Anexo 1 – Tarea 2 – Dinámica y energía en acción
Aspectos para tener en cuenta en la Tarea 2.

• La solución de los ejercicios la debe presentar de forma individual y entregar en
  el entorno de evaluación el 30 de octubre en el formato Anexo 2 – Póster.
• Antes de iniciar con el desarrollo de la Tarea 2 responda a las preguntas del
  cuestionario inicial en el siguiente enlace y guarde un pantallazo de evidencia:
  https://forms.office.com/r/se7CjQQdxa
  Ejercicio 1. Problema a dar una solución innovadora [15 puntos]
  A continuación, se presentan una serie de situaciones del mundo real. Su misión es
  plantear soluciones innovadoras que aprovechen los principios de la dinámica (fuerzas,
  tensiones, movimientos y equilibrio) para resolverlos de manera eficiente y creativa.
  ¡Demuestre su ingenio y aplique sus conocimientos en física para marcar la diferencia!
  Estudiante Tema A. Plano inclinado sin fricción.
  Suponga que desea utilizar sensores y actuadores en un sistema de contrapesos
  automatizado para la manipulación de cajas en almacenes o fábricas. Los
  sensores ajustarían automáticamente la cantidad de contrapeso necesario para
  mover productos sin que se dañen ni se sobrecargue el sistema.
  Estudiante Tema B. Máquina de Atwood.
  La optimización de torres de telecomunicaciones es esencial para garantizar su
  estabilidad y funcionalidad. Un aspecto crítico de este proceso es la aplicación
  de principios de tensiones en poleas para el soporte de los cables de
  transmisión. Es fundamental comprender cómo las fuerzas y tensiones
  interaccionan en este sistema, ya que afectan directamente la estabilidad de las
  torres y la resistencia de los cables. Por lo tanto, se busca que proponga
  soluciones efectivas para optimizar el diseño y funcionamiento de las torres de
  telecomunicaciones.
  Estudiante Tema C. Fuerza de fricción.
  Suponga que en un sistema de transporte en una planta de manufactura se
  está viendo afectada la eficiencia en la distribución de productos terminados:
  productos frágiles como frutas y verduras. Un estudio detallado mostró que la
  fricción y la velocidad de la cinta en una cinta transportadora son las causantes
  de la disminución de la eficiencia. Por lo tanto, se busca optimizar el sistema
  para reducir el desgaste y mejorar la productividad.
  Estudiante Tema D. Sistema acelerado.
  La implementación de sistemas de poleas en simulaciones físicas interactivas
  para videojuegos plantea un desafío fundamental en la representación de la
  aceleración provocado por fuerzas en tiempo real. Por lo tanto, se busca
  desarrollar un sistema de poleas que se integre de manera efectiva, asegurando
  así que las interacciones dentro del juego sean coherentes y realistas.
  Estudiante Tema E. Ascensor.
  El diseño de sistemas de elevación para edificios y puentes elevados presenta
  desafíos significativos relacionados con la eficiencia energética y la seguridad del
  sistema. En particular, el ángulo y la tensión de las poleas son factores críticos
  que influyen en el rendimiento del motor, lo que puede poner en peligro la
  seguridad de los usuarios y la integridad de la estructura. Por lo tanto, se busca
  optimizar estos parámetros para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente
  de los sistemas de elevación.
• Para este ejercicio tenga en cuenta el tema para trabajar según la elección del tema
  de la Tabla 1. Elija un tema de forma individual y escríbalo en el foro de discusión
  para evitar repeticiones en el grupo.
  Tabla 1
  Asignación de los temas por estudiante
  Tema Nombre del estudiante
  A. Plano inclinado sin fricción
  B. Máquina de Atwood
  C. Fuerzas de fricción
  D. Sistema acelerado
  E. Ascensor
  Nota. Cada estudiante elige un problema a trabajar sin que se repita en el grupo.
  Ejercicio 2. Fundamentación teórica: principios físicos de la dinámica
  [15 puntos]
  Para profundizar en el análisis de la solución del ejercicio 1, se solicita que el
  estudiante presente una fundamentación teórica sólida, basada en los principios de la
  dinámica, que sustente la propuesta planteada. Es importante que el estudiante
  elabore una explicación que sea clara y concisa a partir de los conceptos teóricos
  implícitos en el ejercicio para resolver de manera efectiva el problema específico.
  Para la fundamentación teórica revise a continuación el tema para cada problema.
  Estudiante Tema A. Plano inclinado sin fricción.
  Pregunta orientadora: ¿Es posible subir la caja de frutas con una masa menor de
  contrapeso?
  Figura 1
  Tema A plano inclinado sin fricción
  Nota. Representación gráfica del plano inclinado sin fricción que incluye los elementos
  de la una canasta de frutas, polea, cuerda, masa colgante y ángulo de 45° sobre la
  horizontal.
  I. Presente los diagramas de cuerpo libre por cada una de las masas del sistema
  de la Figura 1 y adjunte las imágenes respectivas.
  II. Obtenga las ecuaciones a partir del Diagrama de Cuerpo Libre (DCL).
  III. Encuentre los valores para la tensión 𝑇, aceleración 𝑎 y la normal 𝑁. Para ello,
  tenga en cuenta los valores de las masas de cada uno de los objetos y los
  ángulos ajustados.
  IV. Recuerde que este sistema es un sistema sin fricción. Tenga en cuenta que,
  para solucionar este sistema físico, es esencial consultar y comprender
  totalmente la solución del problema propuesto. Los datos relevantes se han
  dispuesto en la Tabla 2 y debe completar la información restante.
  Nota: la variable ξ corresponde al último dígito de su número de documento
  (cédula de ciudadanía o tarjeta de identidad). Ejemplo: si su número de
  documento termina en 5 entonces,𝑚1 = (𝟐 + (𝟐 × 𝛏)) 𝐤𝐠 = (𝟐 + (𝟐 × 𝟓)) 𝐤𝐠 =
  (𝟐 + (𝟏𝟎))𝐤𝐠 = 𝟏𝟐𝐤𝐠.
  Tabla 2
  Descripción y condiciones iniciales del problema plano inclinado sin fricción
  Datos Valores
  Masa 1 𝒎𝟏 = (𝟐 + (𝟐 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Masa 2 𝒎𝟐 = (𝟑 + (𝟑 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Gravedad 𝒈 = 𝟗. 𝟖𝟏
  𝒎
  𝒔
  𝟐
  Ángulo de inclinación 𝜷 = 𝟒𝟓°
  V. A partir de los conceptos teóricos desarrollados en las secciones I a IV,
  usted cuenta con las herramientas necesarias para proponer una solución
  innovadora a la situación del mundo real del Ejercicio 1 Tema A. Su
  planteamiento debe demostrar una comprensión de los principios físicos
  involucrados.
  Estudiante Tema B. Máquina de Atwood.
  Pregunta orientadora: ¿Cuál es el efecto de las tensiones en la máquina de
  Atwood?
  Figura 2
  Tema B máquina de Atwood
  Nota. Representación gráfica de la máquina de Atwood conformada por una polea por
  la que pasa una cuerda a la que se conecta una masa en cada extremo.
  I. Presente los diagramas de cuerpo libre para cada una de las masas de la
  Figura 2 y adjunte las imágenes respectivas.
  II. Obtenga las ecuaciones a partir del Diagrama de Cuerpo Libre (DCL).
  III. Encuentre los valores para tensión 𝑇 y la aceleración 𝑎. Para ello, tenga en
  cuenta los valores de las masas de cada uno de los objetos.
  IV. Tenga en cuenta que, para solucionar este sistema físico, es esencial
  consultar y comprender la solución al problema propuesto. Los datos
  relevantes se han dispuesto en la Tabla 3 y debe completar la información
  restante.
  Nota: la variable ξ corresponde al último dígito de su número de documento
  (cédula de ciudadanía o tarjeta de identidad). Ejemplo: si su número de
  documento termina en 5 entonces, 𝑚1 = (𝟐 + (𝟐 × 𝛏)) 𝐤𝐠 = (𝟐 + (𝟐 × 𝟓)) 𝐤𝐠 =
  (𝟐 + (𝟏𝟎))𝐤𝐠 = 𝟏𝟐𝐤𝐠.
  Tabla 3
  Descripción y condiciones iniciales del problema máquina de Atwood.
  Datos Valores
  Masa 1 𝒎𝟏 = (𝟐 + (𝟐 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Masa 2 𝒎𝟐 = (𝟏 + (𝟏 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Gravedad 𝒈 = 𝟗. 𝟖𝟏
  𝒎
  𝒔
  𝟐
  V. A partir de los conceptos teóricos desarrollados en las secciones I a IV, usted
  cuenta con las herramientas necesarias para proponer una solución
  innovadora a la situación del mundo real del Ejercicio 1 Tema B. Su
  planteamiento debe demostrar una comprensión de los principios físicos
  involucrados.
  Estudiante Tema C. Fuerzas de fricción.
  Pregunta orientadora: ¿Qué relación tiene la fuerza de fricción y la velocidad con
  respecto al movimiento de la caja de madera sobre la superficie de caucho?
  Figura 3
  Tema C fuerzas de fricción
  Nota. Representación gráfica de las fuerzas de fricción en una superficie de caucho, la
  figura presenta las dos masas unidas por una cuerda que pasa por una polea.
  I. Presente los diagramas de cuerpo libre para cada una de las masas del
  sistema de la Figura 3 y adjunte las imágenes respectivas.
  II. Obtenga las ecuaciones a partir del Diagrama de Cuerpo Libre (DCL).
  III. Encuentre los valores para la fuerza de fricción 𝐹𝐹𝑅, velocidad 𝑣, aceleración
  𝑎, tensión 𝑇 y la normal 𝑁. Para ello, tenga en cuenta los valores de las masas
  de cada uno de los objetos.
  IV. Tenga en cuenta que, para solucionar este sistema físico, es esencial
  consultar y comprender totalmente la solución del problema propuesto. Los
  datos relevantes se han dispuesto en la Tabla 4 y debe completar la
  información restante.
  Nota: la variable ξ corresponde al último dígito de su número de documento
  (cédula de ciudadanía o tarjeta de identidad). Ejemplo: si su número de
  documento termina en 5 entonces, 𝑚1 = (𝟐 + (𝟐 × 𝛏)) 𝐤𝐠 = (𝟐 + (𝟐 × 𝟓)) 𝐤𝐠 =
  (𝟐 + (𝟏𝟎))𝐤𝐠 = 𝟏𝟐𝐤𝐠.
  Tabla 4
  Descripción y condiciones iniciales del problema fuerzas de fricción.
  Datos Valores
  Masa 1 𝒎𝟏 = (𝟐 + (𝟐 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Masa 2 𝒎𝟐 = (𝟏 + (𝟏 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Gravedad 𝒈 = 𝟗.𝟖𝟏𝒎/𝒔
  𝟐
  Coeficiente de fricción 𝝁𝒌 = 0.6
  V. A partir de los conceptos teóricos desarrollados en las secciones I a IV, usted
  cuenta con las herramientas necesarias para proponer una solución
  innovadora a la situación del mundo real del Ejercicio 1 Tema C. Su
  planteamiento debe demostrar una comprensión de los principios físicos
  involucrados.
  Estudiante Tema D. Sistema acelerado.
  Pregunta orientadora: ¿Cuál es la aceleración de cada bloque? Recuerde que no
  hay fricción en ninguna parte del sistema.
  Figura 4
  Tema D sistema acelerado.
  Nota. Representación del sistema acelerado.
  I. Presente los diagramas de cuerpo libre por cada una de las masas del sistema
  de la Figura 4 y adjunte las imágenes respectivas.
  II. Obtenga las ecuaciones a partir del Diagrama de Cuerpo Libre (DCL).
  III. Encuentre los valores para todas las tensiones y la aceleración de cada
  bloque.
  IV. En este caso considere que la polea de la masa 𝑚2 es móvil (no fija y su masa
  despreciable). Para solucionar este sistema físico, es esencial consultar y
  comprender totalmente la solución del problema propuesto. Los datos
  relevantes se han dispuesto en la Tabla 5 y debe completar la información
  restante.
  Nota: la variable ξ corresponde al último dígito de su número de documento
  (cédula de ciudadanía o tarjeta de identidad). Ejemplo: si su número de
  documento termina en 5 entonces, 𝑚1 = (𝟐 + (𝟐 × 𝛏)) 𝐤𝐠 = (𝟐 + (𝟐 × 𝟓)) 𝐤𝐠 =
  (𝟐 + (𝟏𝟎))𝐤𝐠 = 𝟏𝟐𝐤𝐠.
  Tabla 5
  Descripción y condiciones iniciales del problema sistema en equilibrio
  Datos Valores
  Masa 1 𝒎𝟏 = (𝟐 + (𝟐 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Masa 2 𝒎𝟐 = (𝟏 + (𝟏 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Gravedad 𝒈 = 𝟗. 𝟖𝟏
  𝒎
  𝒔
  𝟐
  V. A partir de los conceptos teóricos desarrollados en las secciones I a IV, usted
  cuenta con las herramientas necesarias para proponer una solución
  innovadora a la situación del mundo real del Ejercicio 1 Tema D. Su
  planteamiento debe demostrar una comprensión de los principios físicos
  involucrados.
  Estudiante Tema E. Ascensor.
  Pregunta orientadora: ¿En qué influye el ángulo de la polea con relación a la fuerza
  que debe aplicar el motor para poder subir el ascensor?
  Figura 5
  Tema E ascensor
  Nota. Representación gráfica de un ascensor con un ángulo de 45°.
  I. Presente los diagramas de cuerpo libre por cada una de los elementos de la
  Figura 5 y adjunte las imágenes respectivas.
  II. Obtenga las ecuaciones a partir del Diagrama de Cuerpo Libre (DCL).
  III. Encuentre los valores para la fuerza del motor 𝐹𝑀, aceleración 𝑎 y tensión 𝑇.
  Para ello, tenga en cuenta los valores de las masas de cada uno de los objetos.
  IV. Tenga en cuenta que, para solucionar este sistema físico, es esencial
  consultar y comprender la solución al problema propuesto. Los datos
  relevantes se han dispuesto en la Tabla 6 y debe completar la información
  restante.
  Nota: la variable ξ corresponde al último dígito de su número de documento
  (cédula de ciudadanía o tarjeta de identidad). Ejemplo: si su número de
  documento termina en 5 entonces, 𝑚1 = (𝟐 + (𝟐 × 𝛏)) 𝐤𝐠 = (𝟐 + (𝟐 × 𝟓)) 𝐤𝐠 =
  (𝟐 + (𝟏𝟎))𝐤𝐠 = 𝟏𝟐𝐤𝐠.
  Tabla 6
  Descripción y condiciones iniciales del problema Ascensor.
  Datos Variables
  Masa 1 𝒎𝟏 = (𝟐 + (𝟐 × 𝝃)) 𝐤𝐠
  Aceleración 𝒂 = (𝟏 + (𝟎.𝟏 × 𝝃))
  𝐦
  𝐬
  𝟐
  Gravedad 𝒈 = 𝟗. 𝟖𝟏
  𝒎
  𝒔
  𝟐
  V. A partir de los conceptos teóricos desarrollados en las secciones I a IV,
  usted cuenta con las herramientas necesarias para proponer una solución
  innovadora a la situación del mundo real del Ejercicio 1 Tema E. Su
  planteamiento debe demostrar una comprensión de los principios físicos
  involucrados.
  Ejercicio 3. Póster y video de sustentación de la solución innovadora [30
  puntos]
  Utilice el Anexo 2 – Póster como referencia clave para diseñar un póster informativo en
  PowerPoint. Integre las soluciones desarrolladas en los ejercicios 1 y 2 para ofrecer una
  presentación visual coherente y completa. Luego, complemente su trabajo con un video
  explicativo de mínimo 4 minutos y máximo 7 minutos para contextualizar su póster,
  explicando de forma detallada la solución innovadora planteada y el análisis físico del
  tema abordado.
  Los ítems que se deben presentar en el póster son:
• Introducción al tema específico según el problema abordado (mínimo 150
  palabras).
• Fundamentación teórica.
• Solución innovadora de la situación del mundo real.
• Bibliografía.
• Enlace del video de sustentación.
• Responda las preguntas del cuestionario final en el siguiente enlace y guarde un
  pantallazo de evidencia:
  https://forms.office.com/r/yGiiwWeiFL
  Figura 7
  Visual del Anexo 2 – Póster
  Nota. El formato Anexo 2 – Póster se encuentra en el foro de discusión de la Tarea 2.
  Ejercicio 4. Solución analítica de un ejercicio [10 puntos]
  Un equipo de ingenieros está trabajando en la construcción de un puente sobre un río
  en una zona montañosa de Colombia. Como parte de la operación, una grúa debe
  mover grandes bloques de concreto para colocarlos en los pilares del puente. Debido
  a las características del terreno, la grúa debe operar sobre una superficie inclinada.
  Además, los bloques se desplazan por un cable de acero que presenta cierta
  resistencia.
  Figura 7
  Un bloque de concreto de masa (𝟑𝟎𝟎 + 𝝃) kg (donde ξ son los dos últimos 2 dígitos de
  su documento) es levantado por una grúa inclinada en un ángulo de 𝜽 = 𝟐𝟎° con
  respecto al plano horizontal. El bloque es acelerado uniformemente hasta alcanzar
  una velocidad de 1.ξ m/s en un tiempo de 4.ξ segundos. El cable utilizado tiene una
  resistencia adicional debido a la tensión interna del material, con un coeficiente de
  resistencia de 𝛌 = 𝟎. 𝟐. Además, el coeficiente de fricción entre el bloque y el suelo
  es 𝛍 = 𝟎. 𝟐𝟓.
  A. Determinar la distancia total recorrida por el bloque de concreto (desde el
  reposo hasta alcanzar la velocidad final).
  B. Calcular la fuerza total aplicada por la grúa, teniendo en cuenta la fricción, la
  pendiente, y la resistencia del cable.
  C. Calcular el trabajo realizado por la grúa durante el proceso de elevación.
  D. Calcular la potencia promedio desarrollada por la grúa durante el
  desplazamiento.
  E. Dibujar el Diagrama de Cuerpo Libre (DCL) del bloque en la inclinación.