PSI Física Basada en Álgebra Fluidos Problemas Densidad y Gravedad específica 1. Cuál es la densidad de un bloque de aluminio cuya masa es de 4050 kg y su volumen es de 1.5 m 3? 2. Cuál es la masa de un bloque de hielo de forma rectangular cuyas dimensiones son 0.04m 0.05m 0.03 m si la densidad del hielo es de 917 kg/m 3? 3. Cuál es el volumen de una tabla de madera de 0.6 kg de masa y una densidad de 900kg/m 3? 4. Un bloque de hierro tiene una masa de 175.5 kg y su volumen es de 0.0225 m 3. Cuál es su densidad? 5. La densidad del cobre es de 8900 kg/m 3. Cuál es la gravedad específica del cobre? 6. Un ladrillo de concreto cuyas dimensiones son 0.8 0.3 0.2 m 3 tiene una densidad de 2300 kg/m 3. Cuál es su masa? 7. La densidad del mercurio es 13600 kg/m 3. Cuál debería ser el volumen de un recipiente para almacenar 4 kg de mercurio? 8. Un vaso de precipitados de 500-mL (0.0005m 3 ) tiene una masa de 250 g cuando se encuentra vacío y cuando es llenado con un líquido desconocido pesa 645 g. Cuál es la densidad del líquido desconocido? 9. Cuál es la masa aproximada del aire que se encuentra en el laboratorio de física cuyas dimensiones son 6.5 4.2 3.0 m 3 si la densidad del aire es 1.29 kg/m 3? 10. Un líquido tiene densidad específica de 0.68. Cuál es la densidad del líquido? Presión 11. Una fuerza de 150 N es aplicada a una superficie de 0.2 m 2. Cuál es la presión debido a esta fuerza? 12. Un cilindro de aluminio con un área de sección transversal de 0.07 m 2 se ubica verticalmente sobre una mesa. Cuál es el peso del cilindro si ejerce una presión de 1400 Pa de presión sobre la mesa? 13. Cuál es el área cubierta por un objeto de 49 N que ejerce una presión de 1.200 Pa? 14. Un bloque de madera de 100 N tiene dimensiones de of 0.5 m 0.4 m 0.1 m. Cuál es la máxima presión que ejerce el bloque sobre el suelo? 15. Un muchacho de 750 N permanece sobre raquetas de nieve. Cada raqueta de nieve tiene un área de 0.125 m 2. Cuál es la presión ejercida sobre la nieve? 16. Una fuerza de 600 N es aplicada a un área de 0.15 m 2. Cuál es la presión debido a esta fuerza? 17. Un cilindro de cobre con un área de sección transversal de 0.034 m 2 se ubica verticalmente sobre una mesa. Cuál es el peso del cilindro si éste ejerce una presión de 800 Pa de presión sobre la mesa? 18. Cuál es el área cubierta por un objeto de 168 N que ejerce una presión de 8.200 Pa? 19. Un bloque de metal de 600 N tiene dimensiones de 0.3 m 0.25 m 0.1 m. Cuál es la mínima presión que el bloque puede ejercer sobre el piso? 20. Una superficie de contacto entre un vagón de tren y un riel de ferrocarril es 0,0025 m2. Qué presión ejerce el vagón sobre los rieles si su masa es de 30.000 kg?
Presión y Principio de Pascal 21. Un vaso de 10 cm de alto se llena con agua (densidad 1000 kg/m 3 ). Cuál es la presión que ejerce el agua en el fondo del vaso? 22. Un buzo puede soportar una presión máxima de 3 10 5 Pa. Cuál es la profundidad máxima que puede alcanzar en el agua de mar (densidad 1025 kg/m 3 )? 23. Se llena una probeta con mercurio (densidad 13,600 kg/m 3 ). La distancia entre la superficie de mercurio y el fondo de la probeta es de 25 cm. Cuál es la presión del mercurio al fondo de la probeta? 24. Una campana de buceo puede soportar una presión máxima de 2.5 10 6 Pa. Cuál es la profundidad máxima que puede alcanzar la campana en el agua de mar (densidad 1025 kg/m 3 )? 25. Una ventana circular en un submarino tiene un diámetro de 40 cm. La ventana puede soportar una fuerza máxima de 5.6 10 5 N. Cuál es la máxima profundidad en el mar (densidad 1025 kg/m 3 ) a la que el submarino puede sumergirse sin que la ventana se rompa? 26. Cuál es la presión absoluta si la presión manométrica es de 100 kpa? 27. Cuál es la presión manométrica si la presión absoluta es de 400 kpa? 28. Cuál es la presión absoluta 2.5 m por debajo de la superficie de mar (densidad 1025 kg/m 3 )? 29. Una fuerza de 400 N es aplicada al pistón pequeño de una máquina hidráulica. El área del pistón pequeño es 4 cm 2 y el área del pistón más grande es 36 cm 2? Cuál es la máxima fuerza que puede soportar el pistón más grande? 30. El pistón más grande una máquina hidráulica tiene un área de 120 cm 2 soporta una objeto que tiene un peso de 10,000 N. Cuál es la fuerza aplicada al pistón pequeño que tiene un área de 30 cm 2? 31. Cuál es la presión manométrica al fondo de una piscina de 1.9 m de profundidad? (densidad del agua 1000 kg/m 3 ) 32. La presión manométrica en las Fosas de las Marianas es de 1.2 10 8 Pa. Cuál es la distancia entre la superficie del océano y el fondo de las Fosas? (suponiendo que la densidad del agua permanece constante 1025 kg/m 3 ) 33. Qué presión manométrica debe bombear una bomba de agua para llevar agua a la parte más alta de un edificio que tiene 381 m de alto? (densidad del agua 1000 kg/m 3 ) 34. Cuál es la profundidad de un lago si la presión manométrica en el fondo es de 1 10 5 Pa? (densidad del agua 1000 kg/m 3 ) 35. El fondo de una piscina tiene un área de 20 m 2 y se llena con agua (densidad 1000 kg/m 3 ) hasta una altura de 2 m. Cuál es la fuerza en el fondo de la piscina aplicada por el agua? 36. La escotilla de una campana de buceo tiene forma circular con un diámetro de 1.6 m. La escotilla puede soportar una fuerza máxima de 4.8 10 5 N. Cuál es la profundidad máxima a la que debe llegar en el lago (densidad 1000 kg/m 3 ) para que la campana no se destruya? 37. Cuál es la presión absoluta si la presión manométrica es de 3.2 atm? 38. Cuál es la presión manométrica si la presión absoluta es 321 atm? 39. Cuál es la presión absoluta 1.8 m por debajo de la superficie de un lago (densidad 1000 kg/m 3 )? 40. El pistón pequeño de un elevador hidráulico tiene un área de 6 cm 2 y el pistón más grande tiene un área de 54 cm 2. Se aplica una fuerza de 50 N al pistón pequeño. Cuál es el peso de la carga que puede levantar el pistón más grande? 41. El pistón pequeño de un elevador hidráulico tiene un área de 25 cm 2 y el pistón más grande tiene un área de 625 cm 2. Qué fuerza deberá ser aplicada al pistón pequeño para levantar un auto que pesa 14,000 N?
Flotabilidad y Principio de Arquímedes 42. Un objeto metálico pesa 50 N en el aire y pesa 40 N en el agua. Cuál es la fuerza de flotación del agua? 43. Un objeto tiene un volumen de 1.8 m 3. Cuál es la fuerza de flotación sobre el objeto cuando es completamente sumergido en el agua (densidad 1000 kg/m 3 )? 44. Un objeto tiene un volumen de 4.5 m 3 y pesa 50,000 N. Cuál será su peso en el agua (densidad 1000 kg/m 3 )? 45. Si la densidad del hierro es 7800 kg/ 3, Cuál es la fuerza de flotación sobre un bloque de hierro de 234 kg en el agua (densidad 1000 kg/m 3 )? 46. Un objeto de 1500 N flota en el agua. Cuál es el peso del agua desplazada? 47. Un témpano de hielo de 30,000 N flota en agua de mar (densidad 1025 kg/m 3 ). Cuál es el volumen sumergido del témpano? 48. Un bloque de madera flota en el agua con la mitad de su volumen sobre la superficie. Cuál es la densidad de la madera? 49. Un témpano de hielo de forma rectangular tiene un área de 40 m 2 y 0.1 m de grosor. Cuál es la máxima masa que puede soportar el témpano antes de hundirse de un oso polar? (densidad del hielo 900 kg/m 3, densidad del agua de mar 1025 kg/m 3 ) 50. Un buzo cuyo peso es de 650 N pesa 500 N en el mar. Cuál es la fuerza de flotación del agua de mar? 51. Un objeto tiene un volumen de 3.2 m 3. Cuál es la fuerza de flotación sobre el objeto cuando se sumerge completamente en el mar (densidad 1025 kg/m 3 )? 52. Un objeto tiene un volumen de 3.4 m 3 y su peso es 45,000 N. Cuál será su peso en el agua (densidad 1000 kg/m 3 )? 53. Si la densidad del cobre es 8900 kg/ 3, Cuál es la fuerza de flotación sobre un bloque de cobre de 356 kg en el agua (densidad del agua 1000 kg/m 3 )? 54. Un objeto flota que pesa 2400 N flota en el agua. Cuál es el peso del agua desplazada? 55. Un bloque de madera de 50 N flota en el agua (densidad 1000 kg/m 3 ). Cuál es el volumen sumergido del bloque? 56. Un bloque de madera flota en el agua tres cuartas partes sobre la superficie. Cuál es la densidad de la madera? 57. Un témpano de hielo de forma rectangular tiene un área de 3 m 2 y 1 m de grosor. Cuál es la máxima masa que puede soportar de un oso polar que se sienta en él, antes de que se hunda? (densidad del hielo 900 kg/m 3, densidad del agua de mar 1025 kg/m 3 ) 58. Una balsa de madera tiene forma rectangular y su área es de 36 m 2 y su grosor 0.5 m. Cuál es el número máximo de rescatistas que pueden subirse a la balsa para cruzar el río, si el promedio de peso por persona es de 75 kg? (densidad de la madera 600 kg/m 3, densidad del agua 1000 kg/m 3 )
Dinámica de fluidos 59. El agua fluye a través de un tubo de sección transversal de 2 cm 2 a una velocidad 2.5 m/s. La sección transversal se incrementa a 10 cm 2. Cuál es la velocidad en la sección más ancha del tubo? 60. El agua fluye a través de un tubo que tiene una sección transversal de 16 cm 2 a una velocidad de 12 m/s. La sección transversal disminuye a 4 cm 2. Cuál es la velocidad en la sección estrecha del tubo? 61. El agua fluye a través de un tubo horizontal a una velocidad de 15 m/s y una presión de 4 10 5 Pa. El tubo se ensancha y la velocidad es de 5 m/s. Cuál es la presión en la parte más ancha del tubo? 62. El agua fluye a través de un tubo horizontal a una velocidad de 8 m/s y 3.4 10 5 Pa de presión. El tubo se estrecha y la velocidad aumenta a 16 m/s. Cuál es la presión en la sección más estrecha del tubo? 63. Un recipiente contiene agua a una profundidad de 12 m. Hay un agujero en el fondo del recipiente. A qué velocidad fluirá el agua por el agujero? 64. El agua fluye a través de un tubo que tiene una sección transversal de 3 cm 2 a una velocidad de 36 m/s. El área de sección transversal aumenta a 27 cm 2. Cuál es la velocidad en la sección más ancha del tubo? 65. El agua fluye a través de un tubo que tiene una sección transversal de 48 cm 2 a una velocidad de 6 m/s. El área de la sección transversal disminuye a 12 cm 2. Cuál es la velocidad en la sección más ancha del tubo? 66. El agua fluye por un tubo horizontal a una velocidad de 24 m/s y una presión de 4.2 10 5 Pa. El tubo se ensancha y la velocidad del agua disminuye a 6 m/s. Cuál es la presión en la sección más ancha del tubo? 67. El agua fluye por un tubo horizontal a una velocidad de 14 m/s y una presión de 8.4 10 5 Pa. El tubo se estrecha y la velocidad aumenta a 42 m/s. Cuál es la presión en la sección más estrecha del tubo? 68. Un tanque de agua se llena con agua. Hay un grifo en la pared lateral del tanque 6 m por debajo de la superficie del agua. Cuál será la velocidad del agua cuando se abre el grifo?
Respuestas - Fluidos 1. 2700 kg/m 3 2. 0.055 kg 3. 6.7x10-4 m 3 4. 7800 kg/m 3 5. 8.9 6. 110.4 kg 7. 2.9x10-4 m 3 8. 790 kg/m 3 9. 1057 kg 10. 680 kg/m 3 11. 750 Pa 12. 98 N 13. 0.041 m 3 14. 2500 Pa 15. 3000 Pa 16. 4000 Pa 17. 27.2 N 18. 0.02 m 3 19. 8000 Pa 20. 1.18x10 8 Pa 21. 980 Pa 22. 29.9 m 23. 33320 Pa 24. 248.9 m 25. 443.6 m 26. 201 kpa 27. 299 kpa 28. 1.26x10 5 Pa 29. 3600 N 30. 2500 N 31. 18620 Pa 32. 11946 m 33. 3.7 x 10 6 Pa 34. 10.2 m 35. 392000 N 36. 24.4 m 37. 4.2 atm 38. 320 atm 39. 1.18x10 5 Pa 40. 450 N 41. 560 N 42. 10 N 43. 17640 N 44. 5900 N 45. 294 N 46. 1500 N 47. 2.99 m 3 48. 500 kg/m 3 49. 500 kg 50. 150 N 51. 23144 N 52. 11680 N 53. 356 N 54. 2400 N 55. 0.005 m 3 56. 750 kg/m 3 57. 375 kg 58. 96 personas 59. 0.5 m/s 60. 48 m/s 61. 5x10 5 Pa 62. 2.44x10 5 Pa 63. 15.3 m/s 64. 4 m/s 65. 24 m/s 66. 6.9x10 5 Pa 67. 5.6x10 4 Pa 68. 10.8 m/s