FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 2014

Transcripción

1 FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 20. (2.25 puntos). Se descarga un condensador a través de una resistencia óhica de valor R = ( ) 0 6. Con el fin de estudiar cuantitativaente el proceso de descarga se toan lecturas del voltaje en función del tiepo t (tabla). La ley de descarga a estudiar es /t e 0 t donde t es un tiepo característico del proceso de descarga y 0 es el voltaje inicial cuando t = 0. Los datos de tiepo (toados con un error de 0.2 s) y de voltaje (toados con un error de 0.05 ) se presentan en la tabla. En la gráfica puede verse una representación seilogarítica de estos datos. (a) Realizar los cálculos oportunos para obtener el valor del tiepo característico a partir de la gráfica, expresando los errores correspondientes. (b) Dado el valor de la resistencia óhica2,5 del enunciado, cuál es la capacidad del condensador y su error? ln 2,0,5 ln,0 0,5 Nobre: 0, t(s)

2 FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO (2.50 puntos) Un hobre de 80 antiene la pierna derecha levantada en posición horizontal tal y coo se indica en la figura. El vector F señalado en ella es la resultante de las fuerzas ejercidas por los úsculos isquiotibiales para antener la posición, y R es la fuerza de reacción aplicada sobre el punto A (fulcro de giro de la rodilla). La resultante F está aplicada a d = 2.5 c del punto A. Suponiendo que la asa de la pierna y el pie representa el 6% de la asa del hobre, y haciendo uso de los datos nuéricos y gráficos presentados en la figura, se pide: a) Calcular la resultante F, la reacción R y el ángulo b. b) Si el hobre calzase una bota de asa, cuyo peso puede suponerse aplicado en el punto B, y aditiendo que la dirección de la resultante F no cabia apreciableente, explicar si los ódulos de F y R auentarían o disinuirían (no se piden cálculos, sino una explicación razonada). 3. (2.25 puntos). Una tubería cilíndrica horizontal con un diáetro interno de 0 transporta un fluido de densidad.26 g/c 3 y viscosidad.22 Pa s. La velocidad edia del fluido en la conducción es.59 /s. a) Deterinar qué flujo transporta la tubería en litros por inuto. b) Deterinar el núero de Reynolds y justificar que se trata de flujo lainar. c) Qué caída de presión hay por etro de tubería? d) Cuál tendría que ser el flujo ásico para que se desarrollase un régien turbulento? CUESTIONES. ( punto). (a) Enunciado del principio de Arquíedes. (b) Cuando un trozo de corcho, cuatro veces enos denso que el agua, flota sobre ella, qué fracción de su voluen peranece suergida? Explicar razonadaente. 5. ( punto). Consultando la tabla de tasas etabólicas de la derecha, conteste a las siguientes preguntas: a) Cuánta energía consuirá un chico de 60 que practica cicliso horas al día? b) Cuánto tiepo debería practicar la natación para consuir la isa energía? 6. ( punto). Enunciado y explicación breve del Prier Principio de la Terodináica. Observación: Las respuestas deben basarse en arguentos físicos claros. Los razonaientos abiguos, confusos o contradictorios 2 no serán tenidos en cuenta.

3 FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 20. SOLUCIÓN. PROBLEMA. Paso : Trazaos una recta aproxiada de ajuste a los puntos experientales Paso 2: Construcción gráfica de un triángulo para estiar el valor de la pendiente Paso 3: Coordenadas aproxiadas de los vértices del triángulo (antes de estiación de errores): N y N2 adi. (son logaritos de los voltajes en voltios; D y D2 en segundos (lecturas sobre el eje de tiepos). Paso : Errores en los tiepos, coo son lecturas directas D D2 0.2 s Paso 5: Errores en los logaritos a partir de la propagación de errores ln ln 2,5 En todos los casos N N Paso 6: Pendiente y su error N N 2 N N N 2 N D D2 D s D D2 D Pendiente experiental: N s D 9.2 Error en la pendiente: N N D D D s 2 alor aceptado de la pendiente: s Tiepo característico: t / 9.9 s ln 2,0,5,0 0,5 0,0 N t N 2.03 D s Relación entre tiepo característico, capacidad y resistencia de descarga: D t R C 0 6 C 9.9 s t(s) C R Se asignan los isos errores que los puntos experientales ln ás cercanos C t R t 7 t R C R F F N2 0. D F

4 PROBLEMA 2. (2.50 puntos) Un hobre de 80 antiene la pierna derecha levantada en posición horizontal tal y coo se indica en la figura. El vector F señalado en ella es la resultante de las fuerzas ejercidas por los úsculos isquiotibiales para antener la posición, y R es la fuerza de reacción aplicada sobre el punto A (fulcro de giro de la rodilla). La resultante F está aplicada a d = 2.5 c del punto A. Suponiendo que la asa de la pierna y el pie representa el 6% de la asa del hobre, y haciendo uso de los datos nuéricos y gráficos presentados en la figura, se pide: a) Calcular la resultante F, la reacción R y el ángulo b. a) Diagraa sólido libre FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 20. SOLUCIÓN. b) Si el hobre calzase una bota de asa, cuyo peso puede suponerse aplicado en el punto B, y aditiendo que la dirección de la resultante F no cabia apreciableente, explicar si los ódulos de F y R auentarían o disinuirían (no se piden cálculos, sino una explicación razonada). Moentos respecto al punto A t A F cos x x2 0 x2 F x cos Equilibrio de fuerzas verticales y horizontales Dividiendo iebro a iebro F Y F cos R sin b 0 F X F sin R cos b 0 F cos tan b F sin N R sin b F cos R cos b F sin 0 b 8.3º R F sin cos b N

5 PROBLEMA 2. (2.50 puntos) Un hobre de 80 antiene la pierna derecha levantada en posición horizontal tal y coo se indica en la figura. El vector F señalado en ella es la resultante de las fuerzas ejercidas por los úsculos isquiotibiales para antener la posición, y R es la fuerza de reacción aplicada sobre el punto A (fulcro de giro de la rodilla). La resultante F está aplicada a d = 2.5 c del punto A. Suponiendo que la asa de la pierna y el pie representa el 6% de la asa del hobre, y haciendo uso de los datos nuéricos y gráficos presentados en la figura, se pide: a) Calcular la resultante F, la reacción R y el ángulo b. b) Si el hobre calzase una bota de asa, cuyo peso puede suponerse aplicado en el punto B, y aditiendo que la dirección de la resultante F no cabia apreciableente, explicar si los ódulos de F y R auentarían o disinuirían (no se piden cálculos, sino una explicación razonada). b) Diagraa sólido libre FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 20. SOLUCIÓN. Cuando el hobre calza la bota, cuyo peso P se aplica en el punto B, aparece una nueva coponente vertical hacia abajo y un oento de fuerza extra respecto al punto A. La única fora de que en estas nuevas condiciones se antenga el equilibrio estático es que el ódulo de F auente, pues hay que copensar un oento ayor y la única fuerza dirigida hacia arriba que puede hacerlo es F. El auento del ódulo de F a su vez iplica un auento del ódulo de R, ya que la coponente de la fuerza horizontal a copensar se hace ayor. 5

6 FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 20. SOLUCIÓN. PROBLEMA 3. (2.25 puntos). Una tubería cilíndrica horizontal con un diáetro interno de 0 transporta un fluido de densidad.26 g/c 3 y viscosidad.22 Pa s. La velocidad edia del fluido en la conducción es.59 /s. a) Deterinar qué flujo transporta la tubería en litros por inuto. b) Deterinar el núero de Reynolds y justificar que se trata de flujo lainar. c) Qué caída de presión hay por etro de tubería? d) Cuál tendría que ser el flujo ásico para que se desarrollase un régien turbulento? a) El flujo voluétrico es S c /s 2 litro/s b) Calculaos el núero de Reynolds: Diensión elocidad característica edia (diáetro) densidad iscosidad c l Re c D s Puesto que Re < 2000, teneos flujo lainar s Pa s 20 litro/in c) Aplicaos la ley de Poisseuille: 8 L P D /2 P 8 L D / Pa s /2 s 8 Pa/ d) Para desarrollar régien turbulento la condición en una tubería cilíndrica es Re Para alcanzar ese núero de Reynolds en esta tubería la velocidad del fluido debería ser c' Re' D /s El flujo ásico que tendríaos con esta velocidad sería ' S c' /s s 6

7 FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 20. SOLUCIÓN.. ( punto). (a) Enunciado del principio de Arquíedes. (b) Cuando un trozo de corcho, cuatro veces enos denso que el agua, flota sobre ella, qué fracción de su voluen peranece suergida? Explicar razonadaente. (a) Un sólido suergido en un fluido experienta una fuerza ascendente, denoinada epuje, que es igual al peso del voluen de líquido que dicho sólido desaloja. La diferencia entre el peso del sólido,, y el epuje, E, es el peso aparente, F, del cuerpo suergido. Si deseaos evitar que el sólido suergido se hunda hasta el fondo, es necesario sujetarlo de algún odo, por ejeplo ediante un hilo tal y coo sugiere el esquea siguiente. oluen del sólido f f, F E g E f SÓLIDO SUMERGIDO g En equilibrio F = -E F densidades del fluido y del sólido g f El sólido se hunde si Peso del sólido Peso del líquido desalojado f (b) Si un sólido flota es porque el epuje sobre la parte suergida es suficiente para copensar todo el peso del cuerpo: esto ocurre siepre que la densidad del fluido es ayor que la del sólido. f E s SÓLIDO FLOTANTE g E f g S Ahora S y adeás E g f g S Peso del sólido Peso del líquido desalojado Según el enunciado la densidad del corcho es cuatro veces enor que la del agua: f El voluen suergido de corcho será igual a ¼ del voluen total S Así pues, la fracción suergida es 25% S f 7

8 FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 20. SOLUCIÓN. 5. ( punto). Consultando la tabla de tasas etabólicas de la derecha, conteste a las siguientes preguntas: a) Cuánta energía consuirá un chico de 60 que practica cicliso horas al día? b) Cuánto tiepo debería practicar la natación para consuir la isa energía? a) Tasa etabólica practicando cicliso U t A 7.6 Energía consuida en t = horas = 00 s U A s J b) Tasa etabólica practicando natación U t B.0 Tiepo necesario para consuir la isa energía que en a) t U J 999s B 2 h 6 U B U A 8

9 FÍSICA APLICADA A FARMACIA. EXAMEN FINAL EXTRAORDINARIO. JUNIO 20. SOLUCIÓN. 6 ( punto). Enunciado y explicación breve del Prier Principio de la Terodináica. El prier principio establece la conservación de la energía en los sisteas terodináicos, relacionando la energía interna de un sistea con los intercabios de energía que se producen a través de las fronteras del iso Estos intercabios ocurren entre el sistea objeto de nuestra consideración y el sistea forado por el resto del universo que lo rodea. En el caso ás siple, el de un sistea quíico cerrado donde sólo hay procesos de expansión o copresión y cuyos líites son pereables al paso del calor pero no de la ateria, los intercabios a los que nos referios pueden producirse bien en fora de trabajo o bien en fora de calor, de odo que la variación de energía interna U que el sistea experienta en un proceso cualquiera resulta del balance de estos intercabios. Para uno de estos sistea siples, el prier principio adopta la fora siguiente: U Q donde Q representa el flujo de calor entre el sistea y el exterior (positivo para calor entrante y negativo para calor saliente) y representa o bien el trabajo realizado por el sistea (positivo, asociado a procesos de expansión del iso) o bien el trabajo realizado sobre el sistea (negativo, asociado a procesos de copresión). El calor es la energía que se transfiere de un sistea a otro (el resto del universo) a causa de una diferencia de teperaturas. Q > 0 Criterio de signos para calor y trabajo Q < 0 El trabajo es la energía que se transfiere de un sistea a otro (el resto del universo) por causa distinta de una diferencia de teperaturas. Siepre involucra un desplazaiento de la frontera del sistea o de una parte de ella bajo la acción de una fuerza. < 0 SISTEMA > 0