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COLEGIO LOS ROBLES

Guía de Problemas de Física 2010 Nombre y Apellido: (en imprenta) ……………………………………………………………………………………… 4° año

Div: E - H

Fecha: ………………….........................………

Firma del Profesor: ……………………………............................................................................... Los problemas propuestos en esta guía serán resueltos en el pizarrón, por el Ing. Roberto Fratantoni durante el transcurso del año. El alumno deberá copiar la resolución a continuación de los enunciados. Los enunciados fueron copiados del libro Fundamentos de Física Volumen 1 Serway / Vuille – 8° edición.

Este libro es el que usaremos este año 2010. Los problemas no resueltos en clase, por falta de situaciones imprevistas, deberán ser resueltos por los alumnos en sus casas y las dudas se deberán consultar en clase. Es indispensable que cada alumno tenga ésta guía resuelta y completa para aprovechar al máximo las clases de Física. Aquellos alumnos que les interese reforzar la ejercitación, pueden recurrir a la Guía de Problemas de Física 2009, que también fue resulta por mí, el año pasado. La pueden fotocopiar de cualquier alumno del 2009. Capítulos a desarrollar del libro: Cap 1 - Introducción; Sistemas de coordenadas; Trigonometría. Cap 2 - Movimiento en una dimensión Cap 3 - Vectores y mov. en dos dimensiones Cap 4 – Leyes del movimiento Cap 5 - Energía Cap 10 – Física térmica Cap 11 – Energía en procesos térmicos Cap 12 – Leyes de la termodinámica Esta guía se ofrece en forma gratuita, en pdf. Se sugiere imprimir en hojas A4 y luego anillarla

Guia de Fisica 2.4 C110.doc

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COLEGIO LOS ROBLES Programa anual de Física de 1° año (2010) Prof. Ing. Roberto Fratantoni Unidad 1:

Unidades - Cantidades Física – Vectores

Serie de unidades – Conversión de unidades – Cifras significativas –– Notación científica – Magnitudes escalares y vectoriales – Componentes de vectores – Vectores unitarios - Operaciones con vectores – Suma y resta de vectores.

Unidad 2:

Movimiento en Línea Recta

Desplazamiento – Tiempo – Velocidad media e instantánea – Aceleración media e instantánea – Movimiento con aceleración constante – Cuerpos en caída libre.

Unidad 3:

Movimiento en dos y tres dimensiones

Vector posición; vector velocidad; vector aceleración – Movimiento de proyectiles - Unidades

Unidad 4:

Leyes del Movimiento de Newton

Fuerza – Primera ley de Newton - Segunda ley de Newton – Masa y peso - Tercera ley de Newton – Unidades - Diagrama de cuerpo libre - Fuerzas de fricción - Sistemas en equilibrio - Momento de torsión – Condiciones de equilibrio.

Unidad 5:

Trabajo - Energía Mecánica

Trabajo y energía cinética. – Fuerzas conservativas y no conservativas. Energía potencial gravitatoria; energía potencial elástica – Fuerzas conservativas y no conservativas.

Unidad 6:

La energía en el mundo cotidiano

La energía en los distintos campos de la física: energía cinética, potencial. Fuentes energéticas. Ordenes de magnitud y unidades de energía involucradas en distintos procesos (nucleares, eléctricos, térmicos, y mecánicos). Potencia. Ejemplos de procesos de transformación. Noción de trabajo mecánico. El aprovechamiento de la energía a lo largo de la historia. El desarrollo económico-social y la energía.

Unidad 7:

La energía en el Universo Físico

Generación natural de energía. La energía generada en la estrellas. El ciclo p-p (protón- protón) de las estrellas. Fusión y fisión. Radiactividad natural. Energías microscópicas y su aprovechamiento. Energía microscópica: energía hidroeléctrica. Energía eólica. Energía solar. Energía geotérmica. Energía mareomotriz. Energía nuclear. Aceleradores de partículas. Radioterapia.

Unidad 8:

La energía eléctrica

Fuentes de voltaje, pilas. Circuitos eléctricos. Potencia disipada en fuentes y resistencias. Conservación de la energía en circuitos eléctricos. Usos domiciliarios. Consumo domiciliario de distintos artefactos. Ahorro de energía. Transformación de energía mecánica y térmica en energía eléctrica. Centrales hidroeléctricas, nucleares y eólicas. Ubicación en la Argentina. Guia de Fisica 2.4 C110.doc

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COLEGIO LOS ROBLES Unidad 9: La energía térmica: Intercambios de energía Transporte de energía: conducción, convección, radiación. Generación de energía gracias a avances científicos: efecto fotoeléctrico, celdas fotovoltaicas, celdas combustibles. El calentamiento global. Formas de intercambio térmico en seres vivos. Regulación de la temperatura en animales de sangre caliente. Metabolismo basal. Energía y alimentación. Unidad 10:

La energía y la termodinámica:

Energía, calor y trabajo. trabajo. Energía interna, calor y trabajo. Nociones de energía interna. Primer principio de la Termodinámica. Conservación de la energía. Procesos reversibles e irreversibles. Procesos espontáneos, procesos reversibles e irreversibles. Los procesos naturales. Segundo principio de la termodinámica.

Método de desarrollo de las clases de Física: 1°) 2°) 3°) 4°) 5°)

explicación de la teoría en clase. estudiar la teoría en casa con el libro, basándose en los temas dados en clase. resolución de problemas en clase. aclaración de dudas en clase. evaluación escrita en clase.

Cómo estudiar - Conceptos y Principios Primero y más importante, mantenga una actitud positiva hacia la materia. Al igual que aprender un idioma, la física toma tiempo. Quienes se dediquen a estudiar diariamente pueden esperar alcanzar la comprensión, ampliar su mente para estudiar otras materias y triunfar en el curso. Tenga en cuanta que la física es la más fundamental de todas las ciencias naturales. Otros cursos de ciencias que continúan, usarán los mismos principios físicos, así que es importante que entiendan y puedan aplicar los diversos conceptos y teorías que se discuten en el texto recomendado. Usualmente los estudiantes intentan hacer su tarea sin estudiar primero los conceptos básicos. Es esencial que entiendan los conceptos y principios básicos antes de intentar resolver los problemas asignados. Esta meta la puede logar mejor, al leer cuidadosamente el texto antes de asistir a su clase acerca del material tratado. Cuando lea el texto, debe anotar aquellos puntos que no son claros para Ud. Recuerde que para entender, hay que hacer un esfuerzo diligente. Durante las clases, no tome nota de todo lo que dice el profesor como si fuese un dictado, solo escriba las ideas principales. Recuerde que debe estudiar en su casa con el libro y hacer las consultas del tema desarrollado, la clase siguiente. Recuerde que también deberá leer el tema que se va tratar, antes de la clase. No se sabe algo hasta que no se lo practica. El alumno no debe engañarse al pensar que entiende un problema simplemente porque observó cómo se resolvió en clase. Deberá resolverlo por su cuenta cuenta y también resolver resolver problemas similares. similares. El libro tiene también también problemas resueltos que sirven de referencia.


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COLEGIO LOS ROBLES Para resolver un problema, primero deberá leer el ejercicio varias veces hasta que esté seguro que entiende lo que se pregunta. Busque cualquier palabra clase que le ayude a interpretar el problema y que le permita hacer suposiciones correctas. Su habilidad para interpretar una pregunta de manera adecuada es parte integral de la resolución del problema. Segundo: escriba los datos que lee en el enunciado y diga cuales son las incógnitas que debe calcular. Siga el método de resolución que se uso en clase. Lo guiará a ser ordenado y le facilitará la resolución. La materia Física no se compone de compartimentos estancos. Cada vez que pase a un capítulo nuevo, se basa en los conocimientos de los capítulos anteriores.

Tiempo de estudio Como regla general, debe dedicar dos horas de tiempo de estudio por cada hora de clase. Por lo tanto deberá estudiar cuatro horas por semana la materia Física. Si a pesar de las consultas en clase sigue con dificultades, deberá recurrir a algún compañero con más conocimiento que Ud. Piense que aquel que tiene más dificultades en el aprendizaje le deberá dedicar más tiempo a la materia para ser exitoso. Otra recomendación: es preferible estudiar cuatro horas por semana durante un mes que dieciséis horas seguidas, antes de un examen.

Apéndices del libro Recomiendo, muy especialmente, hacer un repaso de matemática, algebra, geometría y trigonometría, leyendo el apéndice “A” que está una página después de la 496.

Nomenclatura Este libro de texto es estadounidense pero impreso en México. Por lo tanto hay que tener en cuenta que cuando aparece un numero, la coma decimal significa el punto de miles y cuando aparece el punto significa que es una coma decimal. Ejemplo si aparece escrito 5,023.51 equivale al número 5.023,51 para el sistema métrico decimal. Claro que en Ciencias, no se usa el punto por lo cual finalmente el número se escribiría así: 5 023,51


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COLEGIO LOS ROBLES VECTORES - CAPÍTULO 1 (Pág. 19 y siguientes) 1-1 – El período de un péndulo simple, definido como el tiempo necesario para una oscilación completa, se mide en unidades de tiempo y se proporciona mediante la ecuación: T 2 l g 

Donde “l” es la longitud del péndulo y ecuación es dimensionalmente correcta.

“g”

la aceleración de gravedad. Muestre que esta

1-7 – Un pescador atrapa dos róbalos rayados, el más pequeño de los dos tiene una longitud de 93,46 cm y el pez más grande tiene una longitud de 135,3 cm. ¿Cuál es la longitud total de los peces?


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COLEGIO LOS ROBLES 1-8 – Una placa rectangular tiene una longitud de (21,3 ± 0,2) cm y un ancho de (9,8 ± 0,1) cm. Calcular el área de la placa y su incertidumbre.

1-10 – La rapidez de la luz se define como 2,997 924 58 x 10 8 m/s. Exprese la rapidez de la luz: (a) con tres cifras significativas. (b) con cinco cifras significativas. (c) con siete cifras significativas. (d) en km/s.


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COLEGIO LOS ROBLES 1-14 – Utilice una calculadora con notación científica con redondeo adecuado, para hallar: (a) el valor de (2,437 x 10 4) (6,521 1 x 10 6) y (b) el valor de (3,141 59 x 10 2) (27,01 x 10 4) / (1 234 x 106)

1-35 – Se ubica un punto en un sistema de coordenadas polares mediante las coordenadas r = 2,5 m y θ = 35°. Hallar lar coordenadas cartesianas “x” e “y” de ese punto, suponiendo que los dos sistemas tienen el mismo origen.


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COLEGIO LOS ROBLES 1-36 – Se selecciona cierta esquina de una habitación como origen de un sistema de coordenadas rectangulares. Si una mosca repta sobre una pared adyacente en un punto que tiene coordenadas (2,0 ; 1,0) m, ¿Cuál es la distancia que hay entre el origen (esquina) y la mosca.

1-37 – Exprese la ubicación de la mosca del problema 36, en coordenadas polares.


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COLEGIO LOS ROBLES 1-39 – Se conocen dos puntos por sus coordenadas polares (r 1 , θ1) = (2,00 m ; 50,0°) y (r 2 , θ2) = (5,00 m ; -50,0°). Calcular la distancia entre ellos.


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COLEGIO LOS ROBLES 1-41 – Para el triángulo que se muestra, calcular: (a) la longitud del lado desconocido, (b) la tangente de θ y (c) el seno de φ?

1-43 – Una fuente se ubica en centro de un estanque circular como se muestra en la figura. Sin mojar sus pies, un estudiante camina alrededor del estanque y mide la circunferencia de 15,0 m. Por medio de un transportador mide el ángulo que hay desde el borde del estanque hasta la parte superior del chorro de agua, y es de 55,0°. ¿Cuál es la altura de la fuente?


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COLEGIO LOS ROBLES CINEMÁTICA - MOVIMIENTOS EN UNA DIMENSIÓN - CAPÍTULO 2 (pág. 49 y siguientes)

Si no se dice lo contrario, desprecie el rozamiento con el aire en todos los ejercicios de cinemática. 2-3 – Una persona viaja en auto, de una ciudad a otra con rapidez constante pero diferente entre las dos ciudades. Esta persona viaja pro 30 min a 80,o km/h, 12,0 min a 100 km/h y 45,0 mina 40,0 km/h y gasta 15,0 min en almorzar y cargar nafta. (a) calcule la rapidez promedio para el viaje. (b) calcule la distancia entre las ciudades.


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COLEGIO LOS ROBLES 2-6 – En la figura se muestra la grafica de pa posición en función del tiempo para un movimiento particular a lo largo del eje “x”. Determine la velocidad promedio en los intervalos de de tiempo: (a) 0 a 2 s ; (b) 0 a 4,00 4,00 s ; (c) 2,00 a 4,00 s ; (d) 4,00 a 7,00 s y (e) 0 a 8,00 s

Foto sacada del Jewett


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COLEGIO LOS ROBLES 2-24 – La gráfica muestra la velocidad en función del tiempo, para un objeto que se mueve sobre una trayectoria recta. (a) Determine la aceleración promedio del objeto durante los intervalos de tiempo, 0 a 5 s; 5,0 a 15 s y 0 a 20 s. (b) determine la aceleración instantánea en 2,0 s; 10 s y 18 s.

Foto sacada del jewett


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COLEGIO LOS ROBLES 2-26 – Un auto viaja hacia el este a 25,0 m/s. (a) si su aceleración es constante y de 0,750 m/s2 hacia el este, determine su velocidad después de 8,50 s. (b) Si su aceleración es constante de 0,750 m/s 2, hacia el oeste, calcular la velocidad después de transcurridos 8,50 s.


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COLEGIO LOS ROBLES 2-45 – Se lanza una pelota verticalmente hacia arriba con una rapidez de 25,0 m/s. (a) ¿a qué altura se eleva? (b) ¿Cuánto tarda en lograr la altura máxima. (c) ¿Cuánto tarda en lograr su punto más alto? (c) ¿Cuánto tarda la pelota en tocar la superficie de la tierra después de que logra su punto mas alto? (d) ¿ cual es su velocidad, cuando llega a tierra?


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COLEGIO LOS ROBLES 2-46 – Se dispara una bala a través de un tablero de 10,0 cm de espesor de tal manera que la línea de movimiento de la bala es perpendicular a la cara del tablero. Si la rapidez inicial de la bala fue de 400 m/s y emerge por el otro lado del tablero con una rapidez de 300 m/s, determine (a) la aceleración de la bala cuando pasa a través del tablero. (b) el tiempo total de la bala en contacto con el tablero.


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COLEGIO LOS ROBLES CINEMÁTICA – MOV. EN DOS DIMENSIONES - CAPÍTULO 3 (pág. 76 y siguientes) 3-1 – El vector A tiene una magnitud de 29 unidades y apunta en dirección “y” positiva. Cuando el vector B se suma al A, el vector resultante A + B apunta en la dirección negativa con una magnitud de 14 unidades. Determine la magnitud y dirección de B.


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3-10 – La magnitud de un vector A es de 35 unidades y si dirección es de 325°, en sentido contrario a las manecillas de un reloj, a contar desde “x” positivo. Calcule las componentes “x” e “y” del vector.

3-20 – (3-31-6) Calcular la fuerza resultante que ejercen estos dos chicos y la fuerza que debería hacer la mula para que no la muevan de su lugar.

Fig. P3-25


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3-24 – Un halcón peregrino es el ave más rápida, volando con una rapidez de 200 millas/h. La naturaleza la ha dotado para lograr tal rapidez colocándole deflectores en su nariz para evitar la entrada de aire y disminuir su velocidad. Además, los ojos de las aves ajustan su enfoque más rápido que los ojos de otras criaturas, de tal modo que el halcón puede concentrase rápidamente en su presa. Considere que un halcón peregrino se mueve horizontalmente con su rapidez máxima a una altura de 100 m sobre la tierra cuando pliega las alas a sus costados e inicia su caída libre. ¿Qué distancia vertical caerá el ave mientras recorre una distancia horizontal de 100m?


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3-45- Veloc. relativa: ¿Cuánto tiempo le toma a un auto viajando en carril izquierdo de una autopista a 60,0 km/h alcanzar a otro auto que viaja en el carril derecho a 40,0 km/h cuando las defensas delanteras de los autos inicialmente estaban separadas 100 m. Considere a los autos como partículas o sea que no debe considerar las dimensiones que tienen.


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3-58- Un jugador de de básquetbol de 2,00 m de altura está de pie a 10,0 m del aro de la canasta. Si lanza la pelota con un ángulo de 40,0° respecto a la horizontal, ¿con qué rapidez inicial debe lanzar la pelota de manera tal que pase a través del aro sin golpear el tablero. La canasta esta a una altura de 3,05 m


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COLEGIO LOS ROBLES LEYES DEL MOVIMIENTO - CAPITULO 4 (Pág. 111 y siguientes) 4-3 – Un objeto se 6,0 kg se somete a una aceleración de 2,0 m/s 2. (a) ¿Cuál es la magnitud de la fuerza resultante que actúa en él? (b) si esta misma fuerza se aplica a un objeto de 4,0 kg, ¿Qué aceleración se produce?


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COLEGIO LOS ROBLES 4-19 – Una pequeña bolsa de cemento de 150 N está soportada por tres cables. Determine la tensión en cada uno de los cables (T 1; T2; y T3). Datos θ1 = 60°; θ2 = 30°.


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COLEGIO LOS ROBLES 4-28 – Dos objetos, m 1 = 10,0 kg y m2 = 5,00 kg, están conectadas mediante una cuerda ligera que pasa por una polea sin fricción. La caja de 5 kg se encuentra sobre el plano inclinado que tiene un ángulo θ = 40,0° con la horizontal. Determine la aceleración del sistema.


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COLEGIO LOS ROBLES 4-53 – Determine la aceleración del sistema si el coeficiente de fricción cinética entre m 2 = 7,00 kg y el plano es de 0,250. m 1 = 12 kg. El ángulo θ = 37°.


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COLEGIO LOS ROBLES TRABAJO - ENERGÍA - CAPÍTULO 5 (pág. 153 y siguientes) 5-1 – Un levantador de pesas levanta un conjunto de pesas de 350 N desde el nivel del suelo hasta una posición sobre su cabeza, una distancia vertical de 2,00 m. ¿Cuánto trabajo hace el levantador de pesas, suponiendo que mueve las pesas con rapidez constante’


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COLEGIO LOS ROBLES 5-5- Partiendo del reposo, un bloque de 5,00 kg se desliza 2,50 m hacia abajo sobre un plano rugoso inclinado 30,0°. El coeficiente de fricción cinética entre el bloque y el plano es μk = 0,436. Determine (a) el trabajo hecho por la fuerza de gravedad. (b) el trabajo que hace la fuerza de fricción entre bloque y el plano inclinado. (c) el trabajo que hace la fuerza normal.


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COLEGIO LOS ROBLES ENERGÍA CINETICA – Cap. 5 5-10 – Una bola de boliche de 7,00 kg se mueve a 3,00 m/s. ¿qué tan rápido debe moverse una pelota de ping-pong de tal manera que las dos tengan la misma energía cinética’


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COLEGIO LOS ROBLES 5-11 – Un objeto de 5,75 kg está inicialmente en movimiento de tal manera que su componente “x” de velocidad es 6,00 m/s y su componente “y” de velocidad es de -2,00 m/s. (a) ¿Cuál es la energía cinética en ese momento? . (b) determine el cambio de energía cinética del objeto si su velocidad cambia de modo que su nueva componente “x” es 8,50 m/s y su nueva componente “y” es 5,00 m/s.


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COLEGIO LOS ROBLES ENERGÍA POTENCIA Y RESORTES CAP. 5 5-19 – Determine la altura desde la que tendría que dejar caer una pelota de tal modo que tuviera una rapidez de 9 m/s justo antes de incida contra el piso.

5-24 – Un pequeño de 3,50 x 10 2 N está en un columpio unido a unas cuerdas de 1,75 m de largo. Determine la energía potencial gravitacional asociada al pequeño relativa a su posición más baja cuando: (a) las cuerdas están horizontales. (b) la cuerda hace un ángulo de 30° con la vertical. (c) el pequeño está en la parte inferior de un arco circular.


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COLEGIO LOS ROBLES SISTEMAS DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA. CAP.5 5-32 – Una saltadora con garrocha de 50 kg salta sobre la barra. Su rapidez, cuando está por encima de la barra es de 1,0 m/s. Ignorando la resistencia del aire, así como cualquier cantidad de energía absorbida por la garrocha, determine su altitud cunado cruza la barra.


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COLEGIO LOS ROBLES 5-47 – Un esquiador parte del reposo en la parte superior de una colina que está inclinada 10,5° con respecto a la horizontal. El flanco de la colina es de 200 m de largo y el coeficiente fricción entre la nieve y el patín es 0,075. En la parte inferior de la colina, la nieve está a nivel y el coeficiente fricción no cambia. ¿Hasta dónde se desliza el esquiador a lo largo de la parte horizontal de la nieve antes de llegar al reposo?


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COLEGIO LOS ROBLES Ídem 73 7.9 (SZ) Una piedra pequeña de 0,20 kg se libera desde el reposo en el punto A, en el borde de un tazón semiesférico de radio R = 0,50 m (ver figura). La piedra se la puede tratar como una particular. El trabajo efectuado por la fricción entre los puntos A y B es de -022 J. ¿Qué rapidez tiene la piedra al llegar a B?


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COLEGIO LOS ROBLES POTENCIA – CAP. 5 5-52 – Mientras una persona corre disipa casi 0,60 J de energía mecánica pro cada paso por kilogramo de masa en el cuerpo. Si una persona de 60 kg desarrolla una potencia de 70 W durante una carrera, ¿qué tan rápido está corriendo la persona?. (Considere un paso de carrera de 1,5 m de longitud)


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