CUESTIONARIO DE PREPARACIÓN DE EXAMENES DEL CURSO DE FISICA II

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1 CUESTIONARIO DE PREPARACIÓN DE EXAMENES DEL CURSO DE FISICA II PRINCIPIOS DE ARQUIMEDES Y PASCAL PREGUNTAS 1.- Cuál es la definición y ecuación de la densidad de un cuerpo o sustancia? 2.- Cómo se obtiene la masa de un cuerpo, conociendo su densidad? 3.- En qué orden se acomodarían en un recipiente, las siguientes sustancias: agua, glicerina, acero, unicel, mercurio, y aceite, (esto es en función de la densidad). 4.- Qué son los fluidos y qué características presentan? 5.- Menciona ejemplos de su clasificación y algunas diferencias entre los líquidos y los gases. 6.- Cómo se determina el peso de un cuerpo? 7.- Una navaja de rasurar corta más fácilmente que el filo de una regla de plástico, aunque a ésta le apliquemos mayor fuerza. Por qué? 8.- Cuáles variables intervienen en el concepto de presión y qué relación proporcional guardan con ella? 9.- Qué establece el principio de Pascal? 10.- Cómo se demuestra el principio de Pascal? 11.- Menciona aplicaciones del principio de Pascal A qué se le llama presión atmosférica? 13.- Qué experimento realizó Torricelli? 14.- Cuáles son las unidades de la presión atmosférica? 15.- Qué factores o variables modifican el valor de la presión atmosférica? 16.- A qué se le llama presión manométrica? 17.- Qué es la presión absoluta y cómo se determina? 18.- Cuál es la diferencia entre un barómetro y un manómetro? 19.- Con qué aparato se mide la presión sanguínea? 20.- a) Qué es la presión sistólica y cuánto es su valor normal para un joven de 18 años? 1

2 b) Qué es la presión diastólica y cuánto es su valor normal para un joven de 18 años? 21.- En qué unidades se mide la presión sanguínea? 22.- De qué manera recoge la basura una aspiradora? 23.- A qué se le llama fuerza de empuje? 24.- Qué problema le encargo el rey de Siracusa a Arquímedes y cómo lo resolvió? 25.- Menciona el principio de Arquímedes y su ecuación Qué dirección y sentido presenta la fuerza de empuje? 27.- A qué se debe que un barco grande y pesado pueda flotar? 28.- Por qué se pesa menos dentro del agua que fuera del agua? 29.- Es igual el valor del empuje que recibe un cuerpo al estar flotando que completamente sumergido? 30.- Cómo funciona un submarino? (En cuanto a su ascenso y descenso) 31.- Señala ejemplos donde aplique el principio de Arquímedes en casa, en la industria y en la medicina. Tabla # 1. Valores de densidad para algunas sustancias comunes. Nombre de la sustancia Densidad en ( kg / m 3 ) Nombre de la sustancia PLATINO AGUA DE MAR ORO AGUA MERCURIO HIELO 920 PLOMO BENCENO 880 PLATA MADERA (ROBLE) 810 COBRE ALCOHOL ETÍLICO 790 LATÓN GASOLINA 680 Densidad en ( kg / m 3 ) HIERRO OXIGENO 1.43 ACERO AIRE 1.29 ALUMINIO NITROGENO 1.25 VIDRIO DIOXIDO DE CARBONO 0.76 CUERPO HUMANO 950 HELIO 0.18 GLICERINA HIDROGENO 0.09 PROBLEMAS A RESOLVER: 32.- Un bloque de 0.42 kg, ocupa un volumen de 25 ml (cm 3 ). Determina su densidad Qué masa en kilogramos tendrá cierta cantidad de alcohol colocada en vaso de precipitado y que ocupa un volumen de m 3? 2

3 34.- Cuánto volumen ocupa un cilindro de plomo que tiene una masa de 0.08 kg? 35.- Si la densidad del agua es de 1000 kg/m 3, qué volumen ocupan 80 kg de ella? 36.- Cuánto volumen ocupa 0.08 kg de sangre? (D sangre = 1050 Kg/m 3 ) 37.- Cuál es la masa de una bola de demolición de hierro sólido de 0.36 m de diámetro?, considera que la densidad del hierro es 7900 kg/m Cuál es el volumen de un lingote de oro si cierta cantidad de este tiene una masa de 25 kg, y su densidad es de kg/m 3? 39.- Qué presión sobre el suelo ejercerá un caballo de 500 kg, cuyas cuatro patas tienen herraduras con un área aproximada de 17.5 cm 2 cada una? 40.- Hacer el cálculo de la presión que ejerce sobre el suelo un elefante de 3.0 toneladas, cuyas cuatro patas tienen un área aproximada de 147 cm 2 cada una de ellas Un bastón de 200 gr ejerce en su base una presión de 800 Pa, cuál es su área de apoyo? 42.- Un joven ejerce sobre sus pies de 0.04 m 2 de área, una presión de 700 Pa. Cuál es su masa? 43.- Cuánto es la presión en la base mostrada? m = 2.5 kg 6 mm de diámetro 44.- Se desea saber la fuerza que ejerce el aire del interior de una habitación sobre una ventana que mide 40 cm X 80 cm por lado, ubicada en un lugar a nivel del mar. Considera que la presión del aire al nivel del mar es de Pa Calcula la presión de una columna de agua de 76 mm de altura Un auto de 6000 kg de masa, es levantado con una prensa hidráulica en su émbolo mayor de 40 cm de diámetro; si el diámetro menor es de 2.5 cm cuál es la fuerza aplicada en el émbolo menor? 57.- Se aplica una fuerza de 80 N en el pedal de freno de un automóvil que tiene un área transversal de 0.6 cm 2 ; con ello se detienen sus llantas, si el área de contacto en los rines de las llantas es de 180 cm 2 de qué magnitud es la fuerza que detiene al auto? 48.- Un elevador hidráulico tiene diámetros de 12 cm y 4 cm, respectivamente. Si en el émbolo menor se ejerce una fuerza de 80 N. Qué fuerza se obtiene en el lado mayor? 49.- Un auto de 6000 kg de masa, es levantado con un elevador hidráulico en su émbolo mayor de 70 cm 2 de área; si el área menor es de 5 cm 2 cuál es la fuerza aplicada en el émbolo menor? M 2 = 6000 kg F 2 =? A 2 = 70 cm 2 A 1 = 5 cm 2 F 1 =? 3

4 50.- Cuál es el área del émbolo mayor, del siguiente elevador hidráulico? F 1 = 12 N A 1 = 25 cm 2 F 2 = 300 N A 2 =? 51.- Si colocamos un objeto cuyo volumen es de m 3 en un recipiente con gasolina, qué fuerza de empuje recibe por parte de la gasolina? 52.- Cierto cuerpo de m 3 al colocarlo en agua, qué empuje recibe? 53.- Una persona tiene un peso de 784 N, pero al sumergirse completamente dentro del agua solo pesa 524 N. Qué empuje recibe por parte del agua y qué volumen tiene la persona? 54.- Un cuerpo con volumen de m 3, pesa en el aire 34 N; al colocarlo completamente dentro de agua, cuánto pesará ahí? 55.- Si cierto objeto de m3 se coloca completamente sumergido en agua, aparenta pesar 66 N. Entonces cuánto pesará en el aire? 56.- Determina la diferencia de presión en dos puntos de una tubería horizontal, por la cual circula gasolina (densidad 860 kg/m 3 ), si en el primero la velocidad es de 4 m/s y más adelante la tubería se estrecha y la velocidad es de 7 m/s En una cisterna abierta a la atmósfera se instala una llave de paso en el fondo, si el nivel del líquido en el depósito es 5 m con qué velocidad sale el agua de la llave cuando se abre? 58. En función del principio de Bernoulli, qué ocurrirá si en un tubo cilíndrico horizontal observamos que el fluido reduce su velocidad? 59.- Una hendidura en un recipiente de agua tiene una área de sección transversal de 10-4 m 2. Con qué velocidad fluye el agua del tanque si el nivel de agua en el mismo está a 4 metros por encima de la abertura? 60.- En cierta tubería se hace pasar alcohol, el cual se bombea con una velocidad de 0.5 m/s a través de un tubo de 3 cm de diámetro desde el sótano, a una presión de 4 atm. ( 1 atm = 1 x 10 5 Pa) Qué presión se tiene en un tubo de 2 cm de diámetro en un primer piso a 2.5 m de altura? La densidad del alcohol es: = 0.79 x 10 3 kg / m El agua fluye a través de una manguera de hule a 2 cm de diámetro a una velocidad de 4 m/s. Qué diámetro debe tener el chorro si el agua sale a 20 m/s? 4

5 TERMODINÁMICA 1 Calor y Temperatura. PREGUNTAS 64.- Cuáles son las características mencionadas en el modelo cinético molecular? 65.- Qué es el movimiento browniano? 66.- Qué significa difusión entre sustancias? 67.- A qué se refiere la dilatación? 68.- Qué es la energía interna? 69.- Menciona el nombre de los tipos de cambio de estado físico de la materia, señalando de que estado físico se encuentra y a cual pasa: 70.- Cómo se realiza el fenómeno de evaporización? 71.- Por qué los bañistas al salir mojados de la alberca, sienten frío? 72.- Al ser humano, para qué le sirve que su cuerpo sude? 73.- Qué es el calor, y qué unidades se utilizan para su medida? 74.- Qué es la temperatura, y qué unidades se utilizan para su medida? 75.- Cómo y quién descubrió el equivalente mecánico del calor? 76.- Cuál es el valor del equivalente mecánico del calor? 77.- Es exacto el sentido de temperatura de nuestro cuerpo? Explica: 80.- En qué propiedades físicas se basa el funcionamiento de los termómetros? 81.- Cuáles son las escalas usadas para medir la temperatura? 82.- Cuál es el valor de temperatura normal del cuerpo humano? 83.- Qué es la temperatura ambiente? 84.- Por qué el doctor coloca el termómetro en la axila durante un determinado tiempo? 85.- Qué es el equilibrio térmico y cuando se logra? 86.- Qué establece la ley cero de la termodinámica? 87.- A qué se le llama escala Absoluta? 88.- Cuáles son los valores máximo y mínimo de la escala Absoluta? 89.- Al tocar con nuestros pies descalzos colocando cada pie respectivamente uno en un piso de mármol y el otro en una alfombra. Cuál se sentirá más frío y porqué? 90.- Puede una sustancia recibir durante cierto tiempo calor y no incrementar su temperatura? cuándo? 91.- Al recibir la misma cantidad de calor, un sólido, un líquido y un gas. Quién de ellos tendrá mayor dilatación y cuál la menor dilatación? 5

6 92.- Si tanto el vidrio como el mercurio se expanden al aumentar la temperatura. Cómo funciona un termómetro con mercurio dentro de vidrio? 93.- Cuáles son los métodos con los que se transfiere el calor y en qué propiedad física se basan? 94.- En el laboratorio, como se demostraron los fenómenos de: a) difusión, y en qué tipo de sustancias es mayor? Y en cuáles es menor? b) dilatación, y en qué tipo de sustancias es mayor? Y en cuáles es menor? 95.- En el laboratorio: a) Qué nos demuestra el calentar el tubo de ensaye lleno de agua por la parte de arriba, con la lámpara de alcohol o con el mechero? b) Qué metal se calentó más rápido y cuál fue el más lento? c) Bajo qué procedimiento se logra calentar el agua? 96.- Si se desea enfriar algo con hielo, éste se debe colocar sobre el hielo o bajo él? y por qué? 97.- Dado que todos los cuerpos están absorbiendo energía de sus alrededores. Por qué no se incrementa continuamente la temperatura de todos los cuerpos? 98.- Explica los procesos en que se trasmite el calor Cómo funciona un termo? Define los conceptos de calor específico y calor latente Por qué razón las costas tienden a tener climas más moderados que las regiones donde se tienen desiertos? Cuál de las siguientes sustancias cambia más fácilmente su temperatura y por qué? (El agua, el alcohol, el Aluminio o el cobre) Qué es la termografía y en qué se utiliza? En qué fenómeno físico se basa la termografía? 105- Qué es un golpe de calor? Qué clase de personas están más expuestas al golpe de calor? Cuáles son los mecanismos productores de calor? Cuáles son los mecanismos de la pérdida de calor? Qué daño puede producir el golpe de calor? ESCALAS DE TEMPERATURA 1. Para convertir de C a F use la fórmula: T F = 1.8 T C Para convertir de F a C use la fórmula: T C = (T F - 32) Para convertir de K a C use la fórmula: T c = T K Para convertir de C a K use la fórmula: T K = C Para convertir de F a K use la fórmula: T K = [(T F 32)/1.8 ] Para convertir de K a F use la fórmula: T F = 1.8 (T K 273)

7 PROBLEMAS A RESOLVER: En la ciudad de Chicago, un termómetro marca 18 F en invierno, cuál será su equivalente en Celsius y Kelvin? La temperatura más alta registrada en la Tierra fue de 136 ºF, en Azizibia, Libia en Y la temperatura más baja ha sido de ºF, en Vostok, en el Ártico, en Anota estas temperaturas extremas en Celsius y después en Kelvin El punto de fusión del Oro es de 1064 ºC y el de ebullición es de 2660 ºC. Expresa éstas temperaturas en Fahrenheit El nitrógeno líquido tiene su temperatura de ebullición en 77 K, a cuántos Fahrenheit equivale este valor? En un recipiente se colocan 3 litros de agua inicialmente a 15 C, qué cantidad de calor debe suministrarse para alcanzar una temperatura de 55 C? (1 L agua = 1 kg) En un recipiente aislado se colocan 200 g de agua a 70 C. Si se agregan un trozo de aluminio que se encuentra a 10 C. La temperatura una vez alcanzado el equilibrio es de 50 C cuál es la cantidad de aluminio que se utilizó? Tabla # 2. Calor específico o capacidad térmica especifica de sustancias comunes. Nombre de la sustancia C capacidad térmica J / (kg C) Nombre de la sustancia C capacidad térmica J / (kg C) AGUA HIERRO O FIERRO 450 CUERPO HUMANO ZINC 420 ALCOHOL ETÍLICO COBRE 390 PARAFINA LATÓN 380 HIELO PLATA 235 VAPOR DE AGUA (100 C) CADMIO 230 BERILIO MERCURIO 140 MADERA ORO 130 ACEITE PLOMO 130 ALUMINIO 900 POLIETILENO MÁRMOL 860 MADERA VIDRIO 835 ACETONA SILICÓN Qué cantidad de calor se le debe proporcionar a 400 ml de agua (400 g), para subirle su temperatura desde 20 C hasta 90 C? Qué cantidad de calor es absorbida por un cuerpo de 0.6 kg de Aluminio, cuando es calentado de 12 C a 92 C? 118.-Qué cantidad de calor es cedida por 0.5 kg de Plata, cuando se enfría de 140 C a 20 C? 7

8 119.- Un bloque de Plomo recibió J. Su temperatura inicial fue de 14 C, y termino a 64 C. Qué cantidad de plomo se tiene? Un objeto de Fierro incrementa su temperatura de 20 C a 100 C al aplicarle 600 Kcal, Cuál será su masa en kg? Después de calentar plomo hasta 180 C, se vacían sobre 600 gr de agua a 20 C. Cuánto plomo se tiene, si la temperatura de equilibrio fue de 30 C? Cuando 1.5 kg de agua son colocados en un congelador, ceden Joule; terminando con una temperatura de 27 C, Qué valor tenía la temperatura inicial? La masa de 500 gr de cobre a 120 C, se coloca en un vaso que contiene alcohol a 15 C. La temperatura final de la mezcla es de 40 C. Qué cantidad de alcohol se utilizó? Un trozo de metal de 0.85 kg se calienta a 120 C, después se coloca en un recipiente que contiene 0.3 kg de agua a 19 C. Halla la constante de capacidad térmica específica del metal, si la temperatura de equilibrio es de 40 C Una mezcla de cierto metal de 700 gr a una temperatura de 16 C, es bañada por 100 gr de agua a 50 C. Si la temperatura final es de 36 C. Cuál es el calor específico del metal? En 1 kg de mercurio de 10 C de temperatura, se coloca un trozo de 0.5 kg de metal a 80 C. Si el equilibrio se logra en 40 C. Determina la constante del metal desconocido Al juntar 0.4 kg de agua a 90 C con 2.5 kg de fierro a 20 C. Con qué temperatura terminan? Se mezclan 1.2 kg de glicerina a 15 C con 2 kg de alcohol a 50 C. Cuál es su temperatura de equilibrio? Un trozo de metal de 0.6 kg se calienta a 220 C, después se coloca en un recipiente que contiene 0.8 kg de aceite a 20 C. Halla la constante de capacidad térmica específica del metal, si la temperatura de equilibrio es de 75 C En un vaso de precipitado que contiene 400 gramos de acetona a 23 C, se le colocó la flama de una vela durante 3 minutos alcanzándose una temperatura de 40 C. Determina la potencia de la vela Al calentar un objeto de oro de 40 gramos a 17 C; durante 0.66 minutos en la flama de una lámpara de alcohol, alcanza una temperatura de 65 C. Determina la potencia del mechero. (c del oro = 130 J/kg ºC) Un trozo de metal de 0.6 kg se calienta a 220 C, después se coloca en un recipiente que contiene 0.8 kg de aceite a 20 C. Halla la constante de capacidad térmica específica del metal, si la temperatura de equilibrio es de 75 C. 8

9 TERMODINÁMICA 2 Las leyes de la Termodinámica. PREGUNTAS A qué se le llama sistema termodinámico? Cuáles son los postulados de las leyes cero, primera y segunda de la Termodinámica? A qué se le llama eficiencia o rendimiento? A qué se le llama máquina térmica real? Cuáles son las expresiones matemáticas para determinar la eficiencia? Qué valores de eficiencia tienen las máquinas térmicas reales? A qué se le llama degradación de la energía? A qué se le llama máquina térmica ideal? Qué aportaciones realizó Sadi Carnot? Qué problema influye para no poder fabricar una máquina de movimiento perpetuo? A qué se le llama entropía? Qué es una bomba de calor? A qué se le llama Cero Absoluto? Qué característica tiene un proceso adiabático? A qué se le llama energía? 142- Cuáles son las fuentes primarias de la energía? Qué establece la primera ley de la termodinámica? Cuál es la expresión matemática de la primera ley de la termodinámica? Qué significado tienen los procesos isobárico, isocórico e isotérmico? Qué es el trabajo mecánico? Cómo funciona el refrigerador y cómo es su eficiencia? Cuáles fueron las primeras máquinas de vapor y para qué se empleaban? Qué es una máquina de combustión interna? Y Cuáles son los 4 pasos de la máquina de combustión interna? Cuáles son las máquinas de combustión externa? Dibuja la generación de electricidad de una planta termoeléctrica, indicando las transformaciones de energía. 9

10 PROBLEMAS A RESOLVER: Encuentra el cambio de energía interna de un gas que se expande de forma adiabática y que realiza un trabajo de 50 J Encuentra el cambio en la energía interna de un sistema si absorbe un calor de 50 J y realiza un trabajo de 80 J Encuentra el trabajo que efectúa un sistema que absorbe 700 J de calor, si su cambio en la energía interna es de -200 J Encuentra el cambio en la energía interna de un gas que se comprime de forma isotérmica. Cuál es el trabajo realizado, si el gas desprende 560 J de calor? Un gas se expande de forma adiabática, realizando un trabajo de 860 J cuál es el calor involucrado? cuál es el cambio en la energía interna del gas? Encuentra el cambio en la energía interna de un sistema si absorbe un calor de 50 J y realiza un trabajo de 80 J Encuentra el trabajo que efectúa un sistema que absorbe 700 J de calor, si su cambio en la energía interna es de -200 J Una máquina térmica absorbe 200 J de calor de una fuente caliente, realiza un trabajo y cede 160 J a la fuente fría. Cuál es su rendimiento? Si se agregan 400 kcal a un gas que se expande y realiza 800 kj de trabajo. Cuál es la variación de la energía interna del gas? Una máquina térmica funciona entre dos fuentes a temperaturas de 20 C y 300 C. Cuál es la máxima eficiencia posible de esta máquina? Para una máquina térmica del 35 % de rendimiento, cuánto trabajo realiza en un ciclo, si extrae 150 J de calor de la fuente caliente? Una máquina térmica con rendimiento del 32 %. Cuánto calor requiere por ciclo, si realiza 200 J de trabajo? Una máquina térmica con eficiencia del 25 %, funciona entre dos fuentes, una temperatura es de 350 C. Cuál es la temperatura de la fuente fría? La eficiencia de una máquina de Carnot es del 22 %. La máquina absorbe 2500 J de calor por cada ciclo, desde una fuente caliente a 460 K. Determina el trabajo hecho en cada ciclo, y la temperatura de la fuente fría. 10