SEMESTRE B

Transcripción

1 SEMESTRE B Elaborado y/o recopilado por: Rosalía Cecilia Velázquez Pérez 1

2 ÍNDICE Unidad 1 Estados de agregación y sus propiedades 3 Presión en sólidos 3 Densidad 4 Módulo de Young 5 Presión hidrostática 6 Principio de Pascal 6 Principio de Arquímedes 6 Unidad 2 Temperatura y Calor 7 Dilatación 7 Conversiones entre escalas de temperatura 8 Capacidad Calorífica y Calor específico 9 Calor latente 10 Unidad 3 Ondas y Acústica 11 Efecto Doopler 11 Unidad 4 Electricidad 13 Ley de Coulomb 13 Circuitos eléctricos 16 2

3 INTRODUCCIÓN El presente trabajo es una Estrategia de Enseñanza - Aprendizaje, el cual tiene como fin apoyar la labor docente de todos los profesores de la Academia de Física II (Turno Matutino), además de que marca la pauta para homologar el grado de dificultad de los problemas que se implementan con los alumnos, también coadyuva a fomentar el aprendizaje autónomo en los alumnos, ya que está diseñado con el fin de que ellos puedan corroborar los resultados de algunos problemas. Con esto se persigue que sea una actividad de retroalimentación y de Evaluación Formativa. 3

4 UNIDAD 1 ESTADOS DE AGREGACIÓN Y SUS PROPIEDADES. PRESIÓN EN SÓLIDOS 1) Determina la presión que ejerce un libro de 5 N sobre un escritorio cuando se encuentra recargado sobre su área lateral de 0.06m N/m 2 2) Una persona de 60 kg esta parada apoyando totalmente los dos pies sobre el piso, estos cubren un área de 500cm 2. a) Determina la presión que la persona en esa posición ejerce sobre el piso. 12 x 10 3 Pa b) Determina la presión que ejercerá sobre el piso cuando solo apoya un pie. 24 x 10 3 PA c) Con base en el concepto de presión, explica los resultados obtenidos. 3) Se tiene un libro de 27 cm de largo, 20 cm de ancho, 2 cm de grosor y de 750g. a) Determina la presión que ejerce sobre el escritorio cuando se coloca sobre su área mayor. P = Pa b) Determina la presión que ejerce sobre el escritorio cuando se coloca sobre su área media. P = Pa c) Determina la presión que ejerce sobre el escritorio cuando se coloca sobre su área menor. P = Pa 4

5 DENSIDAD 4) Determina la densidad de un cubo de hielo de 3 cm de lado y de 0.025kg de masa. Densidad = 917 kg/m 3 5) Se tiene un cubo de hielo cuya densidad es de g/cm3 y cuyo volumen es de 2.7 x10-5 m 3. Determina el valor de su masa m =25 g 6) Se tiene una barra rectangular dorada, con las siguientes dimensiones 13 cm X 2cm X 3 cm. Qué masa debe tener la barra para asegurar que es de oro puro? 1.5 kg 7) Determinar el volumen que ocupa una bola para demolición de hierro sólido sabiendo que su masa es de 190kg y su densidad de 7800 kg/m 3. V= m 3 8) Calcular la densidad de 1000kg de alcohol, sabiendo que ocupan un volumen de 1.266m 3 Densidad = 790 kg/m 3 9) Determinar la densidad de 1 kg de alcohol, sabiendo que ocupa un volumen de x 10-3 m 3 Densidad =790 kg/m 3 10) Con base en el concepto de densidad, explica los resultados de los ejercicios 8 y 9. 11) Determina el volumen que ocupan kg de mercurio, sabiendo que su densidad es de 13.6 g/cm 3 Densidad = 18.4 cm 3 12) Un tanque de gasolina de un automóvil se llena con 40 litros sabiendo que la densidad de este líquido es de 0.68g/cm 3 a) Determina la masa de los 40 litros de gasolina Masa = 27200g b) Si el tanque se llenara con agua cuál sería el valor de la masa? Masa = 40 kg c) Por qué existe diferencia entre los valores obtenidos? 5

6 MÓDULO DE YOUNG 13) Sobre una barra de acero de 4 m de longitud y 8 x 10-3 m 2 de área de sección transversal, se coloca una carga de 6 x 10 4 N, determina el cambio de longitud que sufre la barra al soportar esta carga. Cambio de longitud = 1.5 x 10-4 m 14) Un alambre de 50 cm de longitud se estira hasta alcanzar una longitud de 50.01cm Calcula la deformación que sufre el material. Deformación= 2 x ) Al escalar un alpinista utiliza una cuerda de nylon de 50 m de largo y 1cm de diámetro para rescatar a un compañero de 90 kg, la cuerda sufre un alargamiento de 1.6m cuando lo sostiene. Calcula el modulo de Young del material de la cuerda. Y = 3.51 x 10 8 Pa 16) El fémur (hueso del muslo) tiene un modulo de Young de 14.5 x 10 9 Pa. Al comprimirse llega a soportar un esfuerzo de 160 x 10 6 Pa sin romperse, calcula: a) La deformación del hueso Deformación = b) Sí este hueso tiene una longitud de 0.5m. Determina el cambio en longitud que presenta el hueso. Cambio en longitud = 5.5mm 17) Un objeto de 500 kg se suspende del extremo de un alambre de metal de 2 m de longitud y 1 mm de diámetro. El alambre se estira 1.4 cm al soportar esta carga, determina: a) El esfuerzo b) La deformación c) El Módulo de Young 6.24 x 10 9 Pa 7 x x Pa 18) Un cable de acero de 18 m de largo se alarga 9 mm cuando se le cuelga una carga de 380 kg en su extremo inferior, considerando que el módulo de Young de este material es de 20 x Pa, calcula: a) El área de sección transversal del cable de acero A = 3.73 x 10-5 m 2 b) Determina el diámetro del alambre d= 6.89 x 10-3 m 6

7 PRESIÓN HIDROSTÁTICA 19) Determina la presión que soporta una persona que nada en el fondo de una alberca de 8 m de profundidad sabiendo que la densidad del agua es de 1g/cm 3 P=78480 Pa Cuál sería el valor de esta presión cuando el hombre se encuentra a 5 m de profundidad? P = Pa 20) Determina la profundidad a la que está sumergida un apersona en el mar, si soporta una presión hidrostática de 399,840 Pa, si se sabe que el agua de mar es de 1,020 kg/m 3 h= 40 m PRINCIPIO DE PASCAL 21) Calcular la fuerza que se debe aplicar en el émbolo menor de una prensa hidráulica cuya área es de 10cm 2, si el émbolo mayor posee un área de 150 cm 2 y recibe una fuerza de 10,500N. f= 700 N 22) Una fuerza de 400N se aplica al pistón pequeño de una prensa hidráulica cuyo diámetro es 4 cm. Cuál deberá ser el área del pistón grande para que pueda levantar una carga de 200kg? A= 6.16 x 10-3 m 2 23) El émbolo mayor de una prensa hidráulica cuyo diámetro es de 50 cm, recibe una fuerza de 4500N, cuando se le aplica al émbolo menor una fuerza de 400N. Calcula el diámetro que deberá tener este émbolo. d= 14.9 cm PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES 24) Una pieza metálica pesa en el aire 19N, se sumerge en el agua y el dinamómetro registra un peso de 17N. Calcula la densidad del metal. 25) Un cuerpo pesa 100N en el aire, reduciéndose su peso a 80N cuando está totalmente sumergido en agua. Calcular: a) El volumen del cuerpo en mililitros. V= 2.03 ml b) La densidad del cuerpo. Densidad= 5.02 kg/m 3 7

8 UNIDAD 2 TEMPERATURA Y CALOR DILATACIÓN 26) Una varilla de aluminio tiene 2 m de longitud a 15 C a que temperatura tendrá que calentarse la varilla para que su longitud sea de 2.01m considerando que el coeficiente lineal del acero es de 22.4 x 10-6 C -1 27) Una vía de ferrocarril de acero tiene una longitud de 30m cuando la temperatura es de 0 C. Cuál es su longitud en un día en que la temperatura es de 40 C?, sabiendo que el coeficiente de dilatación lineal del acero en de 11 x 10-6 / C L f = m 28) Un orificio circular en una placa de acero tiene diámetro de 20 cm a 27 C a que temperatura se tendrá que calentar la placa para que el área del orificio sea de 314cm 2, considera que el coeficiente de dilatación lineal de este material es 1.2x 10-5 C -1 29) Una placa cuadrada de cobre mide 4cm por lado a 20 C se calienta y llega a una temperatura de 120 C. Cuál es el incremento del área de la placa de cobre? sabiendo que su coeficiente de dilatación lineal del cobre -5 C -1 Incremento de área = cm 2 30) Un tanque de gasolina subterráneo contiene 3786 litros de gasolina cuando se encuentra a 54 F, Cuántos litros de gasolina almacenará este tanque un día en que la temperatura es de 90 F? Considera el coeficiente de dilatación volumétrica de la gasolina = 9.6 x 10-4 C -1 31) Un cubo de aluminio sólido tiene un volumen de 1m 3 a 20 C Cuál será la temperatura final a la que debe llevarse el cubo para que su volumen se incremente en 100 cm 3? El coeficiente de dilatación lineal del aluminio -6 C -1 32) Un vaso del laboratorio pyrex se llena totalmente con 200 cm 3 de mercurio a 20 C Cuánto mercurio se derramará si la temperatura del sistema se eleva a 68 C? 8

9 El coeficiente de dilatación volumétrica del mercurio es de 1.8 x 10-4 ºC -1 33) Un tanque de hierro de 200 litros se llena totalmente con gasolina cuando la temperatura es de 38 C, Calcula el volumen libre en el tanque cuando la temperatura desciende a 10 C. Coeficiente de dilatación lineal del hierro = 1.2 x 10-5 ºC -1 Coeficiente de dilatación volumétrica de la gasolina = 9.6 x 10-4 C -1 34) El diámetro en una placa de cobre es de 9cm cuando la temperatura es de 20 C. Determina el diámetro del orificio cuando la placa se calienta a una temperatura de 200 C Coeficiente de dilatación lineal del cobre = 1.7 x 10-5 ºC -1 35) A un matraz de vidrio de un litro se le introducen litros de mercurio cuando la temperatura es de 15 C. Determina la temperatura a la que debe llevarse el sistema para que el recipiente quede totalmente lleno. El coeficiente de dilatación volumétrica del mercurio es de 1.8 x 10-4 ºC -1 El coeficiente de dilatación lineal del vidrio es de 8.5 x 10-6 ºC -1 CONVERSIONES ENTRE ESCALAS DE TEMPERATURA 36) En el desierto se registro una temperatura de 39 C durante el día. A cuántos grados Fahrenheit corresponde? F = ) La temperatura promedio del cuerpo humano es de 37 C. A cuántos grados Kelvin corresponde? K= ) La temperatura de fusión del oro es de 1336 K A cuántos grados centígrados corresponde? C=

10 39) Se calienta agua de 20 C a 80 C. Cuál es el cambio de temperatura en grados centígrados y en grados Fahrenheit? C= 60 F= ) El punto de ebullición del agua es de 373 K A cuántos grados Fahrenheit corresponde? F= 212 CAPACIDAD CALORÍFICA Y CALOR ESPECÍFICO 41) Calcular la cantidad de calor que se debe aplicar a un trozo de plomo de 400g para que eleve su temperatura de 25 C a 100 C sabiendo que el calor específico del plomo es de cal/g C 42) La temperatura inicial de una barra de aluminio de 2 kg es de 20 C determina la temperatura final de la barra si al calentarse recibe 9000cal y considerando que el calor específico del aluminio es de 0.217cal/g C 43) Se calientan balas de cobre a 90 C y se depositan en 160g de agua a 20 C. la temperatura final de la mezcla (balas - agua) es de 25 C a) Determina la masa de las balas considerando el Ce cu = cal/g C y el del agua. m =118 g 44) Al suministrarle 1600 J de calor a una esfera de cobre su temperatura se eleva de 20 C a 70 C determina la masa de la esfera considerando que calor especifico del material es de cal/g C 45) Un trozo de plomo de 400g que se encuentra a 100 C se introduce en un calorímetro de aluminio de 300g el cual contiene 900 g de agua a 17 C. Determina la temperatura de equilibrio del sistema conociendo el Ce Al =0.217cal/g C, el Ce Pb = cal/g C y el Ce agua = 1cal/g C T = C 46) Un tubo de cobre de 400g que se encuentra inicialmente a 200 C se sumerge en un recipiente que contiene 3kg a 20 C determina la temperatura de equilibrio de la mezcla considerando que el Ce Al =0.217cal/g C y el Ce Cu = cal/g C 47) Un trabajador saca un trozo de hierro de 2 kg de un horno y lo coloca en un recipiente de aluminio de 1 kg, que se ha llenado parcialmente con 2 kg de agua. Si la temperatura sube de 21 C a 50 C determina la temperatura inicial que tenía el trozo de hierro considerando que el Ce Fe =0.113cal/g C y el Ce Al = cal/g C Ti= C 10

11 48) Una barra de metal de 335.2g se encuentra a una temperatura de 100 C cuando se introduce en un calorímetro de aluminio de 60 g que contiene 450 g de agua a 23 la temperatura del sistema se equilibra a 26 C Determina el calor específico del metal e identifica de qué metal se trata. 49) Una barra de cobre se encuentra a 315 C y se introduce en un calorímetro de 200g que contienen 0.4 kg de agua a 18 C el sistema se equilibra a 38 C. Determina la masa de la barra considerando que el Ce Cu = cal/g C y Ce Al =0.217cal/g C CALOR LATENTE 50) Determina la cantidad de calor que se requiere suministrar a 250 g de hielo que se encuentran a 20 C para obtener vapor a 125 C, sabiendo que el f hielo = 80 cal/g Ce hielo =0.5 cal/g C vaporización =540 cal/g y Ce vapor =0.48cal/g C 51) Determinar la cantidad de calor que se requiere para transformar 200 g de mercurio que se encuentran en estado sólido a 50 C a vapor de mercurio a 450 C, conociendo que: f Hg =2.8 cal/g punto de fusión es de 39 C Ce Hg =0.033cal/g C vaporización del Hg=71 cal/g punto de ebullición es de 358 C 52) Para un experimento de laboratorio se necesita obtener vapor de plomo a 2000 C, sí la muestra de plomo tiene una masa de 200g y se encuentra a 20 C Determina la cantidad de calor que se requiere para transformarla considerando que el plomo tiene los siguientes valores: punto de fusión C f Pb = 5.85 cal/g Ce Pb = cal/g C punto de ebullición 1750 C vaporización Pb = 208 cal/g 53) Se calentó a 3000 C una barra de oro de 0.4kg que inicialmente se encontraba a 50 C Calcular la cantidad de calor que se requirió para esta transformación, sabiendo: Punto de fusión 1063 C f Au = 15.4cal/g Punto de ebullición 2660 C vaporización = 377cal/g Ce Au = cal/g C 11

12 UNIDAD 3 ONDAS Y ACÚSTICA 54) 4cm Esta figura muestra una onda transversal cuya, frecuencia es de 12 Hz determina: 2cm a) la amplitud b) la longitud de onda c) el período d) la velocidad de propagación 55) El oído humano percibe sonidos en un intervalo de frecuencias que van desde 20Hz a 20,000 Hz. Determina el intervalo de longitudes de onda que percibe si la velocidad del sonido en el aire es de 340m/s 56) Un hombre observa desde su bote en el mar que las olas viajan aproximadamente a 4 m/s con una distancia de 20 m entre cresta y cresta con qué frecuencia chocan las olas en el bote. 57) Un tren que se encuentra estacionado en Buenavista emitiendo un sonido con una frecuencia de 1000 Hz. Una persona viaja en su automóvil con una rapidez de 60 km/h un día en que la velocidad del sonido es de 340 m/s, calcula la frecuencia que escucha la persona cuando: a) Se acerca b) Se aleja 58) Un automovilista hace sonar su bocina a 560Hz mientras se desplaza con una velocidad de 15m/s primero aproximándose a un oyente que se encuentra parado en la esquina de una calle y luego alejándose de él. Considera que la temperatura ese día es de 0 C por lo que la velocidad del sonido es de 331.4m/s Calcula la frecuencia del sonido que escucha el oyente en cada caso. 12

13 59) Una persona dentro de un automóvil que viaja hacia el Oeste a 20m/s emite sonidos mediante una bocina con una frecuencia de 720 Hz. Calcula la frecuencia que escuchará otra persona que viaja en sentido contrario y con una velocidad de 12 m/s, considerando que la velocidad del sonido en ese momento es de 340 m/s. 60) Un niño que viaja hacia el Sur en una bicicleta a 6m/s escucha la sirena de una ambulancia de 600HZ que se acerca hacia él con una velocidad de 20m/s. Determina la frecuencia del sonido que escucha el niño. 13

14 UNIDAD 4 ELECTRICIDAD LEY DE COULOMB 61) Dos cargas q 1 =6 C y q 2 = C se encuentran separadas 6 cm en el aire. Determinar la fuerza eléctrica resultante (magnitud y dirección) sobre una carga q 3 de 4 C que se encuentra colocada exactamente a la mitad entre las cargas q 1 y q 2. 62) Dos cargas q 1 = -3 mc y q 2 = 5 mc se encuentran separadas 3 cm en el aire. Determinar la fuerza eléctrica resultante (magnitud y dirección) sobre una carga q 3 = 2 mc que se encuentra colocada exactamente a la mitad entre las cargas q 1 y q 2 63) Dos cargas eléctricas de -7 C cada una se rechazan con una fuerza eléctrica de 4.4N. a) Calcular la distancia a la que se encuentran las cargas. b) Cuántos electrones posee cada carga? 64) Se tienen dos cargas eléctricas de 2 mc y 4mC separadas por una distancia de 30 cm determina si entre ellas existe una fuerza de atracción o repulsión y cuál es su magnitud. 65) Entre dos cargas eléctricas existe una fuerza de atracción de 0.432N y una separación de 25 cm una de ellas tiene un valor de q 1 = 3 C calcula el valor q 2. 66) Dos cargas eléctricas una q1= 4 C y q2 = 3 C se repelen con una fuerza de 1.71 x10 6 N determina la distancia que existe entre ellas 67) Se tienen tres cargas distribuidas horizontalmente como se muestra en la figura 12 cm 12cm q 1 = 2 C q 3 =4 C q 2 = 8 C Determina la fuerza que ejercen sobre q 1 y q 2 sobre q 3 14

15 68) Una carga q 1 = 2 C recibe una fuerza eléctrica debido a dos cargas q 2 = 7 C y q 3 = 9 C distribuidas como se muestra en la figura, calcular la fuerza eléctrica resultante (magnitud y dirección). q 3 40cm q 1 50cm q 2 69) Determinar la magnitud y la dirección de la fuerza electrostática neta que se ejerce sobre q 1, cuya carga es de 4x10-6 C debido a la acción de dos cargas cuyos valores son q 2 = 6x10-6 C y q 3 = 5x10-6 C, las cuales se encuentran ubicadas como se muestra en la siguiente figura. q 3 70 cm q 1 73 q 2 50 m 70) Los lados de un triángulo equilátero miden 15cm. En los vértices del triángulo hay cargas q 1 = 7 C, q 2 = 8 C y q 3 = 2 C encuentre la magnitud y dirección de la fuerza electrostática neta ejercida sobre la carga q 3 q 1 q 2 q 3 a) Con los datos del problema anterior determina la fuerza ejercida sobre q 1 b) Con los datos del problema 7 calcula la fuerza ejercida sobre q 2 15

16 71) Calcula la fuerza eléctrica que generan las cargas q 1 y q 2 sobre q 3 q 1 =9 C 30cm 58.3 q 2 = 7 C 50cm q 3 = -2 C 72) Determina el valor de la fuerza que ejercen q 1 y q 3 sobre q 2 si se encuentran distribuidas como se muestra en la figura q 2 = 70 C 40cm q 3 = -30 C 30cm q 1 =90 C 73) Encuentra el valor de la fuerza que se ejerce sobre q 1 = 300 C debido a dos cargas q 2 =200 C y q 3 =600 C que se encuentran distribuidas como se muestra en la figura q 1 8cm q 2 9 cm q 3 16

17 74) Calcular el valor del campo eléctrico en el punto P, originado por las cargas q 1 y q 2 4 cm P q1 5 cm q2 Donde q1 = 30 mc y q2 = -50 Mc 17

18 Respuestas problemas impares 1) 83.3 N/m 2 47) ºC 3) Pa 49) g 5) 25 g 51) cal 7) m 3 53) cal 9) 790 kg/m 3 55a) 17m/ciclo 11) 18.4 cm 3 55b).017m/ciclo 13) 1.5 x ) 3.51 x 10 8 Pa 57a) 1049 Hz 57b) 951 Hz 17a) 6.24 x 10 9 Pa b) 7 x ) Hz 19) Pa 61)( 1.6 x 10-4 N, Oeste) 21) 700 N 63a) m 23) 14.9 cm 25a) 2.03 ml b) 5.02 kg/m 3 63b) x electrones 65) 1 x 10 9 C 27) m 67) (1.5 x 10 7 N, Este) 29) cm 2 69) (0.367N, 19.87ºSO) 31) ºC 71) (0.949N, º) 33) litros 73) (0.181N, 62.3ºNO) 35) m 75a) 2.4 A 37) 310 K 75b) 4A 39) 60ºC, 108ºF 45) C 41) 930 cal 43) 118 g 18

19 BIBLIOGRAFÍA Aranzeta, Gutiérrez Carlos. Física II. Editorial Mc Graw Hill.1ª Edición. Pérez, Montiel Héctor. Física General. Grupo Editorial Patria. 1ª Reimpresión Tippens, Paul. Física, conceptos y aplicaciones. Editorial Mc Graw Hill. 7ª Edición. 19