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Problemas Resueltos Cap 3 Fisica Serway

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PROBLEMAS RESUELTOS VECTORES PROBLEMAS RESUELTOS VECTORES

CAPITULO

CAPITULO 3 3 FISICA FISICA TOMO TOMO 11

Cuarta, quinta y sexta edición Cuarta, quinta y sexta edición

Raymond A. Serway Raymond A. Serway VECTORES VECTORES 3.1 Sistemas de coordenadas 3.1 Sistemas de coordenadas

3.2 Cantidades vectoriales y escaleras 3.2 Cantidades vectoriales y escaleras 3.3 Algunas propiedades de vectores 3.3 Algunas propiedades de vectores

3.4 Componentes de un vector y unidades vectoriales 3.4 Componentes de un vector y unidades vectoriales

Erving Quintero Gil Erving Quintero Gil Ing. Electromecánico Ing. Electromecánico Bucaramanga – Colombia Bucaramanga – Colombia 2010 2010

Para cualquier inquietud o consulta escribir a: Para cualquier inquietud o consulta escribir a:

quintere@hotmail.com quintere@hotmail.com quintere@gmail.com quintere@gmail.com quintere2006@yahoo.com quintere2006@yahoo.com

(2)

Problema 3.1 serway sexta edición. Problema 3.3 serway cuarta edición.

Las coordenadas polares de un punto son r = 5.5 m y θ = 240°. ¿Cuáles son las coordenadas cartesianas de

este punto? 5,5 X r  X 240 cos = = X = 5,5 cos 240 X = 5,5 * (-0,5) X = - 2,75 metros 5,5 Y r  Y 0 24 = = sen Y = 5,5 sen 240 Y = 5,5 * (-0,866)  Y = - 4,76 metros

Problema 3.2 serway cuarta edición

Si las coordenadas rectangulares y polares de un punto son (2,Y) y (r,30 0) respectivamente. Determine Y y r. Coordenadas cartesianas (2, Y) Coordenadas polares (r, 300) 2 Y X Y 30 = = tg Y = 2 * tg 30 Y = 2 * (0,5773)  Y = 1,15 metros r  2 r  X 30 cos = = metros 2,3 0,866 2 30 cos 2 r = = = r = 2,3 metros

Problema 3.2 serway sexta edición

Dos puntos en un plano tienen coordenadas polares (2.5 m, 30 0) y (3.8 m, 120°). Determine (a) las coordenadas cartesianas de estos puntos y (b) la distancia entre ellos.

2,5 Y r  Y 30 = 1 = 1 sen Y1 = 2,5 sen 30 X Y r = 5,5 Θ = 240 X = 2 Y r  Θ = 30 (2 , Y)

(3)

Y1 = 2,5 * 0,5  Y1 = 1,25 metros 2,5 X r  X 30 cos = 1 = 1 X1 = 2,5 cos30 X1 = 2,5 * 0,866 X1 = 2,16 metros (X1 , Y1) = (2.16 , 1.25) metros 3,8 Y r  Y 120 = 2 = 2 sen Y2 = 3,8 sen 120 Y2 = 3,8 * 0,866  Y2 = 3,29 metros 3,8 X r  X 30 cos = 2 = 2 X2 = 3,8 cos 120 X2 =3,8 * (-0,5) X2 = - 1,9 metros (X2 , Y2) = (-1.9 , 3.29) metros  ΔX = (X2– X1 )= (-1.9 – 2.16)  ΔX = (- 4.06)  ΔY = (Y2– Y1 )= (3.29 – 1.25)  ΔY = (2.04) ( ) ( )X2 Y2 d= Δ + Δ ( 4.06) ( )2 2.042 d= − +

( ) (

16.48 4.1616

)

d= + 6416 , 20 d= d = 4,54 metros

Problema 3.3 serway sexta edición

Una mosca se para en la pared de un cuarto. La esquina inferior izquierda de la pared se selecciona como el origen de un sistema de coordenadas cartesianas en dos dimensiones. Si la mosca está parada en el punto que tiene coordenadas (2, 1) m, (a) ¿qué tan lejos está de la esquina del cuarto? (b) ¿Cuál es su posición en coordenadas polares? X1 Y1 r = 2,5 Θ = 30 (X1, Y1) (X2, Y2) X2 Y2 r = 3,8 Θ = 120 (X1, Y1) Y1= 1,25 (X2, Y2) X2= -1,9 Y2= 3,29 X1= 2,16 d

(4)

( ) ( )X 2 Y2 r = +

( )

2 2

( )

1 2 r = + 1 4 r = + 5 r = r = 2,23 m 0,5 2 1 X Y tg θ  = = = θ = arc tg 0,5 β = 26,560

Problema 3.4 serway sexta edición. Problema 3.1 serway cuarta edición.

Dos puntos en el plano xy tienen coordenadas cartesianas (2, -4) m y ( -3, 3) m. Determine (a) la distancia

entre estos puntos y (b) sus coordenadas polares. (x1, y1) = (2, -4) (x2, y2) = (-3, 3) d2 = (x2- x1)2 + (y2- y1)2 d2 = (-3 - 2)2 + (3 - [ - 4])2 d2 = (-5)2 + (3+4)2 d2 = (-5)2 + (7)2 d2 = (25) + (49) d2 = (74) d = 8,6 m ( ) ( )X 2 Y2 r = + ( ) 2 2 ( )-42 r = + 16 4 r = + 20 r = r = 4,47 m 2 -2 4 -X Y tg β  = = = β = arc tg -2 β = - 63,430 β -4 2 (2,-4) r  θ X = 2 Y = 1 r  Θ (2, 1) d (-3,3) (2,-4)

(5)

r 2 = - 32 + (3)2 r 2 = 9 + 9 r 2 = 18 r = 4,24 m 1 -3 3 X Y tg β  = = = β = arc tg - 1 β = - 450 θ1 +β= 1800 θ1 = 1800 - 45 θ1 = 1350

Problema 3.8 serway sexta edición.

Un avion vuela 200 km rumbo al oeste desde la ciudad A hasta la ciudad B y después 300 km en la direccion de 30 grados al noroeste de la ciudad B hasta la ciudad C.

a) En línea recta, que tan lejos esta la ciudad C de la ciudad A. b) Respecto de la ciudad A en que dirección esta la ciudad C?

300 X B 30 cos = BBX= 300 cos 30 BBX= 300 * (0,866) BBX= 259,8 metros RX= BX+ 200 RX= 259,8 + 200 RX= 459,8 metros 300 Y C 30 = sen CY= 300 sen 30 CY= 300 * 0,5 CY=150 metros POR PITAGORAS R2 = (C Y)2 + (RX)2 R2 = (150)2 + (459,8)2 R2 = 22500 + 211416,04 R2 = 233916,04 R = 483,64 metros X = -3 Y = 3 β r 1 (-3,3) θ1 CY 200 km C 300 B A 300 km R β BX Est

(6)

0,326228 459,8 150 X R  Y C = = =  β  tg Tg β= 0,326228 β = arc tg 0,326228 β = 18,060

La ciudad C esta a 483,64 km de la ciudad A. La ciudad C esta 18,06 grados al Nor-Oeste de la ciudad A.

Las coordenadas cartesianas de un punto del plano xy son (x,y) = (-3.5,-2.5) m, como se ve en la figura 3.3. Hállense las coordenadas polares de este punto.

( ) ( )X 2 Y2 r = + ( ) ( )-3,52 -2,52 r = + 6,25 12,25 r = + r = 4,3 0,714 m 3,5 -m 2,5 -x y = = =  β  tg tg β= 0,714 β = arc tg 0,714 β = 35,520 θ = 180 + β θ = 180 + 35,52 θ = 215,520

Problema 3.16 serway cuarta edición.

Un perro que busca un hueso camina 3,5 metros hacia el sur, después 8,2 metros en un ángulo de 30 0 al Nor-Este y finalmente 15 metros al Oeste. Encuentre el vector de desplazamiento resultante del perro utilizando técnicas graficas.

8,2 Y B 30= sen BBY= 8,2 * sen 30 BBY= 8,2 * 0,5 B YB = 4,1 metros 3,5 + AY= BY 3,5 + AY= 4,1 AY= 4,1 – 3,5 A Y= 0,6 metros 8,2 X B 30 cos = BX= 8,2 * cos 30 β r  -2,5 -3,5 θ β 300 R  Oeste 8 2 metros 3 5 metros AY D C B A 15 metros BY DX

(7)

BBX= 8,2 * 0,5866 BBX= 7,1 metros 15 = DX + BX 15 = DX + 7,1 15 – 7,1 = DX DX= 7,9 metros 2 -10 * 7,5949 7,9 0,6 Dx Y A = = =  β  tg tg β= 7,5949 * 10- 2 β = arc tg 7,5949 * 10- 2 β = 4,340

( ) ( )

2 X D 2 Y A R = +

( ) ( )

0,6 2 7,9 2 R = + 62,41 0,36 R = + 62,77 R = R = 7,92 metros

Referencias

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