Una bala de 20 g de masa atraviesa una pared de 12 cm de anchura. La bala incide en la pared con una velocidad de 250 m/s y sale con una velocidad de 120 m/s.
¿Qué resistencia media (fuerza de rozamiento) opone la pared?
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¿Qué resistencia media (fuerza de rozamiento) opone la pared?
Para resolver este problema tenemos que utilizar el teorema del trabajo y energía cinética. Este teorema establece que el trabajo realizado por todas las fuerzas sobre un objeto es igual al cambio en su energía cinética.
La fórmula para el trabajo es:
\[ W = F \cdot d \]
El cambio en la energía cinética se calcula como:
\[ \Delta E_c = \frac{1}{2} m v_f^2 – \frac{1}{2} m v_i^2 \]
\( v_f \) es la velocidad final de la bala después de atravesar la pared,
\( v_i \) es la velocidad inicial de la bala antes de entrar en la pared.
1. Cálculo del cambio en la energía cinética de la bala:
Primero, determinamos la energía cinética inicial \( E_{ci} \) de la bala antes de entrar en la pared:
\[ E_{ci} = \frac{1}{2} m v_i^2 \]
\[ E_{ci} = \frac{1}{2} \times 0.02 \, \text{kg} \times (250 \, \text{m/s})^2 \]
\[ E_{ci} = 625 \, \text{J} \]
Luego, calculamos la energía cinética final \( E_{cf} \) de la bala después de salir de la pared:
\[ E_{cf} = \frac{1}{2} m v_f^2 \]
\[ E_{cf} = \frac{1}{2} \times 0.02 \, \text{kg} \times (120 \, \text{m/s})^2 \]
\[ E_{cf} = 144 \, \text{J} \]
El cambio en la energía cinética \( \Delta E_c \) es la diferencia entre la energía cinética final y la inicial:
\[ \Delta E_c = E_{cf} – E_{ci} \]
\[ \Delta E_c = 144 \, \text{J} – 625 \, \text{J} \]
\[ \Delta E_c = -481 \, \text{J} \]
El signo negativo indica que la bala ha perdido energía cinética, lo cual es esperado ya que la pared ha hecho trabajo contra la bala, frenándola.
2. Cálculo del trabajo realizado por la fuerza de rozamiento:
El trabajo realizado por la fuerza de rozamiento \( W = F \cdot d \) es igual al cambio en la energía cinética:
\[ F \cdot d = \Delta E_c \]
Despejamos la fuerza \( F \):
\[ F = \frac{\Delta E_c}{d} \]
Sustituyendo los valores:
\[ F = \frac{-481 \, \text{J}}{0.12 \, \text{m}} \]
\[ F \approx -4008.33 \, \text{N} \]
Saludos!!