Un automóvil de 1300 kg se mueve a 108 km/h.
a) Calcula el trabajo que realizan los frenos para detenerlo completamente.
b) Si se ha detenido después de recorrer 80 m, halla la fuerza de rozamiento de los frenos.
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a) Calcula el trabajo que realizan los frenos para detenerlo completamente.
b) Si se ha detenido después de recorrer 80 m, halla la fuerza de rozamiento de los frenos.
a) Para calcular el trabajo realizado por los frenos, comenzamos convirtiendo la velocidad del automóvil a unidades del Sistema Internacional (SI), lo que nos da 30 m/s. Luego, aplicamos el teorema trabajo – energía cinética. El trabajo realizado por los frenos es igual a la variación de la energía cinética, que podemos expresar como:
\[W = \Delta Ec\]
\[W = \frac{1}{2} m v_f^2 – \frac{1}{2} m v_i^2\]
Dado que el automóvil se detiene completamente, la velocidad final (\(v_f\)) es cero. Por lo tanto, la ecuación se reduce a:
\[W = -\frac{1}{2} m v_i^2\]
\[W = \frac{1}{2} (1300 \, kg) (30 \, m/s)^2 = -585,000 \, J\]
b) Para encontrar la fuerza de rozamiento de los frenos, utilizamos la definición del trabajo realizado por una fuerza, que es igual al producto de la fuerza, la distancia y el coseno del ángulo entre la fuerza y la dirección del desplazamiento.
La fuerza de rozamiento actúa en la dirección opuesta al movimiento, por lo que el ángulo entre la fuerza de rozamiento y la dirección del desplazamiento es 180 grados. Entonces, la ecuación se convierte en:
\[W = F_r \cdot \Delta x \cdot \cos(180^\circ)\]
El coseno de 180 grados es -1 y la ecuación se simplifica:
\[W = -F_r \cdot \Delta x\]
Despejando \(F_r\), obtenemos:
\[F_r = -\frac{W}{\Delta x}\]
Sustituyendo los valores calculados, obtenemos:
\[ F_r = \frac{-(-585,000 \, J)}{80 \, m} = \frac{585,000 \, J}{80 \, m} = 7312.5 \, N \]
Esta fuerza representa la resistencia ejercida por los frenos para detener el automóvil.
Gracias 😀