COLEGIO DE BACHILLERES PLANTEL 2 CIEN METROS. Elisa Acuña Rossetti GUIA DE ESTUDIO DE LA ASIGNATURA DE INGENIERIA FÍSICA I CLAVE 515

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1 COLEGIO DE BACHILLERES PLANTEL 2 CIEN METROS Elisa Acuña Rossetti GUIA DE ESTUDIO DE LA ASIGNATURA DE INGENIERIA FÍSICA I CLAVE 515 ACADEMIA DE FÍSICA-GEOGRAFÍA 1

2 Esta guía es un material diseñado para apoyarte en la preparación de tu examen de recuperación, es indispensable que trabajes en la investigación de algunos temas y resolución de actividades. Es un material que deberás trabajar de manera independiente, apoyándote de libros o páginas de internet seguras. Las investigaciones y ejercicios resueltos debes entregarlos únicamente el día del examen. Con las siguientes características: En hojas blancas Engrapadas Caratula y comprobante de inscripción SIN FOLDER NI SOBRE AMARILLO **La asignatura de Ingeniería Física I se divide en tres bloques temáticos, en la presente guía se te proporcionará un temario que deberás investigar para así prepararte para tu examen. En la última parte del temario se proporciona una bibliografía que podrás utilizar para tu investigación BLOQUE I LEYES DE CONSERVACIÓN ANTECEDENTES DE MECÁNICA A) Definir los siguientes conceptos y escribir las unidades en las que se miden en el Sistema Internacional (SI): velocidad v, aceleración a, masa m, fuerza F, peso w (de la palabra inglesa weight ), trabajo W (de la palabra inglesa Work ), potencia P, energía cinética K (de la palabra inglesa kinetic ), energía potencial gravitacional U, energía mecánica = energía cinética + energía potencial, E = K+U. B) Qué es un vector? Dar ejemplos. C) Plantear y explicar la 1ª ley de Newton del movimiento. D) Describir la inercia y su relación con la masa. E) Establecer y explicar la 2ª ley de Newton del movimiento. F) Mencionar las diferencias entre peso y masa. G) Problema: Hallar el peso de un hombre de 74 kg a) en la Tierra, donde g T = 9.8 m/s 2. b) en la Luna, donde g L = 1.7 m/s 2. H) Problemas: a) A un cuerpo de 2 kg se le aplica una fuerza neta de 3 N cuál es su aceleración? b) Con un dinamómetro se mide que la fuerza con la que la Tierra atrae a un ladrillo es de 30 N. La aceleración debida a la gravedad es a = g = 9.8 m/s 2. Cuál es la masa del ladrillo? I) Plantear y explicar la 3ª ley de Newton del movimiento. 2

3 1) LEYES DE CONSERVACIÓN 1.1 Sistemas mecánicos conservativos Definir que es una fuerza conservativa y dar ejemplos Problemas: a) Calcular el trabajo efectuado por una persona W p al subir una mochila de 1.2 kg desde el suelo hasta una altura de 0.4 m en línea recta. El trabajo cambia si la trayectoria NO es recta? b) Calcular el trabajo efectuado por la fuerza de gravedad W g cuando una persona sube una mochila de 1.2 kg desde el suelo hasta una altura de 0.4 m en línea recta. El trabajo cambia si la trayectoria NO es recta? c) Calcular el trabajo efectuado por una persona al subir y luego bajar (ciclo completo) una mochila de 1.2 kg desde el suelo hasta una altura de 0.4 m Definir que es una fuerza NO conservativa y dar ejemplos Cuál es la importancia de la fricción para caminar? Cómo afecta la fricción debida al aire en la caída de los cuerpos? 1.2. Conservación de la energía mecánica Qué es un sistema aislado? Escribir la ley de la conservación de la energía Qué es un sistema conservativo? Escribir la ley de la conservación de la energía mecánica Problema: En un sistema conservativo al tiempo t 0 las energías cinética y potencial valen respectivamente K 0 = 15.1 J y U 0 = 2.8 J. a) Cuánto vale la energía mecánica total del sistema? b) Si al tiempo t 1 la energía cinética vale K 1 = 10.4 J Cuánto vale la energía potencial U 1? Problema: se dispara un proyectil de 137 g desde el suelo en línea recta hacia arriba; cuando va subiendo y se encuentra a 2.5 m sobre el suelo (punto B) tiene una velocidad de 1.4 m/s. Suponiendo que NO hay fricción debida al aire: a) Hallar la energía potencial gravitacional U B del proyectil en el punto B. b) Hallar la energía cinética K B del proyectil en el punto B. c) Hallar la energía mecánica total E B del proyectil en el punto B. d) Con qué velocidad se disparó el proyectil desde el suelo (punto A)? e) Cuál es la altura máxima a la que sube el proyectil (punto C)? 1.3. Cantidad de movimiento lineal (momento p = mv ) Definir la cantidad de movimiento lineal (momento) y escribir las unidades en las que se mide en el SI Problema: La velocidad de un proyectil de 137 g es de 1.4 m/s cuánto vale su momento p? 3

4 1.3.3 Problema: un sistema consta de tres partículas que se mueven a lo largo del eje x. Las masas de las partículas son m 1 = 4 kg, m 2 = 5 kg, m 3 = 3 kg. Sus respectivas velocidades son v 1 = -10 m/s kg, v 2 = +6 m/s, v 3 = +2 m/s. Cuánto vale la cantidad de movimiento lineal p total del sistema? hacia dónde apunta el vector p? Escribir la 2ª ley de Newton en términos del momento p qué significa? Escribir las expresiones de la conservación de la cantidad de movimiento lineal para una sola partícula y para un conjunto de partículas Explicar las condiciones que se deben cumplir para que se conserve la cantidad de movimiento lineal Describir las condiciones de la energía cinética y cantidad de movimiento durante choques inelásticos y completamente inelásticos Problema: Una esfera de 1.0 kg con una rapidez de 4.5 m/s golpea una esfera estacionaria de 2.0 kg. Si el choque es totalmente inelástico: a) Cuál es la rapidez de las esferas después del choque (cuando avanzan pegadas)? b) Calcular qué fracción de la energía cinética inicial es la energía cinética final (en porcentaje) Describir las condiciones de la energía cinética y cantidad de movimiento durante choques elásticos Escribir las expresiones para las rapideces finales del choque elástico de 2 masas en general Escribir las expresiones para las rapideces finales del choque elástico de 2 masas cuando una de ellas está inicialmente en reposo Problema: Una bola de billar de 0.30 kg con una rapidez de 2.0 m/s en la dirección x positiva choca elásticamente de frente con una bola de billar estacionaria de 0.70 kg. Cuáles son las velocidades de las bolas después del choque? 2) CONDICIONES DE EQUILIBRIO 2.1 Explicar el concepto de centro de masa 2.2 Problema: Tres masas m 1 = 2 kg, m 2 = 3.0 kg y m 3 = 6.0 kg, se hallan en el eje x, en las posiciones x 1 = 3 m, x 2 = 6 m y x 3= - 4 m respectivamente, Dónde está el centro de masa x cm de este sistema? 2.3 Dibujar ejemplos en los que el centro de masa NO esté adentro del cuerpo. 2.4 Cuál es la relación entre el centro de masa y el centro de gravedad de un cuerpo? 2.5 Explicar el concepto de cuerpo rígido. 2.6 Qué es el movimiento traslacional (puro)? 4

5 2.7 Qué es el movimiento rotacional (puro)? 2.8 Qué es el rodamiento? Dibujar un ejemplo. 2.9 Explicar qué es una torca (o momento de fuerza), cómo se calcula y en qué unidades del SI se mide Problema: Se aplica una fuerza F = 3 N a una distancia r = 0.2 m del eje de rotación de un cuerpo rígido. Los vectores r y F son ortogonales. Hallar la torca resultante Escribir la 1ª condición de equilibrio (equilibrio traslacional) Escribir la 2ª condición de equilibrio (equilibrio rotacional) Cuáles son las condiciones para el equilibrio mecánico? 2.14 Problema: Se aplica una fuerza F 1 = 1.8 N hacia la derecha y una fuerza F 2 = 3.5 N hacia la izquierda sobre una partícula. De qué magnitud y hacia dónde apunta una tercera fuerza F 3 tal que la partícula se halle en equilibrio traslacional? 3) CIRCUITOS ELÉCTRICOS Conceptos básicos de electricidad. A) Definir los siguientes conceptos y escribir las unidades en las que se miden en el Sistema Internacional (SI): carga q, corriente I, Resistencia R, Voltaje V. B) A cuántos electrones (su carga) equivale 1 coulomb? C) Enunciar la ley de Ohm. en qué condiciones se puede usar esta fórmula? D) Problema: a través de una resistencia de 4.7 se aplica un voltaje de 8.3 V. Cuál es la corriente que pasa por la resistencia? E) Dibujar los símbolos con los que se representan en los circuitos los siguientes elementos: batería, resistor, condensador, alambre, alambres conectados, alambres no conectados, interruptor abierto, interruptor cerrado, fuente de corriente alterna, tierra. F) Definir la potencia eléctrica. Escribir las tres expresiones (equivalentes) para la potencia eléctrica y las unidades en las que se mide en el SI. G) investigar la potencia que consumen los siguientes aparatos domésticos: secadora de ropa, secadora de cabello, horno de microondas, refrigerador, tv a color, radio. H) Dibujar un circuito con 3 resistencias en serie, alimentadas con una batería. I) Dibujar un circuito con 3 resistencias en paralelo, alimentadas con una batería. 5

6 J) Dibujar un circuito mixto sencillo con 3 resistencias alimentadas con una batería. 3.1 Leyes de Kirchhoff Qué es nodo? Qué es una rama? Escribir la 1ª ley de Kirchhoff. Cuál cantidad se conserva? Cuál es la convención de signos? Usando la 1ª ley de Kirchhoff hallar la resistencia equivalente R eq de un circuito con 3 resistencias en paralelo Escribir la 2ª ley de Kirchhoff. Cuál cantidad se conserva? Cuál es la convención de signos? Usando la 1ª ley de Kirchhoff hallar la resistencia equivalente R eq de un circuito con 3 resistencias en serie Problema: Se conectan dos resistencias R 1 = 3 R 2 = 5 en serie con una batería de 32 V. a) Hallar la resistencia equivalente R eq del circuito. b) Hallar la corriente I en el circuito equivalente (que luego se divide en I 1 e I 2). c) Obtener la corriente I 1 que pasa por R 1. d) Obtener la corriente I 2 que pasa por R 2. Es útil checar que I 1 + I 2 = I. e) Calcular la potencia disipada P 1 en la resistencia R 1. f) Calcular la potencia disipada P 2 en la resistencia R Problema: Se conectan dos resistencias R 1 = 3 R 2 = 5 en paralelo con una batería de 32 V. a) Hallar la resistencia equivalente R eq del circuito. b) Hallar la corriente I en el circuito equivalente (que luego se divide en I 1 e I 2). c) Obtener la corriente I 1 que pasa por R 1. d) Obtener la corriente I 2 que pasa por R 2. Es útil checar que I 1 + I 2 = I. e) Calcular la potencia disipada P 1 en la resistencia R 1. f) Calcular la potencia disipada P 2 en la resistencia R 2. BIBLIOGRAFÍA 1) Wilson J., Buffa A., Lou B. Física. Editorial Pearson. 2) Alvarenga, B., Máximo A. Física General. Editorial Oxford. 3) Hewitt, P. Física Conceptual. Editorial Pearson Educación. 4) Tippens, P. (2011). Física Conceptos y Aplicaciones. Editorial Mc Graw Hill. 5) Giancoli, D. (2006). Física con aplicaciones. Editorial Pearson Educación. De las fuentes 1) y 2) existen muchos ejemplares en las bibliotecas del Colegio de Bachilleres. Véase la cuenta de Facebook: Libros Ciencias y Matematicas Gratis en PDF 6