Se enrolla una cuerda sobre un disco uniforme que puede girar sin rozamiento alrededor de un eje fijo, perpendicular, que pasa por su centro. La masa del disco es de 4 Kg y su radio de 50 cm. Si se tira de la cuerda con una fuerza constante de 10 N y el disco está inicialmente en reposo, ¿cuál será la velocidad angular al cabo de 5 s?.A) 20 rad/sB) 25 rad/sC) 50 rad/sD) 10 rad/s
Question
Se enrolla una cuerda sobre un disco uniforme que puede girar sin rozamiento alrededor de un eje fijo, perpendicular, que pasa por su centro. La masa del disco es de 4 Kg y su radio de 50 cm. Si se tira de la cuerda con una fuerza constante de 10 N y el disco está inicialmente en reposo, ¿cuál será la velocidad angular al cabo de 5 s?.A) 20 rad/sB) 25 rad/sC) 50 rad/sD) 10 rad/s
Solution
Para resolver este problema, necesitamos usar la segunda ley de Newton para la rotación, que es τ = Iα, donde τ es el torque, I es el momento de inercia y α es la aceleración angular.
Primero, calculamos el torque (τ) que es igual a la fuerza (F) multiplicada por la distancia (r) al eje de rotación. En este caso, la fuerza es la fuerza con la que se tira de la cuerda (10 N) y la distancia es el radio del disco (0.5 m). Entonces, τ = F * r = 10 N * 0.5 m = 5 Nm.
Luego, calculamos el momento de inercia (I) del disco, que es igual a 1/2 * m * r^2, donde m es la masa del disco (4 kg) y r es el radio del disco (0.5 m). Entonces, I = 1/2 * 4 kg * (0.5 m)^2 = 0.5 kg*m^2.
Ahora, podemos encontrar la aceleración angular (α) usando la segunda ley de Newton para la rotación: α = τ / I = 5 Nm / 0.5 kg*m^2 = 10 rad/s^2.
Finalmente, encontramos la velocidad angular (ω) después de un cierto tiempo (t) usando la ecuación ω = α * t. En este caso, t = 5 s, entonces ω = 10 rad/s^2 * 5 s = 50 rad/s.
Por lo tanto, la respuesta correcta es C) 50 rad/s.
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