte para su examen.

[duditas]

NO ME QUEDA CLARO

EN EL PRIMERO HAGO F -P = 0 CON LO QUE LA FUERZA DE ROZAMIENTO SERÍA IGUAL AL PESO ESTARÍA BIEN? Y PARA QUE COÑO QUIERO LA ALTURA Y LA VELOCIDAD FINAL.


EN EL SEGUNDO LO DE P= F.V SI PERO QUE HAGO EN ELPLANO INCLINADO.

[alefriz]

Re: problemas de fuerza de rozamiento y trabajo y energía

[quote="duditas"]1º problema : Un paracaidista se deja caer de un helicoptero que está a una altura de 2100 metros.La masa total de este y el equipo es de 110 kg y la velocidad final 5 metros por segundo.Cual es la fuerza de rozamiento del aire.

Se supone que cae con caída libre con lo que F-P ES IGUAL A CERO Y LA FUERZA DE ROZAMIENTO SERÍA IGUAL al P pero para que me dan la velocidad final entonces como se haría.

En realidad es un problema de velocidad límite, pero no te piden calcularla (haría falta saber el volumen del paracaidista con su equipo, la densidad del aire, la viscosidad del aire, coeficiente de penetración del paracaidista en el aire, ...).

Podrías aplicar la conservación de la energía:
E(mecanica final) = E(mecanica inicial) + Trabajo(fuerzas disipativas)

E(mecanica final) = 0,5*m*V(final)^2 (Vfinal = 5 m/s, m = 110 kg) (la energia potencial es nula al llegar al suelo)

E(mecanica inicial) = m*g*H (H = 2100 m, m = 110 kg) (la energia cinetica es nula por estar el helicóptero parado y ser caida libre sin velocidad inicial)

Trabajo(rozamiento) = F(roz)*H*cos(180º)

De donde sacarías que: F(roz) = - (m/H)*(0.5*V^2 - m*g)

[alefriz]

Re: problemas de fuerza de rozamiento y trabajo y energía

[quote="alefriz"]

1º problema : Un paracaidista se deja caer de un helicoptero que está a una altura de 2100 metros.La masa total de este y el equipo es de 110 kg y la velocidad final 5 metros por segundo.Cual es la fuerza de rozamiento del aire.

Se supone que cae con caída libre con lo que F-P ES IGUAL A CERO Y LA FUERZA DE ROZAMIENTO SERÍA IGUAL al P pero para que me dan la velocidad final entonces como se haría.

En realidad es un problema de velocidad límite, pero no te piden calcularla (haría falta saber el volumen del paracaidista con su equipo, la densidad del aire, la viscosidad del aire, coeficiente de penetración del paracaidista en el aire, ...).

Podrías aplicar la conservación de la energía:
E(mecanica final) = E(mecanica inicial) + Trabajo(fuerzas disipativas)

E(mecanica final) = 0,5*m*V(final)^2 (Vfinal = 5 m/s, m = 110 kg) (la energia potencial es nula al llegar al suelo)

E(mecanica inicial) = m*g*H (H = 2100 m, m = 110 kg) (la energia cinetica es nula por estar el helicóptero parado y ser caida libre sin velocidad inicial)

Trabajo(rozamiento) = F(roz)*H*cos(180º)

De donde sacarías que: F(roz) = - (m/H)*(0.5*V^2 - m*g)

Perdona, quedaría: F(roz) = - (m/H)*(0.5*V^2 - g*H), que me equivoqué al despejar :shock:

Estamos en un equilibrio dinámico de fuerzas, que se alcanzaría cuando el paracaidista alcanzase su velocidad límite, por eso es que:

m*(dV/dt) = m*g(peso) - Fuerza rozamiento - Empuje (en general el empuje que ejerce el aire sobre el paracaidista es despreciable comparado con las otras fuerzas ya que la densidad del aire es bastante pequeña)

[alefriz]

Re: problemas de fuerza de rozamiento y trabajo y energía

2º Problema

Para mover un coche de 1500kg a una velocidad de 60 km/h por una carretera horizontal se necesita una potencia de 30 cv

cuánto vale la fuerza de rozamiento

Que potencia haría falta para que suba a la misma velocidad por un plano inclinado de 20 grados y para que baje a la misma velocidad


a partir de la potencia se calcular la fuerza de rozamiento porque se supone que va a esa velocidad cte y no hay aceleracion pero luego en el plano inclinado no se copmo plantearlo me podría ayudar.


Tengo un examen pasado mañaña y mi profesora es una borde.Mi curso es 1º bachillerato.

En el primer apartado:

Froz = Pot/V = (30/1,36)/(60/3,6) = 1,32 kN
Froz = f*m*g (f = coef. rozamiento), de donde: f = 1,32*1000/(1500*9,81) = 0,09 (nos servirá para el segundo apartado)

Segundo apartado:
Considerando q es la misma carretera en las mismas condiciones, suponemos que tiene el mismo coeficiente de rozamiento;

SUBIENDO:
Pot = V*(m*g*sen 20 + f*m*g*cos 20) = (60/3,6)*(1500*9,81*sen20 + 0,09*1500*9,81*cos20) = 104,52 kW = 142,3 CV

BAJANDO:
Pot =V*(f*m*g*cos 20 - m*g*sen 20) = (60/3,6)*(0,09*1500*9,81*cos20 - 1500*9,81*sen20) = - 63,14 kW = - 85,8 CV (lo que quiere decir que no consumiriamos ninguna potencia del motor del coche para alcanzar esa velocidad en la bajada)

[duditas]

muchas gracias alefriz

nada que darte muchas gracias que tenía algunas lagunas en los problemas y no sabía si lo hacía bien o no en este precisamente era porque al hacerlo me daba potencia negativa en el segundo caso.

yo lo plteaba así pero hayo la fuerza total F -fr -P= 0 y luego lo pongo en la fórmula de potencia esto para la subida sirve así tb no?

y como en la bajada me daba negativa pues no sabía si lo hacía bien

Muchas gracias.

[heriberto.chess]

la solucion correcta

es muy simpe: la masa y la altura te sirven para calcular la energia mecanica que es igual a la suma de la energia potencial inicial mas la energia cinetica inicial, esto es:

Em=Ep + Ec

como parte de reposo su Vi =0, por tanto Em=Ep=mgh

Em= (110kg*9.8m/s2)10m
Em= 10780 j

entonces cuando el paracaidista llegue al piso su energia mecanica debe conservarse:

como h= 0 entonces Em=Ec

Em=1/2(110kg*(5m/s)(5m/s)
Em=1375 j

por tanto la energia mecanica no se conservo, de lo que se deduce que la energia perdida (energia de la fuerza de friccion) es la diferencia de la energia mecania inicial y la energia mecanica final:

Efr=10780-1375=9405j

la energia de la fuerza de rozamiento con el aire es igual a el trabajo realizado por el mismo:

W=Efr=Fr*d

Fr=W/d

Fr=9405j/2100m

Fr=4.4785 N

espero que te sirva[/tex][/list]