16 ejemplos de preguntas sobre trabajo y energía
Teorema Trabajo-Energía cinética
1. Una fuerza constante de 60 N actúa durante 12 segundos sobre un objeto con una masa de 10 kg. El objeto
tiene una velocidad inicial de 6 m/s en la misma dirección que la fuerza.
(1) El trabajo realizado sobre el objeto es de 30.240 julios.
(2) La energía cinética final del objeto es de 30.240 julios.
(3) La potencia producida es de 2.520 vatios
(4) El aumento de la energía cinética del objeto es de 180 julios.
La afirmación correcta es…
A. 1, 2 y 3
B. 1 y 3
C. 1 y 4
D. solamente 4
E. Todas son correctas
Discusión
Se sabe que:
Fuerza (F) = 60 N
Intervalo de tiempo (t) = 12 segundos
Masa del objeto (m) = 10 kg
Velocidad inicial (v o ) = 6 m/s
Pregunta: ¿Cuál afirmación es correcta?
Respuesta :
Aceleración de un objeto:
∑ F = ma
60 = 10 a
a = 60 / 10 = 6 m/ s²
Velocidad final:
v t = v o + at
v t = 6 + (6)(12)
v t = 6 + 72
v t = 78 m/s
Distancia recorrida en 12 segundos:
s = v o t + 1/2 at 2
s = (6)(12) + 1/2 (6)(12) 2
s = 72 + (3)(144)
s = 72 + 432
s = 504 metros
(1) Trabajo realizado
W = F s = (60)(504) = 30.240 Julios
(2) Energía cinética final del objeto
EK = 1/2 mv t 2 = 1/2 (10)(78) 2 = (5)(6084) = 30.420 julios
(3) Energía generada
P = W / t = 30 240 / 12 = 2.520 julios/segundo
(4) Aumento de la energía cinética
ΔEK = 1/2 mv t 2 – 1/2 mv o 2 = 1/2 m (v t 2 – v o 2 ) = 1/2 (10)(78 2 – 6 2 ) = 5 (6084 –36) = 5 (6048)
ΔEK = 30.240 Julios
La respuesta correcta es B.
2. A continuación se presentan los datos sobre el cambio de velocidad de un objeto que se mueve en línea recta. El mayor trabajo lo realiza el objeto número…
A. 1
B. 2
C. XNUM
D. 4
E. 5
Discusión
Teorema del trabajo y la energía cinética:
Trabajo total = cambio en la energía cinética
W total = ½ m (v t 2 – v o 2 )
Las empresas más grandes son:
W 1 = ½ (8)(4 2 – 2 2 ) = (4)(16 – 4) = (4)(12) = 48 Julios
W 2 = ½ (8)(5 2 –3 2 ) = (4)(25 – 9) = (4)(16) = 64 Julios
W 3 = ½ (10)(6 2 – 5 2 ) = (5)(36 – 25) = (5)(11) = 55 Julios
W 4 = ½ (10)(4 2 – 0 2 ) = (5)(16 – 0) = (5)(16) = 80 Julios
W 5 = ½ (20)(3 2 – 3 2 ) = (10)(9 – 9) = (10)(0) = 0 Julios
La respuesta correcta es D.
3. Odi conduce un automóvil con una masa de 4000 kg en una carretera recta a una velocidad de 25 m/s. Al ver un atasco de tráfico a lo lejos, frena el automóvil de manera que la velocidad del automóvil disminuye gradualmente hasta 15 m/s. El trabajo realizado por la fuerza de frenado es…
A. 200 kJ
B. 300 kJ
C. 400 kJ
D. 700 kJ
E. 800 kJ
Discusión
Se sabe que :
Masa del coche (m) = 4000 kg
Velocidad inicial del coche (v o ) = 25 m/s
Velocidad final del coche (v t ) = 15 m/s
Pregunta : ¿Trabajo (W) en el coche?
Respuesta :
Teorema del trabajo y la energía cinética:
W total = ½ m (v t 2 – v o 2 ) = ½(4000)(15 2 -25 2 ) = (2000)(225-625) = (2000)(-400) = -800.000 Julios = -800 kilo Julios.
La respuesta correcta es E.
4. Se lanza horizontalmente una pelota con una masa de 0,1 kg a una velocidad de 6 m/s desde el techo de un edificio de 5 m de altura. Si la aceleración debida a la gravedad en ese punto es de 10 m/s² , entonces la energía cinética de la pelota a una altura de 2 m es…
A. 6,8 J
B. 4,8 J
C. 3,8 J
D. 3 J
E. 2 J
Discusión
Se sabe que :
Masa (m) = 0,1 kg
Cambio de altura (h) = 5 m – 2 m = 3 metros
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/ s²
Pregunta : ¿Energía cinética (EC) a una altura de 2 metros?
Respuesta :
La trayectoria de la pelota es la que se muestra en la imagen a continuación.
El movimiento parabólico, como se muestra en la imagen de arriba, es una combinación de dos movimientos que pueden analizarse por separado, donde el movimiento en la dirección horizontal tiene la forma de un movimiento rectilíneo regular y el movimiento en la dirección vertical tiene la forma de un movimiento de caída libre.
Este problema se resuelve utilizando la ley de conservación de la energía mecánica, por lo tanto, solo consideramos el movimiento en la dirección vertical en forma de movimiento de caída libre.
Todo objeto que se mueve en caída libre no tiene velocidad inicial (v₀ = 0), por lo que su energía cinética inicial es cero (EK = ½ mv² = 0). Por otro lado, el objeto comienza a moverse desde una altura de 5 metros sobre el suelo, por lo que posee energía potencial gravitatoria. Así, la energía mecánica inicial de la pelota es energía potencial gravitatoria. Cuando la pelota comienza a descender, su energía potencial gravitatoria se transforma en energía cinética. La energía potencial gravitatoria que se transforma en energía cinética cuando la pelota se mueve desde una altura de 5 metros sobre el suelo hasta una altura de 2 metros sobre el suelo es: EP = mgh = (0,1)(10)(3) = 3 julios. Cuando la pelota se encuentra a una altura de 2 metros sobre el suelo, su energía cinética es de 3 julios.
La respuesta correcta es D.
5. Un automóvil con una masa de 1 tonelada parte del reposo. Un instante después, su velocidad es de 5 m/s . El trabajo realizado por el motor del automóvil es...
A. 1000 julios
B. 2.500 julios
C. 5.000 Julios
D. 12.500 Julios
E. 25.000 Julios
Discusión
Se sabe que :
Masa (m) = 1 tonelada = 1000 kg
Velocidad inicial (v o ) = 0 (el coche parte del reposo)
Velocidad final (v t ) = 5 m/s
Pregunta : ¿Cuánto trabajo (W) realiza el motor del coche?
Respuesta :
Teorema del trabajo y la energía cinética:
W total = ½ m (v t 2 – v o 2 )
El trabajo realizado por el motor del coche es:
W total = ½ (1000)(5² – 0² ) = (500)(25 – 0) = (500)(25) = 12 500 julios
La respuesta correcta es D.
6. Se lanza una pelota con una masa de 500 gramos verticalmente hacia arriba desde el suelo con una velocidad inicial de 10 m/ s² . Si g = 10 m/ s² , entonces el trabajo realizado por la gravedad de la pelota cuando alcanza su altura máxima es...
A. 2,5 J
B. 5,0 J
C. 25 J
D. 50 J
E. 500 J
Discusión
Ignora la resistencia del aire.
Se sabe que :
Masa de la bola (m) = 500 gramos = 0,5 kg
Velocidad inicial (v₀ ) = 10 m/ s²
Velocidad final (v t ) = 0. En la altura máxima, el objeto está en reposo por un momento antes de invertir su dirección.
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/ s²
Se busca : Trabajo (W) realizado por la gravedad de la pelota
Respuesta :
Teorema del trabajo y la energía cinética :
El teorema del trabajo y la energía cinética establece que el trabajo total o el esfuerzo realizado por la fuerza resultante sobre un objeto es igual al cambio en la energía cinética del objeto. La fórmula del teorema del trabajo y la energía cinética es:
W total = ΔEK = EK t – EK o
W total = ½ mv t 2 – ½ mv o 2 = ½ m (v t 2 – v o 2 )
Informacion:
EK t = energía cinética final, EK o = energía cinética inicial, m = masa del objeto, v t = velocidad final del objeto, v o = velocidad inicial del objeto.
Esfuerzo total :
El trabajo realizado por la gravedad de la pelota desde el momento en que se lanza hasta que alcanza su altura máxima es:
W total = ½ m (v t 2 – v o 2 ) = ½ (0,5)(0 2 – 10 2 )
W total = (0,25)(-100) = -25 julios
El signo negativo indica que la dirección del desplazamiento de la pelota es opuesta a la dirección de su gravedad. El desplazamiento de la pelota es hacia arriba, mientras que la gravedad actúa hacia abajo. La gravedad realiza trabajo negativo sobre la pelota, lo que significa que aumenta su energía potencial gravitatoria y disminuye su energía cinética. La gravedad realiza trabajo positivo si la dirección de su gravedad coincide con la de su desplazamiento (la pelota se mueve hacia abajo).
La respuesta correcta es C.
7. Una pelota de 1 kg de masa se deja caer sin velocidad inicial desde la parte superior de un edificio, pasando por la ventana A del último piso hasta la ventana B del último piso, con una diferencia de altura de 2,5 m (g = 10 m/ s² ). ¿Cuánto trabajo se realiza para mover la pelota de la ventana A a la ventana B?
A. 5 julios
B. 15 julios
C. 20 Julios
D. 25 Julios
E. 50 Julios
Discusión
Se sabe que :
Masa de la pelota (m) = 1 kg
Velocidad inicial (v o ) = 0 m/s
Altura (h) = 2,5 metros
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/ s²
Pregunta : Esfuerzo total durante el movimiento de la pelota
Respuesta :
Velocidad final de la bola (v t )
La pelota cae sin velocidad inicial, por lo tanto, su movimiento es de caída libre. Primero, calculamos la velocidad final de la pelota usando la fórmula de caída libre. Dado que la aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s² , el cambio en la altura de la pelota (h) = 2,5 metros, y se pide la velocidad final (v t ), usamos la fórmula v t² = 2 gh
v t 2 = 2 gh = 2(10)(2,5) = 2(25)
v t = √2(25) = 5√2
Por lo tanto, la velocidad final de la pelota es 5√2 m/s.
Trabajo total = cambio en la energía cinética
W total = ΔEK = ½ m (v t 2 – v o 2 ) = ½ (1){(5√2) 2 – 0 2 }
W total = ½ (25)(2) = 25 julios
La respuesta correcta es D.
8. Un objeto con una masa de 2 kg se mueve inicialmente a una velocidad de 72 km/h . Después de recorrer 400 m, la velocidad del objeto se convierte en 144 km/h y (g = 10 m/s² ) . El trabajo total realizado por el objeto en ese momento es...
A. 20 J
B. 60 J
C. 1.200 J
D. 2.000 J
E. 2.400 J
Discusión
Se sabe que :
Masa del objeto (m) = 2 kg
Velocidad inicial (v o ) = 72 km/h = 20 m/s
Velocidad final (v t ) = 144 km/h = 40 m/s
Distancia recorrida (s) = 400 metros
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/ s²
Preguntado : Esfuerzo total
Respuesta :
Trabajo total = cambio en la energía cinética
W total = ΔEK = ½ m (v t 2 – v o 2 ) = ½ (2)(40 2 – 20 2 }
W total = ½ (2)(1600 – 400) = 1200 julios
La respuesta correcta es C.
9. Un objeto de 2 kg se mueve sobre una superficie lisa a una velocidad de 2 m/s . Si se realizan 21 julios de trabajo sobre el objeto, su velocidad cambiará a…
A. 1 ms –1
B. 2 ms –1
C. 3 ms –1
D. 5 ms –1
E. 17 ms –1
Discusión
Se sabe que:
Masa (m) = 2 kg
Velocidad inicial (v o ) = 2 m/s
Trabajo (W) = 21 Julios
Pregunta: Velocidad final (v t )
Respuesta :
El teorema del trabajo y la energía cinética establece que el trabajo total realizado sobre un objeto es igual al cambio en su energía cinética. Matemáticamente:
Wtotal = ΔEK
Wtotal = 1/2 mv t 2 -1/2 mv o 2
Wtotal = 1/2 m (v t 2 – v o 2 )
21 = 1/2 (2) (v t 2 – 2 2 )
21 = (v t 2 – 2 2 )
21 = v t 2 – 4
v t 2 = 21 + 4 = 25
v t = √25
v t = 5 m/s
La respuesta correcta es D.
10. Se lanza una pelota con una masa de 500 gramos verticalmente hacia arriba desde el suelo con una velocidad inicial de 10 m/ s² . Si g = 10 m/ s² , entonces el trabajo realizado por la gravedad de la pelota cuando alcanza su altura máxima es...
A. 2,5 J
B. 5,0 J
C. 25 J
D. 50 J
E. 500 J
Discusión
Ignora la resistencia del aire.
Es conocida :
Masa de la bola (m) = 500 gramos = 0,5 kg
Velocidad inicial (vo) = 10 m/s2
Velocidad final (vt) = 0. En la altura máxima, el objeto permanece inmóvil por un instante antes de invertir su dirección.
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2
Preguntó Trabajo (W) realizado por la gravedad de la pelota
Mandíbula :
Teorema del trabajo y la energía cinética :
El teorema del trabajo y la energía cinética establece que el trabajo total o esfuerzo La fórmula del teorema del trabajo y la energía cinética para la fuerza resultante sobre un objeto es la misma que el cambio en la energía cinética del objeto.
Wtotal = ΔEK = EKt – EKo
Wtotal = ½ mvt2 – ½ mvo2 = ½ m (vt2 - vo2)
Informacion:
EKt = energía cinética final, EKo = energía cinética inicial, m = masa del objeto, vt = cecepatan fin del objeto, vo = velocidad inicial del objeto.
Esfuerzo total :
El trabajo realizado por la gravedad de la pelota desde el momento en que se lanza hasta que alcanza su altura máxima es:
Wtotal = ½ m (vt2 - vo2) = ½ (0,5)(02 102)
Wtotal = (0,25)(-100) = -25 Julios
El signo negativo indica que la dirección del desplazamiento de la pelota es opuesta a la dirección de su gravedad. La dirección del desplazamiento de la pelota es hacia arriba, mientras que la dirección de su gravedad es hacia abajo. Gravedad Realizar trabajo negativo sobre la pelota significa que el trabajo realizado por la fuerza de gravedad provoca que la energía potencial gravitatoria de la pelota aumente y su energía cinética disminuya. La fuerza de gravedad realiza trabajo positivo si la dirección de la gravedad sobre la pelota coincide con la dirección de su desplazamiento (la pelota se mueve hacia abajo).
La respuesta correcta es C.
11. Una pelota de 1 kg de masa se deja caer sin velocidad inicial desde la parte superior de un edificio, pasando por la ventana A del último piso hasta la ventana B del último piso, con una diferencia de altura de 2,5 m (g = 10 m/ s² ). ¿Cuánto trabajo se realiza para mover la pelota de la ventana A a la ventana B?
A. 5 julios
B. 15 julios
C. 20 Julios
D. 25 Julios
E. 50 Julios
Discusión
Es conocida :
Masa de la pelota (m) = 1 kg
Velocidad inicial (vo) = 0 m/s
Altura (h) = 2,5 metros
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2
Preguntó Trabajo total durante el movimiento de la pelota
Mandíbula :
Velocidad final de la pelota (vt)
La pelota cae sin velocidad inicial, por lo que su movimiento se considera caída libre. Primero, calcula la velocidad final de la pelota usando la fórmula. movimiento de caída libreSe sabe que la aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2Se pregunta si el cambio en la altura de la pelota (h) = 2,5 metros y cuál es la velocidad final (v).t) por lo tanto, utilice la fórmula vt2 = 2 gh
vt2 = 2 gh = 2(10)(2,5) = 2(25)
vt = √2(25) = 5√2
Por lo tanto, la velocidad final de la pelota es 5√2 m/s.
Trabajo total = cambio en la energía cinética
Wtotal = ΔEK = ½ m (vt2 - vo2) = ½ (1){(5√2)2 02}
Wtotal = ½ (25)(2) = 25 Julios
La respuesta correcta es D.
12. Un objeto con una masa de 2 kg se mueve inicialmente a una velocidad de 72 km/h.-1Después de recorrer 400 m, la velocidad del objeto se convierte en 144 km/h.-1 y (g = 10 ms-2). El trabajo total realizado por el objeto en ese momento es…
A. 20 J
B. 60 J
C. 1.200 J
D. 2.000 J
E. 2.400 J
Discusión
Es conocida :
Masa del objeto (m) = 2 kg
Velocidad inicial (vo) = 72 km/h = 20 m/s
Velocidad final (vt) = 144 km/h = 40 m/s
Distancia recorrida (s) = 400 metros
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2
Preguntó : Esfuerzo total
Mandíbula :
Trabajo total = cambio en la energía cinética
Wtotal = ΔEK = ½ m (vt2 - vo2) = ½ (2)(402 202}
Wtotal = ½ (2)(1600 – 400) = 1200 Julios
La respuesta correcta es C.
Teorema del trabajo y la energía cinética
13. Un automóvil con una masa de 1 tonelada parte del reposo. Un instante después, su velocidad es de 5 m/s . El trabajo realizado por el motor del automóvil es...
A. 1000 julios
B. 2.500 julios
C. 5.000 Julios
D. 12.500 Julios
E. 25.000 Julios
Discusión
Es conocida :
Masa (m) = 1 tonelada = 1000 kg
Velocidad inicial (vo) = 0 (el coche se mueve desde un estado estacionario)
Velocidad final (vt) = 5 m/s
Preguntó ¿Cuál es el trabajo (W) realizado por el motor del coche?
Mandíbula :
Teorema del trabajo y la energía cinética:
Wtotal = ½ m (vt2 - vo2)
El trabajo realizado por el motor del coche es:
Wtotal = ½ (1000)(52 02) = (500)(25 – 0) = (500)(25) = 12.500 Julios
La respuesta correcta es D.
Teorema del trabajo mecánico y la energía
14. ¡Observa la imagen del movimiento de los objetos a continuación!
La masa del objeto es de 1 kg. Si el coeficiente de fricción cinética entre el bloque y el suelo es 0,2, entonces el valor del desplazamiento del objeto (s) es… g = 10 m/s2\
A. 10 m
B. 15 m
C. 20 m
D. 25 m
E. 30 m
Discusión :
Es conocida :
m = 1 kg, g = 10 m/s2, Vo = 10 m/s, vt = 0
Preguntó :
¿Cuál es el desplazamiento del/de los objeto(s)?
Mandíbula :
Trabajo – teorema de la energía mecánica :
Trabajo realizado por una fuerza no conservativa = cambio en la energía mecánica de un objeto.
WNC = EM2 – EM1
WNC = (EP + EK)2 – (EP + EK)1 — Ecuación 1
La fuerza no conservativa que realiza trabajo sobre un objeto es la fuerza de fricción cinética:
WNC =fk s —- Ecuación 2
Fórmula de fricción cinética :
Reemplazar fk en la ecuación 2 con fk en la ecuación 3:
WNC =fk s = 2 s
Mientras se mueve, un objeto experimenta un cambio en su energía cinética (la energía cinética disminuye) mientras que su energía potencial gravitatoria no cambia (el cambio en la energía potencial gravitatoria es cero).
WNC = (EK)2 – (EK)1 = ½ mvt2 – ½ mvo2 = ½ m (vt2 - vo2)
2 s = ½(1)(02 102)
2 s = (0,5)(100)
2 s = 50
s = 50 / 2 = 25 metros
La respuesta correcta es D.
Ley de conservación de la energía mecánica
15. Un patinador sobre hielo se desliza desde la altura A como se muestra en la siguiente imagen:
Si la velocidad inicial del esquiador es cero y la aceleración debida a la gravedad es de 10 m/s-2, entonces la velocidad del jugador a la altura B es...
A. √2 ms-1
B. 5√2 ms-1
C. 10√2 ms-1
D. 20√2 ms-1
E. 25√2 ms-1
Discusión
Es conocida :
Velocidad inicial (vo) = 0
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2
Cambio de elevación = 50 metros – 10 metros = 40 metros
Preguntó ¿Cuál es la velocidad del jugador a la altura B?
Mandíbula :
Ley de conservación de la energía mecánica Estados que energía mecánica inicial = energía mecánica final.
Al comenzar a moverse desde el punto A, la velocidad inicial del esquiador = vo = 0 de modo que la energía cinética inicial = EKo = ½ mvo2 = 0. Por el contrario, cuando se encuentra en el punto A, el esquiador tiene una energía potencial gravitatoria inicial = EPo = mgh, donde h = 50 metros. Por lo tanto, la energía mecánica inicial (EM)o) = energía potencial gravitatoria inicial (EP)oDurante el movimiento de A a B, la altura del esquiador disminuye, por lo que la energía potencial gravitatoria disminuye. La energía potencial gravitatoria no se pierde, sino que se convierte en energía cinética. El aumento de la energía cinética se indica mediante el aumento de la velocidad del esquiador. Si el esquiador llega al final de la pendiente, toda la energía potencial gravitatoria se convierte en energía cinética. En el final de la pendiente, la energía potencial gravitatoria es cero, mientras que la energía cinética está en su máximo. Por lo tanto, la energía mecánica final (EM) est) = energía cinética final (EK)t).
¿Qué ocurre con la energía potencial gravitatoria y la energía cinética en el punto B? En el punto B, parte de la energía potencial gravitatoria se reduce y se convierte en energía cinética. Específicamente, la energía cinética en el punto B es igual a la reducción de la energía potencial gravitatoria si se supone que el objeto cae libremente desde una altura de 40 metros. ¿Por qué no usar la longitud de la trayectoria del plano inclinado en lugar de una altura de 40 metros? Si no lo entiendes, deberías estudiar el material sobre fuerzas conservativas y su relación con la energía potencial y la ley de conservación de la energía mecánica.
Velocidad del esquiador a altura B:
Energía mecánica final = energía mecánica inicial
La energía cinética en el punto B es igual a la energía potencial gravitatoria a una altura de 40 metros.
EK = EP
½ mvt2 = mgh
½ vt2 = gh
½ vt2 = (10)(50-10)
½ vt2 = (10)(40)
½ vt2 = 400
vt2 = (2)(400) = 800
vt = √800 = √(2)(400) = 20√2 m/s
La respuesta correcta es D.
16. Un objeto se mueve desde el punto A sin velocidad inicial. Si no hay fricción durante el movimiento, la velocidad del objeto en el punto más bajo es...
A. 8 ms-1
B. 12 ms-1
C. 20 ms-1
D. 24 ms-1
E. 30 ms-1
Discusión
Es conocida :
Masa del objeto = m
Velocidad inicial (vo) = 0
Altura (h) = 20 metros
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2
Preguntó : velocidad final (vt)?
Mandíbula :
energía mecánica inicial (EM)1) = energía potencial gravitatoria en A (EPA) = mgh = (m)(10)(20) = 200 m
energía mecánica final (EM)2) = energía cinética (EK) = ½ mvt2
La velocidad del objeto en el punto más bajo o la velocidad final del objeto vt)?
Ley de conservación de la energía mecánica:
EM1 = EM2
200 m = ½ mvt2
200 = ½ vt2
400 = vt2
vt= 20 m / s
La respuesta correcta es C.
Fuente de la pregunta:
Preguntas del examen nacional de física para la escuela secundaria superior/escuela secundaria vocacional
