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Fisica 3° · 2024
Libro de Física 3 BGU

Ministerio de Educación del Ecuador

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Máquina de Atwood: determinar la masa desconocida de un objeto

📄 ejercicios fisica 🎓 bachillerato · 3° BGU Ecuador 🇪🇨 EC 🗣 Español
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Respuesta rápida

m_B = 6 kg. Aplicando la segunda ley de Newton a ambas masas: (m_B − m_A)g = (m_B + m_A)a con a = 7 m/s² y g = 9,8 m/s².

📚 exercise fisica ⭐⭐⭐ Dificultad 3/5 ⏱ 4 min lectura

Solución — Página 63

Fisica 3° · 2024

8
Ejercicio 8

Adriana usa una máquina de Atwood con una masa de referencia m_A = 1 \\, \\text{kg}; la masa desconocida m_B arrastra a la masa A con una aceleración de a = 7 \\, \\text{m/s}^{2}.

a
Parte 8.a

Calcular la masa del objeto desconocido usando cinemática y dinámica.

  1. Datos: m_A = 1 \\, \\text{kg}, a = 7 \\, \\text{m/s}^{2}, g = 9{,}8 \\, \\text{m/s}^{2}, y m_B > m_A (porque la masa desconocida arrastra a la de 1 kg).

  2. Cinemática: al estar unidas por una cuerda inextensible, ambas masas tienen la misma aceleración a = 7 \\, \\text{m/s}^{2}; B desciende y A asciende.

  3. Dinámica en la masa A (sube): la tensión T actúa hacia arriba y el peso hacia abajo:

T - m_A g = m_A a

  1. Dinámica en la masa B (baja): el peso actúa hacia abajo y la tensión hacia arriba:

m_B g - T = m_B a

  1. Sistema de ecuaciones: sumando ambas igualdades se elimina T:

(m_B - m_A) g = (m_B + m_A) a

6
Ejercicio 6

Sustitución de valores:

(m_B - 1)(9{,}8) = (m_B + 1)(7)

7
Ejercicio 7

Desarrollo:

9{,}8 m_B - 9{,}8 = 7 m_B + 7

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8
Ejercicio 8

Agrupando términos semejantes:

9{,}8 m_B - 7 m_B = 7 + 9{,}8

2{,}8 m_B = 16{,}8

9
Ejercicio 9

Despeje final:

m_B = \\frac{16{,}8}{2{,}8} = 6 \\, \\text{kg}

Verificación (tensión): T = m_A(g + a) = 1(9{,}8 + 7) = 16{,}8 \\, \\text{N}. Comprobando en B: m_B g - T = 6(9{,}8) - 16{,}8 = 58{,}8 - 16{,}8 = 42 \\, \\text{N}, y m_B a = 6(7) = 42 \\, \\text{N}. ✓

Respuesta

m_B = 6 \\, \\text{kg}.

Contenido de la página

8. Leo el siguiente problema y realizo la actividad a continuación: Adriana, una estudiante de colegio, encuentra un objeto de rara apariencia en el patio del colegio, decide llevarlo con su maestra, quien se dirige al laboratorio a fin de determinar la masa del objeto desconocido. Lastimosamente, la balanza de la institución no se encuentra en buen estado; no obstante, existe una máquina de Atwood con una masa de 1 kg (masa A), masa referencial. Cuando se colocan ambas masas en el mecanismo, un sensor muestra que la masa desconocida arrastra a la masa de 1 kg con una aceleración de 7 m/s².

a) Calculo la masa del objeto desconocido usando los conceptos y ecuaciones de la cinemática y la dinámica.

Fuente: https://n9.cl/krp79

Ejemplos resueltos

Máquina de Atwood con masas de 2 kg y 6 kg; calcular la aceleración del sistema.

  1. a = \\frac{(6 - 2)(9{,}8)}{6 + 2} = \\frac{4 \\times 9{,}8}{8} = \\frac{39{,}2}{8} = 4{,}9 \\, \\text{m/s}^{2}. 2. La masa mayor desciende con 4{,}9 \\, \\text{m/s}^{2}.

Tabla

Cuerpo Fuerzas Ecuación de Newton (positivo hacia el movimiento)
Masa A (sube) Tensión T hacia arriba, peso m_A g hacia abajo T - m_A g = m_A a
Masa B (baja) Peso m_B g hacia abajo, tensión T hacia arriba m_B g - T = m_B a

Fórmulas y ecuaciones

a = \frac{(m_B - m_A) g}{m_B + m_A}

T - m_A g = m_A a

m_B g - T = m_B a

(m_B - m_A) g = (m_B + m_A) a

a = \frac{(m_B - m_A) g}{(m_B + m_A)}

T = \frac{2 m_A m_B g}{m_A + m_B}

Glosario (4)

Máquina de Atwood
Dispositivo formado por una polea fija y dos masas unidas por una cuerda; si las masas son distintas, el sistema acelera con una aceleración común.
Tensión
Fuerza de longitud que ejerce una cuerda sobre los cuerpos a los que está unida, dirigida a lo largo de la cuerda.
Masa referencial
Masa de valor conocido usada como patrón para comparar o determinar otras masas.
Cuerda inextensible
Cuerda que no cambia de longitud, por lo que ambas masas unidas por ella comparten la misma magnitud de aceleración.

Preguntas para practicar

¿Por qué ambas masas tienen la misma magnitud de aceleración en una máquina de Atwood?

Porque están unidas por una cuerda inextensible: si una masa desciende una distancia, la otra asciende exactamente la misma distancia en el mismo tiempo, por lo que sus velocidades y aceleraciones tienen siempre la misma magnitud, aunque sentidos opuestos.

¿Qué ocurriría con la aceleración si ambas masas fueran iguales?

Si m_A = m_B, el numerador de la fórmula de la aceleración se anula, la aceleración vale cero y el sistema permanece en reposo o se mueve con velocidad constante, ya que las fuerzas netas sobre cada masa se equilibran.

Temas y conceptos clave

DinámicaMáquina de AtwoodSegunda ley de NewtonSistemas de masas acopladasmáquina de Atwoodaceleración común por cuerda inextensibletensiónsegunda ley de Newtonpesomasa de referencia

Fuentes y referencias

  • https://n9.cl/krp79
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Preguntas que la gente también hace

¿Cómo se calcula la aceleración en una máquina de Atwood?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Qué es la tensión en la cuerda de una máquina de Atwood?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
¿Cómo se aplica la segunda ley de Newton a dos masas unidas por una cuerda?
Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.
📌 Antes de leer esto
  • • Segunda ley de Newton F = ma
  • • Diagramas de cuerpo libre
  • • Concepto de tensión en cuerdas inextensibles
  • • Operación con ecuaciones de primer grado
Siguiente tema sugerido
Fricción y planos inclinados con sistemas de masas
📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 754 caracteres
  1. Leo el siguiente problema y realizo la actividad a continuación: Adriana, una estudiante de colegio, encuentra un objeto de rara apariencia en el patio del colegio, decide llevarlo con su maestra, quien se dirige al laboratorio a fin de determinar la masa del objeto desconocido. Lastimosamente, la balanza de la institución no se encuentra en buen estado, no obstante, existe una máquina de Atwood con una masa de 1kg (masa A), masa referencial. Cuando se colocan ambas masas en el mecanismo, un sensor muestra que la masa desconocida arrastra a la masa de 1 kg con una aceleración de 7 m/s?.

a) Calculo la masa del objeto desconocido usando los conceptos y ecuaciones de la cinemática y la dinámica.

Fuente: https://n9.cl/krp79

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