s a t s e u p o r P s a t n u g e Pr
3
Asociación Fondo de Investigadores y Editores
Física Luego, en el recipiente se introduce
Fenómenos térmicos
1.
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se tienen 100 g de agua a 50 ºC y se coloca un bloque de 120 g, cuyo calor específico es 0,5 cal/g׺C a una temperatura de 80 ºC. Si luego de un minuto, se vierte al recipiente un pequeño bloque de 80 g y del mismo material que el anterior y además a su misma temperatura inicial. ¿Cuál será la temperatura de equilibrio? A) 50 ºC B) 30 ºC D) 68,75 ºC
2.
un bloque
C = 0, 2 cal de 2 kg a e g׺C
150 ºC. Determine la cantidad de calor cedida por el bloque hasta que el sistema llegue nuevamente al equilibrio térmico. A) 2 kcal D) 12 kcal 4.
C) 60 ºC E) 65 ºC
En un recipiente de 200 g se tiene 20 g de agua a 10 ºC. Dentro del recipiente se introduce un objeto a 80 ºC y cuyo equivalente en agua es de 90 g. Cuando el agua está a 40 ºC, ¿qué temperatura tiene el objeto?, además el calor específico del recipiente varía con la temperatura según
B) 8 kcal
C) 20 kcal E) 24 kcal
La gráfica nos indica cómo varía la temperatura que experimenta cierta cantidad de agua con respecto al calor suministrado. Determine la cantidad de agua líquida en la composición de la mezcla. Considere todo al nivel del mar. mar. (ºC) T (ºC)
Q(Cal)
800
A) 8 g D) 11 g
2600
8000
B) 9 g
C) 10 g E) 12 g
(Cal /g ºC) C e(Cal /g 5.
0,2 0,1
En la gráfica se muestra la variación de la temperatura respecto al calor absorbido por una sustancia inicialmente sólida. Determine el calor latente de fusión. C e(sustancia sólida)=0,4 cal/g׺C
(ºC) T (ºC)
A) 60 ºC D) 70 ºC 3.
(ºC) T (ºC)
10
0
B) 50 ºC
En un recipiente C e = 0,1
C) 45 ºC E) 55 ºC
a 20 ºC g׺C cal
se hace ingresar 1 L de agua a 80 ºC, notándose que el sistema alcanza una temperatura de equilibrio a 70 ºC. 2
70 Q(Cal)
240
A) 84 cal/g D) 85 cal/g
960
B) 50 cal/g
C) 90 cal/g E) 106 cal/g
Física 6.
En un recipiente térmicamente aislado se ponen en contacto 100 g de vapor de agua, a 100 ºC, con 30 g de hielo, a 0 ºC. Determine Determin e la composición final f inal de la mezcla y desprecie la energía térmica transferida al recipiente y al medio ambiente.
¿Cuál será el cambio en la altura de la columna del líquido cuando el tubo se caliente a 30 ºC? (Desprecie la dilatación del vidrio blíquido=4×10– 5 ºC–1) A) 5 mm B) 0,3 mm C) 15 mm
A) agua: 80 g vapor: 50 g B) hielo: 20 g vapor: 110 g C) agua: 90 g hielo: 40 g D) agua: 70 g vapor: 60 g E) agua: 40 g vapor: 90 g
D) 20 mm E) 0,2 mm 9.
La esfera mostrada pasa con las justas a través de la argolla de metal. Si se calienta la esfera hasta incrementar su temperatura en 20 ºC; determine en cuánto se debe cambiar la temperatura de la argolla para que podamos sacar con las justas a la esfera (aargo=2aesf )
7.
Se muestra una viga de acero de 5 m de longitud y área transversal de A =6×10 =6×10– 3 m2 a 20 ºC. Si su temperatura se eleva hasta 40 ºC, ¿cuánta es la fuerza que ejerce la viga sobre la pared P, si y=2×1011 N/m2 y donde se cumple
F A
=
y∆L L0
.
α = 29 × 10−4 ºC −1 . viga 24 pared P
A) 5 ºC
B) 10 ºC
D) 20 ºC pared B
10.
C) 15 ºC E) 12 ºC
Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones, con res-
5m
pecto a la transferencia de calor. calor. I. La convección es el proceso por el
A) 2×10 4 N B) 29×10 4 N C) 104 N D) 35×104 N E) 29×105 N 8.
En el interior de un tubo de vidrio de 1 m de longitud se encuentra hasta la mitad un líquido a la temperatura de 20 ºC.
cual la energía calorífica se transporta de un sitio a otro por el movimiento de un fluido. II. La radiación es el proceso por el cual la energía se transfiere por medio de ondas electromagnéticas. 3
Física III. Cuando en el interior del cuerpo humano se produce una energía calorífica en exceso, esta se debe transferir a la piel y dispersarse, en caso de que la temperatura interior se mantenga a 37 ºC. Por conducción, suponga que la energía calorífica recorre 3 cm de grasa para llegar a la piel, cuya área total es de 1,7 m 2 y temperatura de 34 ºC, entonces, la cantidad de energía que llega a la piel en media hora es 6,12×104 J. Considere la conductividad térmica de la grasa humana de 0,2 y cuyas unidades están en el SI. A) VVV D) FVV
B) VVF
A) 50 J B) 40 J C) 60 J D) 30 J E) 70 J 13.
Dentro de un cilindro existe un gas ideal tapado por un pistón. Si se le entrega cac alor al sistema, el gas se expande siguiensiguien do el proceso mostrado en la gráfica y alcanza a tener en c una energía interna igual a 60 kJ. ¿Qué cantidad de calor se le entregó al gas desde a hasta c?
El émbolo de 20 cm2 de área se eleva lentamente 0,8 m cuando se le ha suministrado 230 J de calor al gas, ¿cuánta es la variación de la energía interna del gas en este proceso? Patm=105 Pa Pa ( mbloque+ mémbolo=5 kg; g=10 m/s2)
C) VFV E) FFV
Termodinámica
11.
12.
gas
El sistema mostrado en reposo contiene 0,18 kg de un gas ideal el cual es calentado lentamente produciendo un desplazamiento al émbolo liso de masa y capacidad calorífica despreciables, cuya área es de 0,08 m2 ( Patm=105 Pa) Pa) Determine I. La cantidad de trabajo del gas, necesario, para hacer llegar al émbolo a los topes. II. El calor adicional, en kJ, que se necesita para duplicar la presión una vez alcanzados los topes en kJ.
gas : C = 0,717 kJ e kg × K topes
P(bar)
2
a
b
0,5 m
c
0,6
4
3
(m V (m 1
A) 520 kJ B) 680 kJ C) 750 kJ D) 830 kJ E) 700 kJ
Q
3
5
)
T 0=298 K P0=100
kPa
A) 30 kJ; 80 kJ B) 4 kJ; 76,92 kJ C) 69,6 kJ; 133,4 kJ D) 4 kJ; 71,2 kJ E) 50,1 kJ; 128,6 kJ
gas
0,5 m
Física 14.
En el gráfico se muestran dos cilindros lisos de idénticos, uno dispuesto en forma horizontal y el otro verticalmente. En cada cilindro se tienen 6 L de un gas ideal a 27 ºC y están cerrados por émbolos de 5 kg y 25 cm 2 de sección. Además, ambos cilindros reciben ciertas cantidades de calor Q1 y Q2 a presión constante hasta que en ambos casos alcanzan una temperatura de 127 ºC. ( g=10 m/s2)
I. En el proceso 1– 2 el volumen es constante, entonces P2=3 P1. II. En el proceso de 2 – 3 la presión del gas varía. III. T 3=2T 2. A) VVF B) VVV C) VFV
Q1
D) FVV E) FFV gas
gas
Q2 16.
Indique si las siguientes proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F). I. En ambos cilindros, los gases experimentan igual variación en su energía interna. II. En posición vertical, el émbolo incrementa su energía potencial gra vitatoria en 40 J. III. Q2 – Q1=40 J. A) VFF D) VVF 15.
B) VFV
C) FVV E) VVV
Indique la secuencia correcta de veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones, si el diagrama T – V muestra los procesos seguidos por un gas ideal, además se cumple, que
Un gramo de agua presenta un volumen de 1 cm3 a 100 ºC y cuando hierve hier ve a presión atmosférica a nivel del mar se vaporiza generando un volumen de 1671 cm3 de vapor. Determine la variación en su energía interna (1 cal=4,2 J). A) 2100 J
B) 2101 J
D) 2400 J 17.
C) 3020 J E) 3100 J
Una máquina térmica realiza el ciclo termodinámico mostrado, con un gas ideal cuya energía interna en el estado (1) es 100 kJ. Halle su eficiencia térmica. P(kPa)
200
(2)
(3)
V 3=2V 1; T 2=3T 1. 100
T 3
(1)
(4)
4 3
(m V (m 0
5
)
8
2
A) 18,33%
1 O
V
D) 32,42%
B) 23,12%
C) 27,56% E) 36,58% 5
Física 18.
Se muestra la gráfica P vs V para un gas ideal. Determine el rendimiento si, la energía absorbida en un ciclo es de 157,2 kJ.
20. Un motor térmico funciona, según el
ciclo de Carnot, realizando cada 2 s, 80 ciclos termodinámicos con una eficiencia térmica del 25%. Si la compresión isotérmica del gas se efectúa a 27 ºC,
5
P(10
Pa) Pa)
desarrollando este un trabajo de – 450 kJ en dicho ciclo sobre el pistón, indique
B
10
la secuencia correcta de veracidad (V) C
isoterma
o falsedad (F). I. Durante la expansión isotérmica, el
1
gas realiza 600 kJ de trabajo.
A
0,1
0,2
II. El motor desarrolla 6 MW de poten-
3
(m V (m
)
cia neta. III. La energía interna del gas disminuye
A) 50%
B) 20%
durante la compresión adiabática.
C) 25%
D) 55%
E) 75% A) FVF
19.
Las máquinas mostradas en la gráfica realizan el ciclo de Carnot, de tal modo que las eficiencias de las máquinas A y B están en relación de 2 a 3. Si la máquina B logra recibir 3 kJ de energía calorífica en cada ciclo, ¿qué cantidad de trabajo realiza la máquina A en cada ciclo?
B) VFV
D) VFF
C) VVF E) VVV
Electrostática
21.
Dos pequeñas esferas están separadas 10 cm y la suma de sus cargas es +3 mC. Si se atraen con una fuerza eléctrica de módulo igual a 9 N, determine la cantidad de carga de cada
T A=1800 K
una de ellas. A
M.T.
W A
T x B
M.T.
W B
A) – 5 mC; – 8 mC
T B=600 K
B) +5 mC; – 2 mC C) +7 mC; – 4 mC
A) 2,4 kJ D) 1,5 kJ 6
B) 2 kJ
C) 1,8 kJ
D) +1 mC; – 2 mC
E) 1 kJ
E) – 5 mC; +8 mC
Física 22. En el gráfico se muestran tres partícu-
las idénticas, electrizadas con q=6 mC, ubicadas, cada una a 0,5 m del origen de coordenadas. Determine el módulo de la fuerza eléctrica resultante sobre la partícula ubicada en el eje Y .
ción X . Determine en qué posición se encuentra la partícula y cuál es su cantidad de carga. E (kN/C) (kN/C)
Z q
90 q Y
q
2
X
A) 364 B) 576 C) 648 D) 724 E) 324
2 kN
2 kN 3 kN kN
3 kN 3 kN kN
4
x(cm)
A) +2 cm; +4 nC B) +4 cm; +4 nC C) +2 cm; – 4 nC D) +4 cm; – 4 nC E) +8 cm; – 2 nC
23. Dos partículas de igual cantidad de
25. ¿Cuál es la distancia de separación en-
carga + q están situadas sobre el eje Y , en los puntos y=a; y=– a. Determine la intensidad de campo eléctrico en la posición ( b; 0).
tre las partículas electrizadas 1 y 2, de tal manera que 1 se mantenga en equilibrio. ( m1=100 g; g=10 m/s2) cuerda aislante
A)
B)
D)
E)
E =11×10 =11×105 N/C
3 / 2
( a2 + b2 )
g
2 Kqa
(a
2
C)
+ q
2 Kqb
+
2
b
q1=1 µC (1)
3 / 2
)
2 Kqb 3 / 2
( a2 + b2 )
37º
2 Kqb
(2) q2=–1 µC
1 / 2
( a2 + b2 ) 2 Kqa
1 / 2
( a2 + b2 )
A)
24. La gráfica nos muestra cómo varía la
intensidad de campo eléctrico asociada a una partícula en función de la posi-
D)
2
m
5 7 4
m
B)
3 10
m
C)
E)
5
m
2 3
m
10
7
Física 26. Entre dos placas conductoras se esta-
28. Se tiene una partícula fija electrizada
blece un campo eléctrico homogéneo
con 10 mC, y otra con 4 mC es traída
de intensidad E . Si desde A, una partí-
desde una región muy alejada y pasa
cula de masa m y electrizada positiva-
a una distancia de 3 cm de la primera,
mente con + q es lanzada tal como se
con una rapidez de 10 m/s. Si la masa
muestra, de modo que llega al punto B;
de la partícula que se desplaza es de
determine x. Desprecie efectos gravita-
100 g, determine cuánto trabajo desa-
torios.
rrolla el agente externo que traslada a dicha partícula. (Desprecie efectos gravitatorios). v0 E
53º
A) 0,5 J B) 6,5 J
A
B
C) 8,2 J
x
D) 17 J E) 12,5 J A)
D)
mv0
2
B)
qE
25 mv0
16 mv0
2
7 qE
C)
2
24 qE
E)
24 mv0
2
25 qE
7 mv0
2
16 qE
29. Los cascarones mostrados son delga-
dos y conductores. El interno tiene un radio de 15 cm y una cantidad de carga de 10 nC; n C; el exterior, exterior, tiene un radio de 30 cm y una cantida cantidad d de carga carga de –15 nC. Halle Halle
27.
Se tienen dos partículas electrizadas
el potencial eléctrico y el módulo de la
con 5 mC y 10 mC, ubicadas en los pun-
intensidad del campo eléctrico a 25 cm
tos (0; 0) y (0; 80), respectivamente.
del centro de los cascarones.
Determine la cantidad de carga de una partícula que se ubica en el punto (0; 40) para que el potencial eléctrico total en el punto (30; 40) sea cero. (Las distancias están en cm)
8
A) – 9 mC
A) – 90,0 V; 1,44 kN/C
B) 12 mC
B) – 80,2 V; 2,5 kN/C
C) 3 mC
C) – 60,3 V; 1,83 kN/C
D) –15 mC
D) –10,5 V; 1,44 kN/C
E) – 8 mC
E) – 450 V; 2,55 kN/C
Física 30. Se muestran dos cascarones dieléc-
tricos electrizados uniformemente en toda su superficie exterior con 12 mC. Determine la diferencia de potencial entre A y B. ( r =50 =50 cm)
A) 0,57 W B) 0,96 W C) 0,62 W D) 0,87 W E) 0,76 W 33. Un cable telefónico subterráneo, for-
r
B
A
2 r
2 r
A) 90 kV
B) 100 kV
D) 120 kV
C) 110 kV E) 130 kV
Electrodinámica
31.
Cuando el motor de arranque de un automóvil trabaja, el cable que se conec-
mado por un par de alambres, presenta un corto en algún lugar de su longitud (ver gráfico). El cable tiene 5 km de longitud, y para descubrir dónde está el corto, un técnico mide primero la resistencia entre los terminales AB, y después, entre CD. En la primera medición resultan 30 W, en la segunda, 70 W. ¿A qué distancia del punto A está el corto? A
C
B
D
ta con el acumulador conduce 80 A de corriente. Ese cable es de cobre y tiene 0,5 cm de diámetro. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico en el cable? (rCu=1,7×10– 8 W×m) A) 0,65 V/m B) 0,59 V/m
A) 0,5 km B) 1,5 km C) 2 km D) 2,5 km E) 3 km 34. Determine la resistencia equivalente
entre x e y.
C) 0,084 V/m D) 0,069 V/m
4Ω
3Ω
E) 0,056 V/m 32. El electroimán de un timbre se forma
4Ω
18 Ω
9Ω
9Ω
18 Ω
devanando alambre de cobre en torno a un núcleo cilíndrico, como un hilo en un carrete. El diámetro del alambre
1Ω
de cobre es 0,45 mm, el devanado es de 260 vueltas y el radio promedio de una
x
z
y
vuelta es 5 mm. ¿Cuál es la resistencia eléctrica del alambre? (rCu=1,7×10– 8 W×m)
A) 6 W D) 4,8 W
B) 5 W
C) 4 W E) 3,2 W 9
Física 35. En el circuito que se muestra se hacen
dos pruebas
37.
En el circuito mostrado, determine la lectura en los instrumentos ideales.
I. Se cierra el interruptor S1 y se abre
A
S2; el cursor se ubica en a y la co-
5Ω
rriente por el reostato es I a. II. Se abre S1 y se cierra S2; el cursor se ubica en c y la corriente por el reos-
48 V
4Ω
6Ω
2Ω
tato es I c. Determine el cociente de las intensidades
4Ω
de corriente por el reostato acb ( I I c / I a).
R
Considere fuentes ideales.
V
A) 6 A; 36 V S1
B) 3 A; 18 V
a
10 cm
cursor
D) 4 A; 36 V
c
9 V
b S2
C) 12 A; 72 V
5 cm
E) 6 A; 18 V
6 V
38. El resistor AB es de 300 W, y está dividi-
do en tres partes iguales por medio de A) 16/3
B) 3/2
D) 15/2
C) 4/7
los cursores (1) y (2). Si entre M y y N se se
E) 19/6
conecta una fuente de 305 V, determine la intensidad de corriente i.
36. En el circuito mostrado, ¿cuánto indica
A
M
B
N
el voltímetro ideal? (1)
2Ω
5 V
1Ω
40 Ω 12 Ω
1Ω 20 V
25 Ω
2 V
25 V
V 2Ω
A) 0,02 A B) 0,10 A C) 0,25 A
A) 18 V D) 21 V 10
B) 25 V
C) 23 V
D) 0,05 A
E) 10 V
E) 1,00 A
(2)
i
Física 39. Para el circuito mostrado, determine la
40. En el siguiente circuito, determine la
intensidad de la corriente eléctrica que pasa por el resistor de 3 W.
intensidad de corriente eléctrica que
3Ω
pasa por la fuente de 3 V. 20 Ω
2Ω
4Ω
2Ω
1Ω
4Ω
6Ω
20 V
7,5 Ω
38 V
12 Ω
3 V
2Ω
A) 12,6 A B) 7,6 A C) 6,3 A D) 4 A E) 2 A
4Ω
10 V
A) 2 A
5V
B) 1,5 A
C) 1 A
D) 0,8 A
E) 0,5 A
F í ís ica 01 - E
05 - A
09 - B
13 - B
17 - E
21 - B
25 - B
29 - A
33 - B
37 - A
02 - B
06 - E
10 - A
14 - E
18 - C
22 - C
26 - C
30 - A
34 - D
38 - D
03 - E
07 - E
11 - B
15 - C
19 - D
23 - C
27 - A
31 - D
35 - D
39 - D
04 - A
08 - E
12 - D
16 - B
20 - C
24 - A
28 - D
32 - D
36 - D
40 - E
11
