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Momentum Lineal

Mecánica

Guía 11: Momentum Lineal

1.- Impulso y Momentum Lineal

  1. Un balón de fútbol de masa m=450gm=450g, inicialmente en resposo, es pateado por Cristiano Ronaldo (CR7) con máxima potencia de modo que alcanza 119km/h119km/h. Determine
    1. El momentum del balón tras el disparo.
    2. El impulso que aplica CR7 sobre el balón.
    3. La fuerza promedio que realiza CR7 sobre el balón, si el impacto dura 50,0ms50,0ms.

    Indicación: La fuerza promedio se obtiene a partir del impulso, considerando que la fuerza es constante IF=FpromΔt.IF=FpromΔt.

  2. Un conductor de masa m=75,0kgm=75,0kg detenido en una esquina observa que se enciende la luz verde del semáforo, acelera y alcanza una rapidez de 6,50m/s6,50m/s en solo 0,900s0,900s. Determine
    1. El cambio de momentum lineal del conductor.
    2. La fuerza promedio sobre el conductor ¿Qué objeto realiza esta fuerza?


  3. Desde una altura de 1,00m1,00m se deja caer una pelota de 50g50g que rebota en el suelo hasta alcanzar una altura de 0,60m0,60m. Calcule
    1. La velocidad y el momentum de la pelota justo antes de chocar con el piso.
    2. El momentum justo después de chocar con el piso.
    3. El impulso que realiza el suelo sobre la pelota.


  4. Un tenista recibe el segundo saque de Fernando González a 180km/h180km/h y logra devolver a 144km/h144km/h con ángulo de elevación de 2020. Si la pelota de masa m=60gm=60g es impactada cuando viajaba horizontalmente en la dirección negativa del eje xx. Determine
    1. El momentum lineal de la pelota antes y después del impacto con la raqueta.
    2. El impulso sobre la pelota.
    3. La fuerza promedio de la pelota sobre la raqueta si están en contacto durante 0,020s0,020s.


2.- Colisiones

  1. Un jugador de rugby de 90kg90kg corre hacia el norte con rapidez de 10m/s10m/s. Otro jugador, del equipo rival, de 120kg120kg corre hacia el sur con rapidez de 4,0m/s4,0m/s y logra derribar a su adversario mediante un tackle (suponga que se cuelga del adversario a la altura de las piernas.). Determine
    1. El vector velocidad con que se mueven ambos jugadores justo después del tackle.
    2. El cambio de energía del sistema formado por ambos jugadores durante el tackle.

  2. Una bala de masa m=10,0gm=10,0g queda incrustada en un bloque de madera de masa M=5,00kgM=5,00kg inicialmente en reposo. Justo tras el impacto, el sistema bala-bloque de madera se mueve con velocidad 0,600m/s.
    Bala incrustada en bloque
    Calcule
    1. La velocidad inicial de la bala.
    2. La energía (cinética) del sistema bala-bloque de madera antes y después del impacto.
    3. La perdida de energía durante el impacto.

  3. Un vagón de ferrocarril de 2,5×104kg de masa, se mueve con una velocidad de 4,0m/s. En su camino hay tres vagones acoplados que se mueven en la misma dirección pero con velocidad de 2,0m/s. Considere que todos los vagones tienen la misma masa.
    Tres vagones acoplados
    Obtenga
    1. La velocidad de los cuatro vagones después del impacto.
    2. La energía que se pierde en el choque.

  4. Una masa de plasticina de 60,0g es arrojada hacia la dirección negativa del eje x contra otra masa de 40,0g que se mueve con velocidad de 3,00ˆȷm/s. Tras el choque las masas pemanecen unidas moviendose con rapidez de 3,20m/s y formando un ángulo de 68,0 con respecto al eje y en el segundo cuadrante. Determine la velocidad de la masa de 60,0g antes del choque.

  5. Un núcleo inestable de Be104, cuya masa es 17×1027kg inicialmente en reposo, se desintegra en tres partículas. La primera de ellas, (He32) de 5,0×1027kg, se mueve a lo largo del eje y con velocidad de 6,0×106m/s. Otra partícula, (Li53) de 8,4×1027kg, se mueve a lo largo del eje x con velocidad de 4,0×106m/s. Determine
    1. La velocidad de la tercera partícula.
    2. La energía emitida en el proceso.

  6. Durante un juego de billar la bola blanca que se mueve a 5,00m/s golpea a una bola «8» en reposo. Después de la colisión la bola blanca se mueve a 4,33m/s con un ángulo de 30,0 respecto de la dirección original del movimiento. Si la masa de cada bola es m=160g, determine
    1. La velocidad de la bola «8» tras el choque.
    2. El cambio en la energía cinética del sistema formado por la bola blanca y la «8» ¿Qué tipo de choque ocurrió?

3.- Centro de masa

  1. La masa de la Tierra es MT=5,97×1024kg y la de la Luna ML=7,35×1022kg. Sabiendo que la distancia media del centro de la Tierra al centro de la Luna es 3,84×105km. Obtenga
    1. La distancia desde el centro de la Tierra a la que se encuentra el centro de masas del sistema y compare con el radio de la Tierra RT=6,370×103km.

  2. En cierto instante de tiempo, una partícula de 3,00kg se encuentra en la posición r1=(5,00ˆı+3,00ˆȷ)m, una segunda partícula de 2,00kg se encuentra en r2=3,00ˆım mientras una tercera de 4,00kg está ubicada en r3=(2,50ˆı4,50ˆȷ)m. Si las velocidades de las partículas son v1=(1,00ˆı2,00ˆȷ)m/s, v2=5,00ˆȷm/s y v3=0,00m/s. Obtenga
    1. La posición y la velocidad del centro de masa del sistema formado por las dos primeras partículas.
    2. La posición y la velocidad del centro de masa del sistema formado por las tres partículas.

  3. Una partícula de 16,0g se mueve a 3,00m/s hacia una partícula en resposo de 7,00g. Determine
    1. La velocidad del centro de masa.
    2. La velocidad con que se aproxima cada partícula al centro de masa.
    3. El \textit{momentum} de cada partícula, respecto del centro de masa.


Respuestas

1.- Impulso y Momentum Lineal

    1. pf=14,9kgm/s en la dirección de disparo.
    2. ICR7=14,9kgm/s en la dirección de disparo.
    3. FpromCR7=298N en la dirección de disparo.

    1. Δp=488kgm/s en la dirección de aceleración.
    2. Npromasiento=542N en la dirección de aceleración.
      El asiento ejerce la fuerza.

    1. v=4,43m/s y p=0,22kgm/s ambos hacia abajo.
    2. p=0,17kgm/s hacia arriba.
    3. Isuelo=0,39kgm/s hacia arriba, donde hemos despreciado el impulso del peso.

    1. pi=3,0ˆıkgm/s
      pf=(2,3ˆı+0,82ˆȷ)kgm/s.
    2. I=(5,3ˆı+0,82ˆȷ)kgm/s.
    3. F=(2,7ˆı0,41ˆȷ)×102N.

2.- Colisiones

    1. vf=2,0m/s hacia el norte.
    2. ΔE=5,0kJ. Se pierden 5,0kJ.

    1. vm=301m/s hacia la derecha.
    2. Ki=453J
      Kf=0,902J.
    3. ΔE=452J. Se pierden 452J.

    1. V=2,5m/s hacia la derecha.
    2. ΔE=37kJ. Se pierden 37kJ.

  1. v=4,94ˆım/s.

    1. v=(9,3ˆı8,3ˆȷ)m/s.
    2. ΔE=4,4×1013J. El proceso emite 4,4×1013J.

    1. v=2,50m/s en 60,0 respecto de la dirección original de movimiento.
    2. ΔK=0,00J. El choque es elástico.

3.- Centro de masa

  1. dCM=4,67×106m=4,67×103km<RT. El centro de masas del sistema Tierra-Luna se encuentra en el interior del planeta Tierra.

    1. rCM=(1,8ˆı+1,80ˆȷ)m
      vCM=(0,600ˆı+0,80ˆȷ)m/s.
    2. rCM=(0,11ˆı+1,0ˆȷ)m
      vCM=(0,600ˆı+0,80ˆȷ)m/s.

  2. Fijemos el eje x apuntando en la dirección en que se mueve la primera partícula.
    1. vCM=2,18ˆım/s.
    2. v 1c/r CM=0,82ˆım/s
      v 2c/r CM=2,18ˆım/s.
    3. p 1c/r CM=1,3×102ˆıkgm/s
      p 2c/r CM=1,53×102ˆı kgm/s.

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