Problema nº 4 de energía cinética y potencial, velocidad final - TP09

Enunciado del ejercicio nº 4

Se deja caer un cuerpo desde el 10° piso de un edificio. Si la distancia entre dos pisos consecutivos es de 3 metros, calcular la velocidad del cuerpo al pasar por:

a) 9° piso

b) 5° piso

c) 1° piso

d) planta baja

Desarrollo

Datos:

Δh = 3 m

g = 9,80665 m/s²

Fórmulas:

ΔEM = ΔEc + ΔEₚ

Ec = ½·m·v²

Solución

Aplicamos la ecuación de la energía mecánica:

ΔEM = ΔEc + ΔEₚ

Las fuerzas son conservativas:

ΔEM = ΔEc + ΔEₚ = 0

ΔEc + ΔEₚ = 0

En la caída, la energía potencial se transforma en energía cinética:

Ec1 + Eₚ₁ = Ec2 + Eₚ₂

½·m·v₁² + m·g·h₁ = ½·m·v₂² + m·g·h₂

Elegimos h₁ a la altura del 10° piso:

h₁ = 10·Δh

h₁ = 30 m

Para todos los casos:

v₁ = 0 (se deja caer)

m·g·h₁ = ½·m·v₂² + m·g·h₂

Cancelamos la masa m:

g·h₁ = ½·v₂² + g·h₂

Despejamos v₂:

½·v₂² = g·h₁ - g·h₂

v₂² = 2·g·(h₁ - h₂)

Cálculo de la velocidad

a) 9° piso

La altura en el 9° piso es:

h₂ = 30 m - 3 m

h₂ = 27 m

Reemplazamos por los valores y calculamos v₂:

Cálculo de la velocidad

Cálculo de la velocidad final

v₂ = 7,670717046 m/s

Resultado a), la velocidad del cuerpo al pasar por el 9° piso es:

v₂ = 7,67 m/s

b) 5° piso

La altura en el 5° piso es:

h₂ = 30 m - 5·3 m

h₂ = 15 m

Reemplazamos por los valores y calculamos v₂:

Cálculo de la velocidad

Cálculo de la velocidad final

v₂ = 17,15224475 m/s

Resultado b), la velocidad del cuerpo al pasar por el 5° piso es:

v₂ = 17,15 m/s

c) 1° piso

La altura en el 1° piso es:

h₂ = 30 m - 9·3 m

h₂ = 3 m

Reemplazamos por los valores y calculamos v₂:

Cálculo de la velocidad

Cálculo de la velocidad final

v₂ = 23,01215114 m/s

Resultado c), la velocidad del cuerpo al pasar por el 1° piso es:

v₂ = 23,01 m/s

d) planta baja

La altura en planta baja es:

h₂ = 30 m - 30 m

h₂ = 0 m

Reemplazamos por los valores y calculamos v₂:

Cálculo de la velocidad

Cálculo de la velocidad final

v₂ = 24,25693715 m/s

Resultado d), la velocidad del cuerpo al pasar por planta baja es:

v₂ = 24,26 m/s

Ejemplo, cómo calcular la velocidad en caída libre

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