Ejercicio de Trabajo y energía - Conservación de la energía mecánica

Un collarín de 250 g, unido a una cuerda de peso despreciable que pasa alrededor de una polea ideal ubicada en un punto C, se desplaza a lo largo de una varilla horizontal debido a la acción de una fuerza horizontal constante de magnitud F = 40 N. El collarín parte del punto A y se desplaza 40 cm hasta el punto B, sobre la misma varilla horizontal; el punto C (donde está la polea) se encuentra 30 cm por debajo de B, de modo que la cuerda va desde el collarín hasta la polea en C, donde se le aplica la fuerza F = 40 N de forma horizontal. Si dicho collarín está inicialmente en reposo cuando se encuentra en el punto A, determine su rapidez cuando llega al punto B. Ignore la fuerza de fricción.

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Idea clave: el trabajo neto realizado sobre el collarín es igual a la variación de su energía cinética (teorema del trabajo y la energía).

Se aplica el teorema trabajo-energía: $W_{neto} = E_{k_f} - E_{k_0}$ , y como parte del reposo, $E_{k_0} = 0$ .
El trabajo realizado por la fuerza horizontal, a lo largo del desplazamiento de 40 cm (0,2 m) del collarín entre A y B, se iguala a la energía cinética final: $F \cdot d = \dfrac{m v_f^2}{2}$ .
Sustituyendo los valores: $40 \times 0{,}2 = \dfrac{0{,}25 \, v_f^2}{2}$ .
Despejando: $v_f^2 = \dfrac{40 \times 0{,}2 \times 2}{0{,}25} = 64$ , por lo que $v_f = 8$ m/s.

Respuesta: 8 m/s

Ejercicio de Física — UNMSM