COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE QUERÉTARO Plantel No. 7 El Marqués GUIA DE REGULARIZACIÓN DE FÍSICA II UNIDAD 1

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1 UNIDAD 1 1) INTRODUCCIÓN 1. Investiga y resume los siguientes conceptos: a. HIDRODINÁMICA: b. HIDROSTÁTICA: c. HIDRÁULICA 2. Investiga y resume en qué consiste cada una de las características de los fluidos (viscosidad, tensión superficial, capilaridad, cohesión y adhesión) 3. Investiga y resume qué es la Densidad Absoluta, la Densidad Relativa y el Peso Específico 2) DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO A. En el siguiente recuadro pon el modelo matemático que se utiliza para calcular la densidad y el peso específico: DENSIDAD PESO ESPECIFICO 1. Cuál es la densidad de la gasolina si un volumen de m 3 tiene una masa de 20 kg? 2. Qué volumen ocupan 500g de mercurio si su densidad es de kg/m 3? 3. Cuál es la masa de cuatro litros de sangre considerando que la densidad de la sangre a 25 o C es de kg/m 3?

2 4. La densidad relativa del hierro es de 7.2: a. Cuánto vale su densidad absoluta? b. Cuál es la masa de 100 cm 3 de hierro? 5. Si la densidad absoluta del alcohol es 0.79 g/cm3, contesta: a. Qué volumen ocupará 1 kg de alcohol? b. Cuál será el valor del Peso (W) de dicho volumen de alcohol? c. Cuál es el Peso Específico del alcohol? 3) PRESIÓN, PRESIÓN HIDROSTÁTICA, PRESIÓN ABSOLUTA, PRESIÓN ATMOSFÉRICA. A. Investiga y resume los conceptos de: a. Presión: b. Presión Hidrostática: c. Presión Absoluta: d. Presión Atmosférica:

3 B. En el siguiente recuadro escribe el modelo matemático que se utiliza para calcular lo que se indica: PRESIÓN PRESIÓN HIDROSTÁTICA PRESIÓN ABSOLUTA a. b. 4) PRESIÓN 1. Un acróbata de 65 kg realiza un acto de equilibrio sobre un bastón. El extremo del bastón, en contacto con el piso, tiene un área de 2 cm 2. Determina la presión que el bastón ejerce en estas condiciones, sobre la superficie. 2. Si una persona que pesa 686 N se encuentra de pie sobre una superficie de 50 cm 2, cuál es la presión que ejerce? 3. Calcula la presión en el líquido contenido en una jeringa cuando el doctor aplica una fuerza de 40 N al émbolo de la jeringa, cuyo radio es de 0.6 cm. 4. Un gas a 4 atmósferas de presión se halla en un recipiente cúbico de 0.20 m de lado. Determina la fuerza que ejerce el gas sobre una pared del recipiente cúbico. 5. Raúl tiene dos cubos, uno de aluminio y otro de acero. Si la masa de cada uno de ellos es de 600 g y las densidades absolutas del aluminio y el acero son 2.7 g/cm 3 y 7.8 g/cm 3, respectivamente, contesta lo siguiente: a. Qué volumen ocupan? b. Qué presión ejercen sobre la superficie en que se apoyan? 6. Un buzo está situado a 15 m por debajo del nivel del mar, cuya densidad absoluta es de 1100 kg/m 3. Calcula: a. La presión hidrostática que experimenta el buzo a dicha profundidad. b. La fuerza debido a esa presión. Considera que el área del buzo es de 2.2 m 2 y que la presión es la misma en todos los puntos de su superficie.

4 7. Cuál es la presión hidrostática n el fondo d una alberca que está llena si su profundidad es de 6 m? La densidad absoluto del agua es de 1.08 g/cm En el océano pacífico se encuentra la falla Mariana que tiene una profundidad aproximada de 11,000m. Si la densidad del mar en esa zona es de 1025 kg/m 3 : a. Calcula la presión hidrostática que experimenta un ser vivo a dicha profundidad. b. Calcula la presión absoluta en esas condiciones en atmósferas. 9. Un buzo que se encontraba a una profundidad de 20 m asciende hasta una profundidad de 10 m. Cuál es el cambio de presión que experimenta durante el ascenso? 10. Se pretende bombear agua hasta la azotea de un edificio que tiene 40m de altura, qué presión manométrica se necesita en la tubería de agua que está en la base del edificio para elevar el agua? 11. Qué tan alto subirá el agua por la tubería de un edificio si el manómetro que mide la presión del agua indica que ésta es de Pa al nivel de la superficie? 12. Cuál es la presión total que experimenta un pez en su superficie si se encuentra a una profundidad de 10m? La densidad del agua es de 1025 kg/m 3.

5 5) PRINCIPIOS DE ARQUÍMEDES Y DE PASCAL. A. Investiga y resume el Principio de Pascal. B. Investiga y resume el Principio de Arquímedes C. En el siguiente recuadro escribe el modelo matemático que se utiliza para el principio solicitado: PRINCIPIO DE PASCAL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES D. APLICANDO EL PRINCIPIO DE PASCAL EN LA PRENSA HIDRÁULICA. 1. En una prensa hidráulica, como la que se muestra en la siguiente figura, el pistón mayor en la sección transversal tiene un área A= 200 cm 2, y el área de la sección transversal del pistón pequeño es a = 10 cm 2. Si una fuerza de f=200n se aplica sobre el pistón pequeño, cuál es la fuerza F en el pistón grande? 2. Una prensa hidráulica tiene un émbolo pequeño de 10cm de diámetro y otro grande de 50cm. Qué fuerza se obtendrá en el émbolo grande si al pequeño se le aplica una fuerza f= 20N? 3. Si el émbolo pequeño de una prensa hidráulica tiene un diámetro de 6cm el émbolo grande uno de 60 cm, calcula: a. Qué peso sobre el émbolo pequeño soportará N de un auto sobre el émbolo grande? b. Qué distancia debe desplazarse el émbolo pequeño para que el automóvil se eleve 50 cm en el otro émbolo?

6 E. APLICANDO EL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES. 1. Una piedra se suspende de un dinamómetro. Éste registra una lectura de 8 N en el aire y de 4.6 N cuando la piedra está sumergida en agua. Cuál es el valor del empuje que experimenta la piedra? 2. Un cubo de 10 cm de lado flota en el agua de un estanque, sobresaliendo 2 cm. Calcula: a. El empuje ejercido por el agua sobre el cubo. b. La densidad del cubo. 3. Un objeto pesa 300N en el aire y 225 N dentro del agua. Calcula: a. El empuje ejercido por el agua sobre el cuerpo. b. El volumen del objeto. c. La densidad de cuerpo. 4. Qué fracción del volumen de un trozo de nielo sobresale de la superficie libre del agua cuando flota en agua dulce? La densidad absoluta del cielo es de g/cm 3 y la del agua dulce es de 1 g/cm 3. 6) GASTO Y FLUJO. A. En el siguiente recuadro escribe el modelo matemático que se utiliza para el principio solicitado: GASTO FLUJO B. Ejercicios 1. Através de un tubo de 0.06 m de diámetro fluye agua a una velocidad de 5 m/s, determina: c. El gasto d. El flujo

7 2. En una tubería de 4 cm 2 de sección transversal circula aceite a una velocidad de 3 m/s, cuál es el gasto en m 3 /s? 3. Se encontró que por un tubo cuyo diámetro interno es de 10.0 mm salen 0.02 m 3 de agua en un tiempo de 6s, Cuál es el valor de la velocidad media del agua por el tubo? 7) ECUACION DE LA CONTINUIDAD Y TEOREMA DE TORRICELLI. A. En el siguiente recuadro escribe el modelo matemático que se utiliza de acuerdo a lo solicitado: ECUACIÓN DE LA CONTINUIDAD TEOREMA DE TORRICELLI B. Ejercicios. 1. Por un tubo de 2.5 cm de diámetro fluye agua con una rapidez de 20 cm/s. Si se reduce el diámetro a 1.2 cm, con qué velocidad saldrá el agua? 2. Un acueducto de 30 cm de diámetro interno surte agua a través de una cañería cuyo diámetro interno es de 1 cm. Si la velocidad media en la tubería de la cañería es de 4 cm/s, cuál será el valor de la velocidad en cm/s del acueducto? 3. Una corriente de agua cae verticalmente. En un punto el área de dicha corriente es de 6 cm 2, más abajo su velocidad se triplica, cuánto disminuye el área? 4. Un vaso sanguíneo de radio r se divide en cuatro vasos sanguíneos cada uno de radio r/3. Si la velocidad de la sangre en el más ancho es v, cuál es la velocidad media en cada uno de los vasos estrechos con respecto a la velocidad en el más ancho? 5. Un tanque abierto tiene un orificio de 1.5 cm de radio, que se encuentra a 7m por debajo del nivel del agua contenida en el tanque, con qué magnitud de velocidad saldrá el agua del orificio? (utiliza el teorema de Torricelli)

8 6. Un tanque abierto en su parte superior tiene una abertura de 2 cm de diámetro interior que se encuentra a 4 m por debajo de la superficie del agua contenida en el recipiente. Qué volumen de agua saldrá por minuto a través de dicha abertura? Expresa el resultado en m 3 /min. 8) PRINCIPIO DE BERNOULLI. (1) Investiga y enuncia el principio de Bernoulli. (2) En el siguiente recuadro escribe el modelo matemático que se utiliza en el principio de Bernolli PRINCIPIO DE BERNOULLLI (3) Ejercicios. 1) Una corriente de agua se mueve a una velocidad de 5 m/s a través en un tubo con área transversal de 3 cm 2. El agua desciende gradualmente 8 m, mientras el tubo se incrementa a un área de 7 cm 2. Contesta: cuál es la velocidad del agua en el nivel de abajo? Si la presión en el punto de arriba es de Pa, Cuál es la presión en el punto de abajo? 2. Una tubería horizontal de 0.02 m2 de área en su sección 1 tiene un estrechamiento en la sección 2 con un área de m2. La velocidad del agua en la sección 1 es de 6 m/s a una pr3sión de Pa. Determina: a) La velocidad v 2 en el estrechamiento. La presión P 2 en el estrechamiento (utiliza la ecuación de Bernoulli)

9 UNIDAD 2. CALOR Y TEMPERATURA Conceptos. A. Investiga y resume los conceptos sobre transferencia de calor : a. Conducción: b. Convección: c. Radiación: B. Cuál es la escala de temperatura absoluta y porqué se le conoce así? Temperatura. En el siguiente recuadro escribe el modelo matemático que se utiliza para cambiar de una escala a otra de temperatura: Fahrenheit a Celsius y Celsius a Fahrenheit a. b. Celsius a Kelvin y Kelvin a Celsius a. b. Fahrenheit a Kelvin y Kelvin a Fahrenheit a. b. Ejercicios. 1. En el pronóstico del tiempo escuchamos que la temperatura atmosférica para la ciudad de Los Ángeles será de 104 o F calcula su equivalencia: a. En la escala Celsius b. En la escala Kelvin 2. El antimonio es un metal que se funde a o C, calcula su equivalencia en: a) En la escala Fahrenheit b) En la escala Kelvin 3. El punto de fusión del oro es K, calcula su equivalencia en: a. En la escala Fahrenheit b. En la escala Celsius 4. Una barra de acero se retira de un horno cuando su temperatura es de 450 C, cuál es la temperatura fahrenheit y en Kelvin correspondiente?

10 Dilatación Térmica En el siguiente recuadro pon el modelo matemático que se utiliza para calcular la dilatación de los cuerpos: DILATACIÓN LINEAL DILATACIÓN SUPERFICIAL DILATACIÓN VOLUMÉTRICA Conceptos. Investiga y resume qué es: a. Dilatación lineal b. Dilatación superficial c. Dilatación volumétrica 2) Qué coeficiente se utiliza en: a) Dilatación lineal b) Dilatación superficial c) Dilatación volumétrica C. EJERCICIOS. Aplicando el modelo matemático adecuado resuelve los siguientes problemas. 1) Una varilla de acero tiene una longitud de 2m a 0 ºC. Si su temperatura aumenta a 70 ºC, cuál es su nueva longitud a 70 ºC? (αacero=11 x 10-6 o C -1 ). 2) La longitud de un bat de beisbol de aluminio a una temperatura de 20 C mide 0.84m. Cuando su temperatura se eleva, el bat se dilata m. Determina la temperatura final del bat ( aluminio = C 1 ). 3) Qué incremento de temperatura se requiere para aumentar 0.07 m la longitud de una barra de plomo de 20m de longitud? ( plomo = C 1 ). 4) Una ventana de vidrio tiene las dimensiones siguientes 150cm x 250 cm cuando la temperatura es 10 C. Cuánto aumenta su área cuando la temperatura se eleva a 40 C?

11 5) Una placa acero tiene un hueco circular de 1 cm 2 a 20 C y se requiere introducir un tubo cuya sección transversal tiene un área de cm 2. Hasta qué temperatura debe calentarse la placa para que pase tubo? (αacero=11 x 10-6 o C -1 ). 6) Un cubo de aluminio tiene aristas que miden 20cm a 25 C. Calcula lo siguiente: a. El aumento de la superficie de una de sus caras. b. El aumento del volumen cuando se calienta a 80 C. 7) El tanque de gasolina de un automóvil está completamente lleno cuando la temperatura es de 18 C. Qué volumen de gasolina se derramará del tanque de 40 litros cuando la temperatura se eleve a 40 C? (β gasolina = C 1 ) Supón que el volumen del tanque no varía con el cambio de temperatura. CALOR Conceptos 1) Cómo se define Caloría y BTU? 2) Escribe la definición de Capacidad Calorífica En el siguiente recuadro escribe el modelo matemático que se utiliza para calcular lo que se te solicita: CALOR ESPECIFICO CALOR CEDIDO Y ABSORBIDO CALOR LATENTE Ejercicios de Calor 1) Cuánto calor debe aplicarse a un lingote de hierro de 30 kg para elevar su temperatura de 20 C hasta 1500 C (Ce hierro = cal/g C) 2) Cuánto calor se requiere para calentar 600g de agua 18 a 38 C?

12 3) Cuánto calor pierden 600g de agua cuando pasan de 38 a 18 C? 4) Calcula el valor del calor específico de un cuerpo cuya masa es de 400g y que necesita 90 calorías para elevar su temperatura de 15 C a 18 C. Ejercicios de Calor Latente 5) Calcula la cantidad de calor que se requiere para que 100g de hielo a -30 C pasen a vapor a 130 C.( Lf = 79.7cal/g, Lv = 540 cal/g) 6) Cuánto calor se requiere para fundir 2 kg de hielo a 0 C? (Lf = 79.7cal/g) Ejercicios Calorimetría 7) Un lingote metálico de 0.05 kg se calienta a 200 C y después se deja caer en un vaso de precipitados que contiene 0.4 kg de agua cuya temperatura inicial es de 20 C. Si la temperatura final de equilibrio del sistema mezclado es de 22.4 C, determine el calor específico del metal. 8) En un calorímetro se mezclan 100g de agua a 90 C con 100 g de agua a 15 C. Determina la temperatura de equilibrio de la mezcla. Desprecia el calor que absorbe el calorímetro. 9) En un calorímetro se sumerge una esfera de aluminio de 200g a 100 C en 400g de agua a 10 C. Determina la temperatura de equilibrio. Desprecia el calor absorbido por el calorímetro.

13 10) Un termo contiene 150g de agua a 6 C. Dentro del recipiente se colocan 50g de un metal a 100 C. Después de que se establece el equilibrio, la temperatura del agua y del metal es de 23 C, calcula: a) Cuál es el valor del calor específico de metal n cal/g C? (Considera que no hay pérdidas de calor en el termo) b) Cuánto calor gana el agua? UNIDAD 3. LAS LEYES DE LA ELECTRICIDAD 1) Conceptos. A. Investiga y resume los conceptos sobre electricidad : a. Cómo se define electrostática? b. Cómo se define electrodinámica? c. Cómo se define electricidad? d. Qué es la carga eléctrica? e. Cómo se electrizan los objetos? 1 Enuncia la ley de Coulomb y en el siguiente recuadro anota su modelo matemático: 2 Qué es la permitividad en el vacío y cuál la relativa? LEY DE COULOMB PERMITIVIDAD RELATIVA

14 Aplicando la ley de Coulomb. Fuerza Eléctrica: 1) Determina la fuerza de repulsión entre dos cargas eléctricas de 1 C que se encuetran separadas en el vacío una distancia de 3 m. 2) Dos cargas puntuales de -4 µc y 12 µc se encuentran separadas una distancia de 1 mm en el vacío. Cuál es el valor de la fuerza electrostática entre ellas? 3) Cuál debe ser la separación entre dos cargas eléctricas de 4 µc y 6 µc, si la fuerza de repulsión en el vacío es de N? 4) Dos cargas eléctricas idénticas desconocidas experimentan una fuerza repulsiva de N cuando están separadas en el vacío una distancia de 3 mm. Cuál es el valor de las cargas eléctricas? 5) Dos cargas eléctricas de -2 µc y -4 µc están separadas una distancia de 1 cm: a) Cuál es el valor de la fuerza de repulsión cuando se encuentran en el vacío? b) Cuál es el valor de la fuerza de repulsión cuando se encuentran en aceite, cuya permitividad relativa es de 2.2? 6) La fuerza de atracción entre dos cargas eléctricas que se encuentran en el vacío es de N. Cuál sería el valor de la fuerza de atracción si dichas cargas se encontraran en agua? La permitividad relativa del agua es 81.

15 7) Si Dos cargas eléctricas de 4 pc y 6 µc están separadas 2 mm. Si el medio en que se encuentran es aceite, cuál es el valor de la fuerza de repulsión? 8) Cuál es el valor de la fuerza neta sobre la carga eléctrica q 3 = 2C que se encuentra ubicada entre las cargas eléctricas q 1 = 12 C y q 2 = 10C, como se ilustra en la siguiente figura? Cuál es el valor de la fuerza neta sobre la carga q 2? q 1 = 12 C q 3 = 2C q 2 = 10C

16 9) Tres cargas puntuales iguales de 1 µc se colocan en los vértices de un triángulo equilátero como se muestra en la siguiente figura. a) Cuál es el valor de la fuerza neta sobre q 2? b) Cuál es la dirección de la fuerza neta sobre q 2? q 3 q 1 q 2 2) Campo eléctrico. A. Investiga y resume qué es el Campo eléctrico y cómo se representa: B. Qué es la intensidad del campo eléctrico y cómo se calcula? C. Define el flujo eléctrico.

17 D. En el siguiente recuadro pon el modelo matemático para la Intensidad del campo eléctrico. INTENSIDAD DE CAMPO ELÉCTRICO Aplicando las de ecuaciones para intensidad de campo eléctrico y para la Ley de Gauss: 1) Una carga eléctrica de 10 µc colocada en un punto P en un campo eléctrico experimenta una fuerza hacia la derecha de N Cuál es el valor de la intensidad de campo eléctrico en dicho punto? 2) Una carga eléctrica experimenta una fuerza de N en un punto donde la intensidad de campo eléctrico tiene un valor de 60 N/C. Cuál es el valor de dicha carga eléctrica? 3) En un átomo de helio ionizado en el que se ha retirado un electrón, el electrón restante y el núcleo están separados una distancia media de m. Cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico debido al núcleo (integrado por dos protones) en la localización del electrón? 4) Las moléculas del aire húmedo se ionizan en un campo eléctrico de N/C. Cuál es la magnitud de la fuerza eléctrica sobre un electrón en dicho campo? 5) Cuál es la magnitud de la intensidad del campo eléctrico generado por una carga eléctrica de C a una distancia de ella de 0.1 m en el vacío? 6) Cuál es la magnitud de la carga eléctrica puntual que genera en el vacío una intensidad de campo eléctrico de 400 N/C a una distancia de 0.2 m? 7) Dos cargas eléctricas puntuales q 1 = 6 μc y q 2 = 3 μc se encuentran separadas por una distancia de 20 cm. a) Cuál es la magnitud de la intensidad de campo eléctrico a la mitad de la distancia entre ellas? b) Cuál es la dirección de la intensidad de campo eléctrico resultante en dicho punto?

18 8) En qué punto entre las cargas eléctricas del problema anterior la intensidad del campo eléctrico resultante es cero? 3) Energía potencial eléctrica y potencial eléctrico. E. Investiga y resume qué es la energía potencial F. Qué es el potencial eléctrico, cómo se ilustra? G. En el siguiente recuadro pon el modelo matemático para la calcular la energía potencial eléctrica y para el potencial eléctrico. ENERGÍA POTENCIAL ELÉCTRICA POTENCIAL ELÉCTRICO 9) Cuánto trabajo se requiere para llevar un electrón desde la terminal positiva de una batería de 6 V hasta la terminal negativa? 10) Cuánta energía potencial eléctrica pierde un protón cuando pasa a través de una caída de potencial de 10 kv? 11) Una carga eléctrica de 10 µc está separada 4 cm de otra carga eléctrica de 6 µc se ubica en un punto de un campo eléctrico donde el potencial eléctrico es de 600 V. Cuál será la energía potencial eléctrica de dicho sistema? 12) Un electrón parte del reposo y pasa a través de una elevación de potencial de 80 V. Cuál es su rapidez final? (m e = kg).

19 13) A qué distancia de una carga puntual de 20 µc el potencial eléctrico es de 2000 V? 4) Capacitancia. H. Investiga y resume qué es la Capacitancia: I. Cómo se realiza la conexión de capacitores? J. En el siguiente recuadro pon el modelo matemático para la Intensidad del campo eléctrico. CAPACITANCIA