Un niño hace girar una piedra de 0,2 kg atada a una cuerda de masa despreciable que soporta una tensión máxima de 40 N. La piedra gira describiendo una trayectoria cuyo radio es 2 m en un plano horizontal. ¿Cuánta es la máxima rapidez con la que puede girar la piedra sin que se corte la cuerda?
DEMRE / Universidad de Chile (2020). Modelo de Prueba de Ciencias Física.

Física

Un niño hace girar una piedra de 0,2 kg atada a una cuerda d...

Para resolver correctamente esta pregunta se debe aplicar la segunda ley de Newton a una piedra que gira circunferencialmente en un plano horizontal debido a la acción de una cuerda. En el enunciado se afirma que la piedra gira en un plano horizontal, esto implica que su velocidad cambia en cada punto de su trayectoria, experimentando una aceleración constante cuya dirección es radial hacia el centro de la circunferencia que describe la piedra. A dicha aceleración se le denomina aceleración centrípeta, pudiéndose calcular su magnitud a partir de la expresión  a  =  v2r , donde v corresponde a la rapidez tangencial de la piedra y r al radio de la circunferencia que describe. 
La piedra gira sobre un plano horizontal debido a la acción de una cuerda que experimenta una fuerza tensión T en la misma dirección y sentido de la aceleración centrípeta. Esto permite afirmar que la magnitud de T es equivalente a la magnitud de la fuerza centrípeta F experimentada por la piedra, la que se obtiene del producto entre la masa de piedra y su magnitud de aceleración centrípeta, tal como lo establece la segunda ley de Newton.  
T = m · a
  T  =  mv2r  
  T rm  =  v2  
  v  =  √T rm  
  v  =  √40 N ⋅ 2 m0, 2 kg  
  v  =  20ms  
Por lo tanto, la respuesta correcta de la pregunta es la opción B).

Preguntas de Física de la Prueba de Transición, DEMRE

Pregunta de Física

Respuesta correcta:

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