18. Un avión de rescate de animales que vuela hacia el este a 36.0 m/s deja caer una paca de heno desde una altitud de 60.0 m. Si la paca de heno pesa 175 N, ¿cuál es el momentum
de la paca antes de que golpee el suelo?

Definimos momento como el producto entre la masa y la velocidad

P = m*v

(tener en cuenta que la velocidad es un vector, por lo que el momento también será un vector)

Sabemos que el peso de la paca de heno es 175N, y el peso es masa por aceleración gravitatoria, entonces.

Peso = m*9.8m/s^2 = 175N

m = (175N)/(9.8m/s^2) = 17.9 kg

Ahora debemos calcular la velocidad de la paca justo antes de tocar el suelo.

Sabemos que la velocidad horizontal será la misma que tenía el avión, que es:

Vx = 36m/s

Mientras que para la velocidad vertical, usamos la conservación de la energía:

E = U + K

Apenas se suelta la caja, esta tiene velocidad cero, entonces su energía cinética será cero y la caja solo tendrá energía potencial (Si bien la caja tiene velocidad horizontal en este punto, por la superposición lineal podemos separar el problema en un caso horizontal y en un caso vertical, y en el caso vertical no hay velocidad inicial)

Entonces al principio solo hay energía potencial:

U = m*g*h

donde:

m = masa

g = aceleración gravitatoria

h = altura  

Sabemos que la altura inicial es 60m, entonces la energía potencial es:

U = 175N*60m = 10,500 N

Cuando la paca esta próxima a golpear el suelo, la altura h tiende a cero, por lo que la energía potencial se hace cero, y en este punto solo tendremos energía cinética, entonces:

10,500N = (m/2)*v^2

De acá podemos despejar la velocidad vertical justo antes de golpear el suelo.

√(10,500N*(2/ 17.9 kg)) = 34.25 m/s

La velocidad vertical es 34.25 m/s

Entonces el vector velocidad se podrá escribir como:

V = (36 m/s, -34.25 m/s)

Donde el signo menos en la velocidad vertical es porque la velocidad vertical es hacia abajo.

Reemplazando esto en la ecuación del momento obtenemos:

P = 17.9kg*(36 m/s, -34.25 m/s)  

P = (644.4 N, -613.075 N)