Problemas

El disco circular de 20 cm de radio pesa 22 kg, con un radio de giro centroidal de 17.8 cm, y posee una garganta concéntrica de radio 7 cm. Si se le aplica una fuerza constante de 18 N mediante una cuerda enrollada en la garganta tal como se indica en la figura, calcular la aceleración angular α del disco cuando parte del reposo. El coeficiente de rozamiento entre el disco y la superficie horizontal es 0.10. (Compruébese que la rueda gira en el sentido de las agujas del reloj y no en sentido contrario. Suponer primero que la rueda no desliza y entonces comprobar esta hipótesis con los resultados).

Problema de Dinámica del Sólido Rígido.

El disco circular de la figura tiene una masa de 68 kg una vez practicado el orificio de 15.2 cm de diámetro. Se suelta el disco partiendo del reposo sobre una superficie horizontal en la posición indicada. Admitiendo que el disco rueda sin deslizar, hallar: a) la fuerza de rozamiento entre el suelo y el disco un instante después de soltar éste; b) la máxima velocidad angular alcanzada por el disco durante su movimiento; c) la fuerza de rozamiento en la situación b).

Problema de Dinámica del Sólido Rígido.

El disco circular uniforme de radio 15 cm pesa 29.2 kg y está montado en la barra giratoria OA en tres formas diferentes. En cada caso la barra gira alrededor de su eje vertical O con una velocidad angular ω=4 rad/s en sentido horario. En el caso a) el disco está soldado a la barra. En el b) el disco está unido a ella por un pasador liso en A moviéndose con traslación curvilínea y por tanto no tiene rotación como sólido rígido. En el caso c) el ángulo relativo entre el disco y la barra aumenta a razón de . Calcular el momento cinético respecto al punto O del disco en cada caso.

Problema de Dinámica del Sólido Rígido.

El disco con la ranura semicircular, de radio 15 cm (ver figura), está situado en un plano horizontal y gira, en sentido contrario a las agujas del reloj, en torno a un eje perpendicular que pasa por O con velocidad angular ω. El pasador A de masa 10 g se mueve a su vez en la ranura de forma que el radio OA gira con relación a la recta OB, fija en el disco, con celeridad constante en todo el recorrido, excepto en los extremos de la ranura en los que cambia de sentido. Determinar en el instante en que β=30^o, , sabiendo que en ese instante el disco gira a una velocidad angular ω=10 rad/s disminuyendo a razón de 2 rad/s²: a) la velocidad absoluta del pasador A; b) su aceleración; c) la fuerza que la ranura ejerce sobre el pasador A.

Problema de Dinámica de la Partícula.

El disco ranurado de la figura situado en un plano vertical gira en torno a un eje perpendicular que pasa por O con una velocidad angular ω. Al mismo tiempo, el pasador A de masa 10 g oscila en la ranura circular. Determinar, en el instante en que θ=0, =3 rad/s, =5 rad/s², ω=10 rad/s y =25 rad/s²: a) la velocidad y aceleración del pasador A; b) la fuerza que la ranura ejerce sobre el pasador.

Problema de Dinámica de la Partícula.

El disco ranurado gira en un plano horizontal en torno a su árbol que pasa por C, mientras que la corredera P de 450 g puede moverse libremente en la guía lisa. Partiendo del reposo con la corredera en la posición indicada, se proporciona al disco una aceleración angular en el sentido de las agujas del reloj de 40 rad/s². Calcular la fuerza en el plano horizontal F ejercida por la guía sobre P al iniciarse el movimiento y la aceleración inicial de P relativa a la ranura.

Problema de Dinámica de la Partícula.

El disco semicircular de radio r parte del reposo en la posición indicada. Si no existe deslizamiento entre el disco y la superficie horizontal, determinar la velocidad angular ω alcanzada por el disco cuando su energía cinética es máxima.

Problema de Dinámica del Sólido Rígido.

El disco semicircular ranurado gira con velocidad angular constante de ω=3 rad/s en sentido opuesto al de las agujas del reloj. Simultáneamente el brazo, también ranurado, oscila en torno a la línea OB (ligada al disco) de forma que θ varía a razón de 2 rad/s excepto en los extremos de la oscilación, durante la inversión del sentido. Determinar la aceleración total del pasador A cuando θ=30^o y positiva (sentido de las agujas del reloj).

Problema de Cinemática de la Partícula.

El disco superior de la figura tiene una masa m₁, un radio de giro centroidal k y un radio r, y rueda sin deslizar sobre el disco mayor, fijo rigidamente y que no puede girar. La barra de conexión tiene una masa m₂ y puede tratarse como una varilla delgada de longitud L. Determinar la aceleración angular a de BO en la posición indicada debida al par de momento M aplicado por la barra en O.

Problema de Dinámica del Sólido Rígido.

El dispositivo de la figura está constituido por un cilindro adiabático provisto de un pistón, también adiabático. Un tabique metálico interior M, de masa despreciable y buen conductor del calor, lo divide en dos partes A y B. Inicialmente el tabique metálico está cubierto por una superficie adiabática y los recintos A y B contienen cada uno 1 mol de un mismo gas ideal monoatómico (c_v=12.47 J/molK) a la presión de 101.3 kPa y temperaturas de 1500 K (A) y 373 K (B). Se elimina la superficie adiabática que cubre M y al mismo tiempo, el gas contenido en A se comprime cuasiestática e isotérmicamente (1500 K). Cuando la temperatura del gas B alcanza también los 1500 K se detiene el proceso de compresión. Calcúlese: a) el trabajo de compresión isoterma realizado sobre el gas que ocupa el recinto A; b) el valor final de la presión en los recintos A y B; c) las variaciones de entropía de los gases contenidos en A y B, de la placa metálica M y del Universo. Constante de los gases perfectos: R=8.31 J/molK.

Problema de Entropia y Segundo Principio de la Termodinámica.