Question

2. Un dispositivo móvil diseñado y construido por los alumnos de física es autopropulsado por la corriente de aire que sale de un globo inflado. Calcula la fuerza que impulsa hacia adelante al dispositivo si partiendo del reposo alcanza una velocidad de 3 m/s en un tiempo de 5 segundos. Calcula también la fuerza de reacción que ejerce el piso sobre las llantas del dispositivo si la masa de este es de 4 kilogramos. No consideres la fricción entre el piso y las llantas del dispositivo. Calcula nuevamente los valores anteriores si los alumnos deciden agregar al móvil un pasajero con masa igual a 0. 5 kg y compara los resultados​

Answer 1

Para calcular la fuerza que impulsa hacia adelante al dispositivo, utilizamos la ecuación de la segunda ley de Newton:

F = m * a

Donde F es la fuerza, m es la masa del dispositivo y a es la aceleración del mismo. Sabemos que la velocidad final (vf) del dispositivo es 3 m/s, que la velocidad inicial (vi) es 0 m/s y que el tiempo (t) es de 5 segundos. Por lo tanto, la aceleración es:

a = (vf - vi) / t = (3 m/s - 0 m/s) / 5 s = 0.6 m/s^2

Sustituyendo este valor junto con la masa del dispositivo (4 kg) en la ecuación de la segunda ley de Newton, obtenemos:

F = m * a = 4 kg * 0.6 m/s^2 = 2.4 N

Por lo tanto, la fuerza que impulsa hacia adelante al dispositivo es de 2.4 N.

Para calcular la fuerza de reacción que ejerce el piso sobre las llantas del dispositivo, utilizamos la tercera ley de Newton, que establece que para toda fuerza de acción hay una fuerza de reacción igual y opuesta. Por lo tanto, la fuerza de reacción del piso sobre las llantas es igual en magnitud a la fuerza que ejerce el dispositivo sobre el piso:

F_reaccion = F = 2.4 N

Si agregamos un pasajero de 0.5 kg al móvil, la masa total del dispositivo será de 4.5 kg. Para calcular la fuerza que impulsa hacia adelante al dispositivo, volvemos a utilizar la ecuación de la segunda ley de Newton:

F = m * a

La aceleración del dispositivo sigue siendo 0.6 m/s^2, por lo que la fuerza necesaria para producir esta aceleración es:

F = m * a = 4.5 kg * 0.6 m/s^2 = 2.7 N

Por lo tanto, la fuerza que impulsa hacia adelante al dispositivo con el pasajero es de 2.7 N.

Para calcular la fuerza de reacción del piso sobre las llantas, nuevamente utilizamos la tercera ley de Newton:

F_reaccion = F = 2.7 N

Comparando los resultados, vemos que al agregar el pasajero, la fuerza necesaria para impulsar el dispositivo aumentó ligeramente, pero la fuerza de reacción del piso sobre las llantas sigue siendo la misma.