COLEGIO DE BACHILLERES PLANTEL 14 MILPA ALTA FIDENCIO VILLANUEVA ROJAS. Guía de Física I CLAVE 105

Transcripción

1 COLEGIO DE BACHILLERES PLANTEL 14 MILPA ALTA FIDENCIO VILLANUEVA ROJAS Guía de Física I CLAVE 105 Plan de estudios 2014

2 1. Cuál es la definición correcta de Física? Escoger el inciso correcto. a) Es la ciencia que investiga los conceptos fundamentales de materia, energía, espacio; y las relaciones entre ellos. b) Es la ciencia que investiga los conceptos fundamentales gravedad, peso, materia y las relaciones entre ellos. c) Es la ciencia que investiga los conceptos fundamentales densidad, peso, materia y las relaciones entre ellos. 2. Qué es un sistema físico? Escoger el inciso correcto. a) Un sistema físico es un agregado de objetos o entidades materiales entre cuyas partes existe una conexión o interacción o un modelo matemático de tipo causal. b) Un sistema físico es un agregado de objetos o entidades materiales entre cuyas partes no existe una conexión o interacción. c) Un sistema físico no es un agregado de objetos o entidades materiales entre cuyas partes no existe una conexión o interacción o un modelo matemático de tipo causal. 3. Qué es una proporción directa? Cuando dos cantidades varían de tal modo que si una aumenta la otra también aumenta, o bien que si una disminuye la otra también disminuye, se dice que varían en forma directamente proporcional. 4. Qué es una proporción inversa? Cuando dos cantidades varían de tal modo que si una aumenta la otra disminuye, o bien que si una disminuye la otra aumenta, se dice que varían en forma directamente proporcional. 5. Qué dimensiones tienen las razones trigonométricas? Carecen de dimensiones por tratarse, en todos los casos, de cocientes entre longitudes. Por ejemplo, la función seno cumple la condición dicha, ya que sin φ = y, dónde y es la r ordenada y r el radio correspondiente. 6. Sabemos que el número π representa el cociente entre la longitud de una circunferencia y su diámetro, Qué dimensiones tiene el número π? Al tratarse de un cociente entre dos longitudes, carece de dimensiones. 7. Coméntese la frase: En un producto o en un cociente todos los factores deben ser homogéneos. Es cierta o falsa. Es totalmente falsa, ya que la homogeneidad de términos sólo se exige en la suma o en la diferencia. Téngase en cuenta que precisamente todas las expresiones físicas simples (trabajo, potencia, presión, etc.) son productos o cocientes de magnitudes distintas, y por tanto, no homogéneas al no tener las mismas dimensiones. 8. La Vía Láctea contiene alrededor de estrellas. Se estima que el 1 % de estas estrellas posee un planeta de condiciones semejantes a las de la tierra con posibilidades de albergar

3 seres vivos. Teniendo en cuenta que se conocen 10 8 galaxias, cuántos planetas existen en condiciones habitables en el universo? El 1 % de es 10 9, porque = 109. Por tanto, existen 10 9 x10 8 =10 17 planetas de condiciones habitables. 9. Indicar de la siguiente relación cuáles son magnitudes escalares y cuáles vectoriales: peso, masa, fuerza, presión, velocidad angular, potencia, trabajo, aceleración. Son magnitudes escalares: la masa, ya que como cantidad de materia queda definida con sólo su valor; la presión, por ser relación entre el vector fuerza y la superficie sobre la que se aplica; el trabajo, que por definición es el producto escalar de los vectores fuerza y desplazamiento, y la potencia, como el trabajo en la unidad de tiempo. Son magnitudes vectoriales: el peso, o fuerza de atracción de la Tierra sobre los cuerpos, y por tanto, de dirección vertical y sentido hacia el centro de la Tierra; la fuerza, ya que siempre debe conocerse su dirección y sentido; la velocidad angular, ya que, por convenio, las rotaciones se representan por dicho vector normal al plano de giro, y la aceleración, puesto que su definición, como derivada del vector velocidad respecto al tiempo, conduce a una magnitud igualmente vectorial. 10. Los carteles de tráfico que indican dirección prohibida tienen el mismo significado que utilizaríamos en Física en una expresión similar? Explicar la respuesta. No, porque en Física ello supondría que en esa calle no se puede circular en absoluto, y lo que la señal de tráfico realmente indica es que dicha dirección está prohibido recorrerla en uno de sus sentidos. 11. Cuatro vectores se suman conjuntamente dando una resultante nula. Es posible que tres de estos vectores estén en el mismo plano y el cuarto pertenezca a un plano distinto? No, porque la resultante de los tres primeros estaría en el mismo plano (o sería nula) y sumada con el cuarto vector situado en un plano distinto, nunca daría una resultante nula. 12. Por qué la masa es una magnitud escalar y el peso es un vector? La masa no tiene dirección. El peso, en cambio, está dirigido siempre hacia el centro de la Tierra. 13. El velocímetro de un automóvil mide una magnitud escalar o una magnitud vectorial. El velocímetro mide la magnitud de la velocidad, o sea la rapidez en km/h y la rapidez carece de dirección y sentido, es decir mide una magnitud escalar. 14. Qué es cinemática? Escoger el inciso correcto. a) Es la parte de la mecánica clásica que estudia el movimiento de los cuerpos o partículas considerando las causas que lo producen o modifican; es decir relaciona las características cinemáticas con las fuerzas que en el actúan. b) Es la parte de la mecánica clásica que estudia el movimiento de los cuerpos sin importar las causas que lo originan. c) Es la parte de la mecánica clásica que estudia el equilibrio de los cuerpos.

4 15. Cómo se define la inercia? Es la tendencia de un objeto para mantener su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme. 16. Sabemos que el movimiento rectilíneo uniforme (MRU) es cuando un móvil describe una trayectoria recta, y es uniforme cuando su velocidad es constante en el tiempo, dado que su aceleración es nula. Es decir, en este movimiento el cuerpo que se mueve o móvil, recorre espacios iguales en tiempos iguales. Con base en la definición de MRU, indicar el inciso correcto de la gráfica que corresponde a distancia contra tiempo, (d Vs t). Respuesta correcta inciso a)

5 17. Un auto en MRU, recorre, los siguientes puntos: A, B, C, D. Se indica la distancia y el tiempo. A 60 km en 1 h B 120 km en 2h C 180 km en 3h D 240 km en 4 h a) Trazar la gráfica distancia contra tiempo (d Vs t) b) Con base en la gráfica del inciso anterior, calcular la velocidad del auto, sabiendo que la velocidad se define de la siguiente manera: V = Δd Δt Podemos escoger dos puntos cualesquiera para calcular Δd = d 2 d 1. Por ejemplo el punto A y B. Δd = = 60 km Para calcular el tiempo en base a los puntos A y B, se tiene Δt = t 2 t 1. Haciendo el cálculo tenemos lo siguiente: Δt = 2 1 = 1 h Calculando la velocidad: V = Δd 60 km = Δt 1 h = 60 km h c) Con el resultado anterior, es decir, con V = 60 km, elabore la gráfica velocidad h contra tiempo, (V Vs t).

6 18. Consideremos un automóvil cuyo velocímetro indica, en cierto instante, una velocidad de 30 km/h. Si 1 s después, la indicación del velocímetro cambia a 35 km/h, podemos decir que su velocidad vario 5 km/h en 1 s. En otras palabras, el auto recibió una aceleración. El concepto de aceleración siempre se relaciona con un cambio en la velocidad en la unidad de tiempo. Considerando lo anterior, escribir la expresión que define la aceleración. a = ΔV Δt 19. Supongamos que un automóvil tiene una velocidad V 1 = 10 m, y que después de 12 s s ( t = 12 s), la velocidad es V 2 = 70 m. Cuál es la aceleración del cuerpo? s Empleando la ecuación a = ΔV Δt = V 2 V 1 = 70 m s 10 m s Δt 12 s = 60 m s 12 s = Sabemos que el movimiento rectilíneo uniforme acelerado o variado (MRUA) es cuando un móvil se desplaza sobre una trayectoria recta estando sometido a una aceleración constante. Con base en la definición de MRUA, indicar el inciso correcto de la gráfica que corresponde a aceleración contra tiempo, (a Vs t). Respuesta correcta inciso c) m s s

7 21. El tiro vertical es un caso de movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), además, sabemos que la partícula, al ir subiendo experimenta una desaceleración, indicar cuánto vale la velocidad de dicha partícula cuando la altura es máxima. La velocidad cuando la partícula alcanza la altura máxima, es cero. 22. Un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba con velocidad inicial V 0, después de caer durante cierto tiempo t y haber recorrido una distancia 23. El ejemplo más sencillo de MRUA, lo constituye un cuerpo que cae a la tierra. Prescindiendo de la resistencia del aire, se encuentra que todos los cuerpos, independientemente de su tamaño o peso, caen con la misma aceleración en un mismo lugar de la superficie terrestre, y si la distancia recorrida no es demasiado grande, la aceleración permanece constante durante la caída. Con la explicación anterior escribir como se llama este tipo de movimiento. Este movimiento idealizado se denomina caída libre. 24. El tiro parabólico puede ser analizado como la composición de dos movimientos, indicar cuáles son. a) Movimiento rectilíneo uniforme (MRU), en el eje horizontal Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), en el eje vertical b) Movimiento circular uniforme, en el eje horizontal Movimiento circular uniformemente acelerado, en el eje vertical c) Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA), en el eje horizontal Movimiento rectilíneo uniforme (MRU), en el eje vertical 25. Todo movimiento rectilíneo uniforme (MRU) debe iniciarse desde el reposo. Indicar si es cierto o falso. Falso. De acuerdo a la 1ª ley de Newton, toda partícula permanece en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme cuando no hay una fuerza neta que actúe sobre el cuerpo. Esta es una situación ideal, ya que siempre existen fuerzas que tienden a alterar el movimiento de las partículas. El movimiento es inherente que va relacionado y podemos decir que forma parte de la materia misma.

8 26. En todo movimiento uniformemente acelerado (MRUA), la aceleración siempre tiene la dirección y el sentido de la velocidad. Indicar si es cierto o falso. Falso. Cuando un objeto en este caso un automóvil disminuye su velocidad, a veces se dice que está desacelerando. Pero hay que ser cuidadosos: desaceleración no significa necesariamente que la aceleración sea negativa. Tomando el eje x positivo, para los dos casos. Para un objeto que se mueve hacia la derecha, y frena, la aceleración es negativa. Pero el mismo automóvil que se mueve hacia la izquierda, y frena, tiene aceleración positiva que apunta hacia la derecha. Siempre que la magnitud de la velocidad (rapidez) disminuye, existe desaceleración, y entonces la velocidad y la aceleración apuntan en direcciones opuestas. 27. Al lanzar un objeto verticalmente hacia arriba, cuando éste sube, su aceleración está dirigida hacia arriba; cuando se detiene es nula y cuando baja está dirigida hacia abajo. Indicar si es cierto o falso. Falso. Ya que cuando el objeto va subiendo, existe una desaceleración, o movimiento retardado, en este caso la aceleración es opuesta a la velocidad; cuando está en el punto más alto, la aceleración sigue manteniendo el mismo valor, como en cualquier punto a lo largo de la trayectoria. Cuando el objeto va cayendo el movimiento es acelerado y por tanto el valor de la aceleración es positiva. 28. Cuando un automóvil se desplaza acorde con un movimiento rectilíneo uniforme (MRU) y frena, se desacelera; por otra parte, si incrementa su rapidez su aceleración es positiva. Indicar si es cierto o falso. Falso Ya que si se trata de un MRU la aceleración es cero, debido a que su velocidad es constante. 29. El movimiento circular uniforme (MCU) es un movimiento de trayectoria circular en el que la magnitud de la velocidad angular es constante (ω = cte). Esto implica que describe ángulos iguales en tiempos iguales. En él, el vector velocidad no cambia de módulo pero sí de dirección (es tangente en cada punto a la trayectoria). Esto quiere decir que no tiene aceleración tangencial ni aceleración angular, aunque sí aceleración normal. Con base en la definición anterior, es realmente uniforme, el movimiento circular uniforme. No, porque el vector velocidad aún siendo de modulo constante, varía de dirección, ya que ha de conservarse tangente a la trayectoria. Aún cundo la magnitud o valor de la velocidad sea constante, cambia de la dirección del vector V (varía la dirección de la tangente a la curva). Se sabe que cuando cambia la magnitud de la velocidad, existe una aceleración que la caracteriza. De la misma manera, cuando sólo varía la dirección de la velocidad, para caracterizar tal cambio definimos una aceleración que se llama aceleración normal.

9 30. Hacia dónde está dirigida la aceleración normal en el movimiento circular uniforme. La aceleración normal siempre está dirigida hacia el centro de giro, por qué es normal a la velocidad angular. 31. En el movimiento circular uniforme (MCU) cómo es la velocidad angular (ω) con respecto a la trayectoria? La velocidad angular siempre es tangente a la trayectoria y constante. 32. Un movimiento circular uniforme es aquél cuya velocidad angular (ω) es constante, por tanto, la aceleración angular (α), cuánto vale. a) Vale cero b) Vale uno c) Vale dos 33. Indique cual es la gráfica que corresponde a velocidad angular contra tiempo (ω Vs t). Inciso b) 34. Movimiento circular uniformemente variado (MCUV) es un movimiento de trayectoria circular en el que la magnitud de la aceleración angular permanece constante (α = cte). Esto implica que describe ángulos diferentes para intervalos iguales de tiempo. En él, el modulo del vector velocidad angular aumenta o disminuye uniformemente. Cuando ω aumenta se dice que el movimiento circular es acelerado y cuando disminuye es desacelerado o retardado. De acuerdo con la definición de (MCUV), cuál es grafica velocidad angular contra tiempo (ω Vs t)? Inciso b) 35. En el movimiento circular uniformemente variado (MCUV), existen dos vectores; uno llamado aceleración normal y el otro aceleración tangencial, que condición cumplen uno con respecto al otro. Indicar el inciso correcto. a) Son paralelos b) Son perpendiculares c) Ninguna de las dos

10 36. Escoja el inciso correcto para la Primera Ley de Newton. a) Siempre que una fuerza no equilibrada actúe sobre un cuerpo, se produce una aceleración en la dirección de la fuerza que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo. b) Todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actúen sobre él. c) Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, éste reacciona sobre A con una fuerza de la misma magnitud, misma dirección y de sentido contrario. 37. Un autobús escolar frena bruscamente y todas las mochilas en el piso comienzan a moverse hacia adelante. Qué provoca que esto suceda? a) La masa b) El peso c) La inercia 38. Sobre un bloque colocado en una mesa lisa, actúan las fuerzas mostradas en la figura. i. Cuál es la resultante de tales fuerzas? a) 2 b) 4 c) 0 ii. El bloque está en equilibrio. a) No b) Si c) No se sabe

11 39. Un bloque cuyo peso es de 50 kg f, está sostenido por dos cables verticales. Cada uno de esos cables es capaz de soportar una tensión de 60 kg f, sin que se rompa. Cuál es el valor de la tensión en cada cuerda? a) 50 kg f b) 40 kg f c) 25 kg f 40. Escoja el inciso correcto para la Segunda Ley de Newton. a) Todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actúen sobre él. b) Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, éste reacciona sobre A con una fuerza de la misma magnitud, misma dirección y de sentido contrario. c) Siempre que una fuerza no equilibrada actúe sobre un cuerpo, se produce una aceleración en la dirección de la fuerza que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo. 41. La inercia, en Física significa resistencia a cambiar de velocidad. No significa resistencia a la continuación del movimiento, o a la tendencia a llegar al reposo. La inercia está íntimamente ligada con otro concepto en Física, indicar cuál de los incisos es el correcto. a) Peso b) Gravedad c) Masa 42. Partiendo de la Segunda Ley de Newton: a = F m. Leer cuidadosamente el siguiente párrafo, y basándose en la igualdad del párrafo anterior, indicar el inciso correcto. Siempre que la masa permanezca constante (invariable), un aumento en la fuerza aplicada, resultará en un aumento similar de la aceleración producida. Por otro lado, si la fuerza permanece sin cambio (constante), un aumento en la masa del cuerpo resulta en una proporcional de la aceleración. a) Aumento b) Constante c) Disminución

12 43. Un cuerpo de masa m = 2 kg, se desplaza con una aceleración a = 6 m s 2. Cuál es el valor de la resultante, de las fuerzas que actúan el cuerpo? a) 11 N b) 14 N c) 12 N R = F = ma 44. Si una fuerza resultante R = 10 kg f actúa en un cuerpo, produciendo en él, una aceleración, a = 2 m s 2 Cuál es la masa del cuerpo? R = F = ma a) 5 kg b) 49 kg c) 20 kg 45. Estime la fuerza neta necesaria para acelerar: Considere g = 10 m s 2 Recuerde que: F = ma i. Un auto de m = 1000 kg a 1 2 = g a) 50 N b) 5000 N c) 500 N ii. Una manzana de m = 200 g a la misma tasa. a) 1 N b) 10 N c) 100 N 46. Escoja el inciso correcto para la Tercera Ley de Newton. a) Siempre que una fuerza no equilibrada actúe sobre un cuerpo, se produce una aceleración en la dirección de la fuerza que es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a la masa del cuerpo. b) Todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme, a menos que sea obligado a cambiar ese estado por fuerzas que actúen sobre él. c) Cuando un cuerpo A ejerce una fuerza sobre un cuerpo B, éste reacciona sobre A con una fuerza de la misma magnitud, misma dirección y de sentido contrario.

13 47. Para el siguiente ejemplo colocar las fuerzas de acción y reacción. Escoja el inciso correcto. a) La flecha verde, representa la fuerza que ejerce la pared sobre el hombre, y la flecha roja, representa la fuerza que ejerce el hombre sobre la pared. b) La flecha roja, representa la fuerza que ejerce la pared sobre el hombre, y la flecha verde, representa la fuerza que ejerce el hombre sobre la pared. c) Ninguna de las dos. 48. Para el siguiente ejemplo colocar las fuerzas de acción y reacción. Escoja el inciso correcto. a) Ninguna de las dos. b) La fuerza que va para abajo, es la fuerza que el clavo ejerce sobre el martillo, y la fuerza que va para arriba, es la fuerza que el martillo ejerce sobre el clavo. c) La fuerza que va para abajo, es la fuerza que el martillo ejerce sobre el clavo, y la fuerza que va para arriba, es la fuerza que el clavo ejerce sobre el martillo. 49. Por qué en la Tercera ley de Newton, las fuerzas que actúan y las que reaccionan, aunque son iguales en magnitud y dirección, pero opuestas en sentido, nunca se neutralizan. Escoger el inciso correcto: a) Porque actúan sobre el mismo cuerpo b) Porque actúan sobre cuerpos diferentes c) Ninguna de las dos

14 50. Sabiendo que el trabajo se define de la siguiente manera, T = F cos θ d indicar cuáles son sus unidades en el SI. a) Joule b) Watt c) N 51. En la definición de Trabajo tenemos dos magnitudes vectoriales; fuerza y desplazamiento, sin embargo, por qué el trabajo es una magnitud escalar? Porque intervienen únicamente las magnitudes de dichas cantidades, es por eso que el trabajo es una magnitud escalar. 52. Sabiendo que T = F cos θ d como influye el ángulo θ. Por ejemplo una fuerza perpendicular al desplazamiento, está realizando trabajo? a) Positivo b) Negativo c) Nulo 53. La potencia se expresa como el cociente del trabajo (T) efectuado entre el tiempo empleado (t) en realizar dicho trabajo. Con la definición anterior, indicar la unidad en el SI, en que se mide la potencia. a) Joule b) Newton c) Watt 54. Por la definición de potencia P = T, cuanto menor sea el tiempo empleado por una t máquina en efectuar cierto trabajo. Cómo será la potencia? a) Menor b) Mayor c) Igual 55. Se levanta una carga de masa m = 40 kg a una altura de 25 m. Si esta operación toma 1 min. Encuéntrese la potencia requerida. Calculamos la fuerza F, de la siguiente manera. F = W Sabemos que el peso es una fuerza, entonces. F = mg Sustituimos valores. F = (40 kg) (9.8 m s2) = 392 N En seguida calculamos el trabajo T. T = (392 N)(25 m) = 9800 J Sabemos que 1 min = 60 s Finalmente calculamos la potencia P. P = T 9800 J = = 163 W t 60 s

15 56. Qué es la energía cinética? a) Es la energía que resulta de la posición de un objeto con respecto a la Tierra. b) Es la capacidad de realizar trabajo como resultado del movimiento. c) Es la capacidad de realizar trabajo como resultado del movimiento y la posición. 57. Qué es la energía potencial? a) Es la capacidad de realizar trabajo como resultado del movimiento y la posición. b) Es la capacidad de realizar trabajo como resultado del movimiento. c) Es la energía que resulta de la posición de un objeto con respecto a la Tierra.