Práctica · Unidad 2 · Aula Física

Fuerzas

Una estudiante empuja una puerta. ¿Cuál nombre identifica correctamente la fuerza que acelera la puerta?

Solicitar una pista

Pregunta quién ejerce la interacción y qué sistema la recibe.

Revisar solución

Principio
Una fuerza representa una interacción dirigida.
Representación
El sistema es la puerta y el agente externo es la estudiante.
Cálculo
La fuerza relevante se nombra estudiante sobre puerta.

Fuerzas

¿Cuál interacción puede actuar sin contacto macroscópico entre los cuerpos?

Solicitar una pista

Busca el caso donde no es necesario que las superficies se toquen.

Revisar solución

Principio
La clasificación pregunta si existe contacto macroscópico.
Representación
La gravedad actúa entre la Tierra y la pelota sin contacto de superficies.
Cálculo
Las otras opciones describen contacto.

Fuerzas

Sobre una caja actúan 18 N hacia +x y 11 N hacia −x. Calcula la componente x de la fuerza neta.

Solicitar una pista

Asigna signo positivo a las fuerzas hacia +x.

Revisar solución

Principio
La fuerza neta es la suma vectorial, no una tercera interacción.
Representación
ΣFₓ = +18 N − 11 N.
Cálculo
ΣFₓ = +7 N.
Interpretación
La resultante apunta hacia +x.

Fuerzas

Un sistema recibe F₁ = (6, 2) N y F₂ = (−1, 5) N. Determina las componentes de la fuerza neta.

Solicitar una pista

Suma componentes homólogas.

Revisar solución

Principio
La suma vectorial se realiza por componentes.
Representación
ΣFₓ = 6 − 1 y ΣFᵧ = 2 + 5.
Cálculo
ΣF⃗ = (5, 7) N.
Interpretación
Ambas componentes son positivas en los ejes elegidos.

Fuerzas

La figura muestra dos fuerzas y su suma. ¿Cómo debe interpretarse la flecha ΣF?

Las fuerzas de 7 N y 3 N actúan sobre el mismo sistema en sentidos opuestos. Su suma es 4 N hacia +x; la resultante se muestra como cálculo, no como una tercera interacción.

Solicitar una pista

Cuenta las interacciones reales antes de mirar la suma.

Revisar solución

Principio
Solo las dos fuerzas sólidas corresponden al inventario de interacciones.
Representación
La flecha punteada resume su suma vectorial.
Cálculo
No se añade al DCL como una fuerza independiente.

Primera ley

Un objeto permanece en reposo en un marco inercial. ¿Qué afirma la primera ley sobre su fuerza neta?

Solicitar una pista

Reposo persistente significa velocidad constante igual a cero.

Revisar solución

Principio
La primera ley relaciona fuerza neta cero con velocidad constante.
Representación
Aquí la velocidad constante vale cero.
Cálculo
Pueden existir fuerzas individuales balanceadas.

Primera ley

Un disco se desplaza en línea recta con velocidad constante. ¿Cuál es su fuerza neta?

Solicitar una pista

Pregunta si cambia el vector velocidad.

Revisar solución

Principio
La velocidad vectorial no cambia.
Representación
Por tanto a = 0.
Cálculo
En un marco inercial, $\sum\vec F=0$ .

Primera ley

Dos personas jalan una caja con 40 N en sentidos opuestos. ¿Qué puede concluirse?

Solicitar una pista

Suma las fuerzas con signo y separa el resultado de la velocidad.

Revisar solución

Principio
Las fuerzas individuales existen y son opuestas.
Representación
Su suma vectorial es cero.
Cálculo
La aceleración es cero; la caja puede estar en reposo o moverse con velocidad constante.

Primera ley

Un estudiante afirma: «si una pelota avanza, debe existir una fuerza neta hacia adelante». ¿Cuál corrección es adecuada?

Solicitar una pista

Distingue mantener velocidad de cambiarla.

Revisar solución

Principio
La inercia conserva la velocidad cuando $\sum\vec F=0$ .
Representación
Una fuerza neta produce aceleración, es decir, cambio de velocidad.
Cálculo
El movimiento por sí mismo no prueba una fuerza neta hacia adelante.

Primera ley

En un marco inercial, la suma de fuerzas sobre una sonda es exactamente cero durante 8 s. ¿Qué ocurre con su aceleración?

Solicitar una pista

Aplica la cadena $\sum\vec F=0$ → a = 0.

Revisar solución

Principio
La primera ley se aplica en el marco inercial indicado.
Representación
La fuerza neta cero implica aceleración cero.
Cálculo
La velocidad inicial puede ser cualquiera, pero permanece constante.

Segunda ley

Una masa constante de 4 kg recibe una fuerza neta de 18 N hacia +x. Calcula aₓ.

Solicitar una pista

La segunda ley usa la fuerza neta: aₓ = ΣFₓ/m.

Revisar solución

Principio
Para masa constante, $\sum F_x=ma_x$ .
Representación
El eje +x coincide con la resultante.
Cálculo
aₓ = 18 N / 4 kg = 4,5 $m/s^2$ .
Interpretación
La aceleración apunta hacia +x.

Segunda ley

¿Qué fuerza neta se requiere para acelerar una masa de 6 kg a 3 $m/s^2$ hacia el oeste?

Solicitar una pista

Multiplica la masa por la magnitud de la aceleración y conserva la dirección.

Revisar solución

Principio
La fuerza neta y la aceleración son paralelas.
Representación
$\sum\vec F=m\vec a$ .
Cálculo
|ΣF| = (6 kg)(3 $m/s^2$ ) = 18 N.
Interpretación
La resultante apunta al oeste.

Segunda ley

Una fuerza neta de 24 N produce una aceleración de 6 $m/s^2$ . Determina la masa constante del sistema.

Solicitar una pista

Despeja m = F_net/a.

Revisar solución

Principio
La relación corresponde al mismo sistema.
Representación
m = F_net/a.
Cálculo
m = 24 N /(6 $m/s^2$ ) = 4 kg.
Interpretación
La masa positiva cuantifica su inercia.

Segunda ley

Sobre una masa de 2 kg actúa ΣF⃗ = (8, −6) N. Calcula aₓ y aᵧ.

Solicitar una pista

Divide cada componente de la fuerza neta por la misma masa.

Revisar solución

Principio
La ecuación vectorial se proyecta en x e y.
Representación
aₓ = 8/2 y aᵧ = −6/2.
Cálculo
a⃗ = (4, −3) $m/s^2$ .
Interpretación
Los signos provienen de los ejes elegidos.

Segunda ley

En la gráfica para m = 2 kg, ¿qué representa la pendiente 0,5 kg⁻¹?

a frente a F_net para m = 2 kg

a=F_net/2

La recta pasa por el origen y tiene pendiente 1/m = 0,5 kg⁻¹: duplicar F_net duplica a.

Solicitar una pista

Escribe a = (1/m)F_net.

Revisar solución

Principio
Con masa fija, a es lineal en F_net.
Representación
La forma pendiente-intercepto tiene pendiente 1/m.
Cálculo
Para m = 2 kg, 1/m = 0,5 kg⁻¹.

Segunda ley

La misma fuerza neta actúa sobre cuerpos de 3 kg y 9 kg. ¿Qué relación tienen sus aceleraciones?

Solicitar una pista

Para F_net fija, a es inversamente proporcional a m.

Revisar solución

Principio
Ambos cuerpos reciben la misma fuerza neta.
Representación
a₃/a₉ = (F/3)/(F/9) = 3.
Cálculo
El cuerpo de menor masa acelera tres veces más.

Segunda ley

En la figura, v apunta al este y ΣF_ext al norte. ¿Cuál afirmación es correcta?

La fuerza neta y la aceleración apuntan al norte. La velocidad instantánea puede apuntar al este: la fuerza cambia el vector velocidad.

Solicitar una pista

La segunda ley alinea a con ΣF_ext.

Revisar solución

Principio
La fuerza neta determina la aceleración.
Representación
Ambas apuntan al norte.
Cálculo
La velocidad instantánea puede conservar una componente hacia el este mientras empieza a cambiar.

Segunda ley

¿Qué afirmación evita aplicar ciegamente la forma ma a un sistema de masa variable?

Solicitar una pista

Distingue la forma general en términos de momento de la reducción para masa constante.

Revisar solución

Principio
La fuerza neta externa se conecta con la razón de cambio del momento.
Representación
$\sum\vec F_{ext}=m\vec a$ es la forma usada aquí para masa constante.
Cálculo
Un sistema de masa variable necesita modelar el flujo de materia antes de simplificar.

Masa y peso

Dentro de la mecánica newtoniana, ¿qué describe mejor la masa inercial?

Solicitar una pista

Compara aceleraciones bajo la misma fuerza neta.

Revisar solución

Principio
La masa aparece como factor entre fuerza neta y aceleración.
Representación
Para la misma resultante, mayor masa implica menor aceleración.
Cálculo
Por ello mide inercia y se expresa en kg.

Masa y peso

Calcula el peso de una masa de 7,5 kg donde g = $9.8\,m/s^2$ .

Solicitar una pista

Usa $W=mg$ y reporta una fuerza.

Revisar solución

Principio
El peso es la fuerza gravitacional local.
Representación
$W=mg$ .
Cálculo
W = (7,5 kg)( $9.8\,m/s^2$ ) = 73,5 N.
Interpretación
Apunta hacia el centro de la Tierra.

Masa y peso

Un objeto pesa 49 N en un lugar donde g = $9.8\,m/s^2$ . Calcula su masa.

Solicitar una pista

Despeja m = W/g.

Revisar solución

Principio
El dato 49 N es una fuerza.
Representación
m = W/g.
Cálculo
m = 49 N /( $9.8\,m/s^2$ ) = 5 kg.
Interpretación
La respuesta es masa y se expresa en kg.

Masa y peso

Una masa de 10 kg está primero donde g₁ = $9.8\,m/s^2$ y luego donde g₂ = $1.6\,m/s^2$ . Calcula ambos pesos.

La masa de 10 kg es la misma en ambos lugares. Con g = $9.8\,m/s^2$ el peso es 98 N; con g = $1.6\,m/s^2$ es 16 N.

Solicitar una pista

La masa es la misma; usa el valor de g de cada lugar.

Revisar solución

Principio
El modelo local es $W=mg$ .
Representación
W₁ = 10(9,8) y W₂ = 10(1,6).
Cálculo
W₁ = 98 N y W₂ = 16 N.
Interpretación
El peso cambia; la masa permanece en 10 kg.

Masa y peso

¿Cuál pareja magnitud–unidad es correcta?

Solicitar una pista

Una de las magnitudes es una fuerza.

Revisar solución

Principio
La masa es escalar y su unidad SI es kg.
Representación
El peso es una fuerza gravitacional.
Cálculo
Por tanto el peso se expresa en N.

Tercera ley

Un libro descansa sobre una mesa. ¿Cuál es el par de tercera ley de la fuerza de la mesa sobre el libro?

Solicitar una pista

Intercambia agente y receptor sin cambiar de interacción.

Revisar solución

Principio
La interacción relevante es mesa–libro.
Representación
Una fuerza es mesa sobre libro.
Cálculo
La pareja es libro sobre mesa y actúa sobre la mesa.

Tercera ley

Una persona empuja un carrito ligero. Durante la interacción, ¿cómo se comparan las fuerzas mutuas?

Solicitar una pista

La tercera ley compara fuerzas, no aceleraciones.

Revisar solución

Principio
Persona y carrito forman una pareja de interacción.
Representación
Las fuerzas aparecen simultáneamente y son opuestas.
Cálculo
Sus magnitudes son iguales aunque las aceleraciones puedan diferir.

Tercera ley

Durante un choque, un camión y un automóvil se ejercen fuerzas. ¿Cuál afirmación es correcta?

Solicitar una pista

No confundas daño o aceleración con magnitud de la fuerza mutua.

Revisar solución

Principio
Ambas fuerzas pertenecen al mismo choque.
Representación
La tercera ley exige simultaneidad, igualdad de magnitud y oposición.
Cálculo
Las respuestas distintas se explican por masas y estructuras diferentes.

Tercera ley

Una persona empuja una pared y siente una fuerza en sus manos. ¿Quién ejerce esa fuerza sobre la persona?

Solicitar una pista

Invierte agente y receptor en el empuje original.

Revisar solución

Principio
La persona ejerce fuerza sobre la pared.
Representación
La pared ejerce simultáneamente una fuerza opuesta sobre la persona.
Cálculo
Esa segunda fuerza produce la sensación en las manos.

Tercera ley

Dos patinadores de 50 kg y 75 kg se empujan. Durante un instante la fuerza mutua tiene magnitud 150 N y las demás fuerzas horizontales son despreciables. Calcula la aceleración del patinador de 50 kg.

Solicitar una pista

La tercera ley fija la fuerza sobre cada uno; aplica luego la segunda ley al patinador de 50 kg.

Revisar solución

Principio
El par mutuo tiene magnitud 150 N sobre cada patinador.
Representación
Para el sistema de 50 kg, la resultante horizontal es 150 N.
Cálculo
a = 150/50 = 3 $m/s^2$ .
Interpretación
El otro patinador tiene una aceleración distinta porque su masa es 75 kg.

Tercera ley

¿Qué distingue un par de tercera ley de dos fuerzas balanceadas en el DCL de un cuerpo?

Con A como sistema, solo aparece la fuerza de B sobre A. Con A+B como sistema, el par es interno y no pertenece a la suma de fuerzas externas.

Solicitar una pista

Identifica el receptor de cada flecha.

Revisar solución

Principio
La tercera ley relaciona fuerzas de una misma interacción sobre receptores distintos.
Representación
Un balance suma fuerzas que comparten el mismo sistema receptor.
Cálculo
Solo estas últimas pueden cancelarse dentro de un DCL individual.

DCL

Para la caja de la figura, ¿por qué el diagrama mostrado es un DCL válido?

El DCL contiene la fuerza de soporte hacia arriba, el peso hacia abajo y la fuerza de la mano hacia +x. No contiene velocidad, ma ni la reacción sobre la mano.

Solicitar una pista

Revisa el receptor de cada flecha.

Revisar solución

Principio
El sistema aislado es la caja.
Representación
Soporte, peso y empuje son fuerzas ejercidas sobre ella.
Cálculo
El diagrama excluye cantidades cinemáticas y fuerzas sobre otros cuerpos.

DCL

Un borrador de DCL incluye una flecha v hacia la derecha. ¿Qué debe hacerse?

Solicitar una pista

Pregunta si v representa una interacción.

Revisar solución

Principio
La velocidad describe el estado de movimiento.
Representación
No tiene agente ni receptor como una fuerza.
Cálculo
Debe quedar fuera del DCL.

DCL

En el DCL de una caja empujada por una mano, alguien dibuja también la fuerza de la caja sobre la mano. ¿Cuál es el error?

Solicitar una pista

El sistema elegido es solamente la caja.

Revisar solución

Principio
El DCL reúne fuerzas que actúan sobre la caja.
Representación
La fuerza caja sobre mano tiene como receptor la mano.
Cálculo
Pertenece al DCL de la mano, no al de la caja.

DCL

Una lámpara cuelga de una cuerda. Sin desarrollar tensión en profundidad, ¿qué agentes externos interactúan directamente con la lámpara?

Solicitar una pista

Busca interacciones que crucen la frontera de la lámpara.

Revisar solución

Principio
El sistema es la lámpara.
Representación
La Tierra ejerce la interacción gravitacional y la cuerda una interacción de contacto.
Cálculo
El techo interactúa con la cuerda, no directamente con la lámpara en este modelo.

DCL

Un DCL muestra 7 N hacia +x y 3 N hacia −x. Calcula ΣFₓ.

Las fuerzas de 7 N y 3 N actúan sobre el mismo sistema en sentidos opuestos. Su suma es 4 N hacia +x; la resultante se muestra como cálculo, no como una tercera interacción.

Solicitar una pista

Asigna signos antes de sumar.

Revisar solución

Principio
Ambas fuerzas actúan sobre el mismo sistema.
Representación
ΣFₓ = +7 N − 3 N.
Cálculo
ΣFₓ = +4 N.
Interpretación
La resultante apunta a la derecha.

DCL

Una fuerza de 10 N forma 36,87° sobre +x. Usa cos 36,87° = 0,8 y sin 36,87° = 0,6 para hallar sus componentes.

Fₓ y Fᵧ son proyecciones de la misma fuerza F sobre los ejes elegidos. Las guías punteadas muestran la descomposición sin sumar interacciones.

Solicitar una pista

El ángulo se mide desde +x: identifica la componente adyacente.

Revisar solución

Principio
Las componentes proyectan una única fuerza.
Representación
Fₓ = F cos θ y Fᵧ = F sin θ.
Cálculo
Fₓ = 8 N y Fᵧ = 6 N.
Interpretación
No se suman además al vector F en el inventario.

DCL

El DCL horizontal de una caja de 2 kg tiene 9 N hacia +x y 3 N hacia −x. Calcula aₓ.

Solicitar una pista

Primero encuentra ΣFₓ; después divide por la masa.

Revisar solución

Principio
El DCL fija las fuerzas que actúan sobre la caja.
Representación
ΣFₓ = 9 − 3 = 6 N.
Cálculo
aₓ = ΣFₓ/m = 6/2 = 3 $m/s^2$ .
Interpretación
La aceleración apunta hacia +x.

Marcos inerciales

S' se mueve con velocidad constante respecto a un marco inercial S. ¿Cómo se clasifica S' en mecánica galileana?

Solicitar una pista

La velocidad relativa no cambia con el tiempo.

Revisar solución

Principio
S es inercial por hipótesis.
Representación
La velocidad relativa V es constante.
Cálculo
La aceleración se conserva y S' pertenece a la misma clase de marcos inerciales.

Marcos inerciales

Un tren S' avanza a +12 m/s respecto al suelo S. Una persona camina a +3 m/s respecto al tren. Calcula su velocidad respecto al suelo.

Solicitar una pista

La relación inversa a $\vec v'=\vec v-\vec V$ es v = v' + V.

Revisar solución

Principio
Define +x en el sentido del tren.
Representación
v_persona/S = v_persona/S' + V_S'/S.
Cálculo
v = 3 + 12 = 15 m/s.
Interpretación
Los marcos asignan velocidades distintas al mismo movimiento.

Marcos inerciales

Si $\vec v'=\vec v-\vec V$ y V es constante, ¿qué relación existe entre a' y a?

Solicitar una pista

Deriva la relación de velocidad respecto al tiempo.

Revisar solución

Principio
La velocidad relativa V no cambia.
Representación
Al derivar, dV/dt = 0.
Cálculo
Por tanto $\vec a'=\vec a$ .

Marcos inerciales

¿Cuál observador está claramente en un marco no inercial durante el intervalo descrito?

Solicitar una pista

Busca un marco cuya velocidad cambia.

Revisar solución

Principio
Un marco inercial puede trasladarse con velocidad constante.
Representación
El automóvil aumenta su rapidez y por tanto acelera.
Cálculo
Ese marco no conserva directamente la forma estándar sin correcciones.

Marcos inerciales

En un marco, varios objetos libres muestran la misma aceleración sin interacciones externas identificables. ¿Qué interpretación es más prudente?

Solicitar una pista

Usa la primera ley para evaluar el propio marco.

Revisar solución

Principio
Un objeto libre debería conservar velocidad en un marco inercial.
Representación
Una aceleración común no explicada sugiere movimiento del marco.
Cálculo
Debe revisarse el marco antes de atribuir fuerzas físicas a los objetos.

Fuerzas

Segunda ley

Masa y peso

Tercera ley

DCL

Marcos inerciales