PROYECTO FINAL Física 19/06/2017
Proyecto Final Física INSTRUCCIONES Lee cuidadosamente y coloca la letra que consideres correcta entre los paréntesis, posteriormente, argumenta físicamente tu respuesta. En el caso de problemas de resolución matemática resuelve e interpreta argumentando físicamente.
MECANICA: FUERZAS Y ONDAS 1. Dos pesas de 10 N y 15 N respectivamente están unidas por una cuerda ideal que pasa por dos poleas ideales. La pesa de 15 N descansa sobre una báscula y el sistema está en equilibrio. ¿Qué lectura indica la báscula? (1 punto)
a. b. c. d.
5N 10 N 15 N 20 N
( A) Argumentación: Argumentación: Como las dos pesas están en extremos opuestos de la cuerda y el sistema es ideal, tenemos que la fuerza que ejerce cada pesa actúa en direcciones opuestas, por lo tanto la Fuerza resultante es la resta de ambas magnitudes. Así: F = 15[N] – 10[N] F = 5[N]
2. Dos pesas de 10 N se encuentran suspendidas a cada lado de una cuerda que pasa por dos poleas ideales. Si en el medio de la cuerda se inserta un dinamómetro ¿cuánto indicará? (1 punto) a. 0 N b. 10 N c. 15 N d. 20 N
( D) Argumentación: Argumentación: Como las dos pesas están en extremos opuestos de la cuerda y el sistema es ideal, tenemos que, si colocamos un dinamómetro en el centro, sobre él actuarán ambas fuerzas, cada una “tirará” el dinamómetro hacia sentidos opuestos, por lo que la
fuerza que recibe el dinamómetro es la sumatoria de las magnitudes de ambas fuerzas.
3. Dos cuerdas tiran de un bloque de concreto tal como se muestra en la figura. Considerando el valor de las fuerzas que ahí se indican y considerando que el bloque tiene una masa de m = 12 kg, determine si las cuerdas son o no capaces de levantar el bloque. (Ayuda: si la componente y de la sumatoria total de fuerzas es positiva el bloque sube, si es negativa el bloque baja). Entregue los cálculos completos y la argumentación de su respuesta. (3 puntos)
R esoluci esolución ón M ate atemáti áti ca
= m × g =1212 = 117, ×9.68
rgumentación
Primero calculamos calculamos la fuerza ejercida ejercida por por la masa
Como F3 sólo tiene componente en el eje Y, entonces: F3 = (0[N], -117,6[N])
= + + = (−16 −16, 4545) + (3232, 2424) + (0(0,−117,6) = (−16 + 32 + 0, 45 + 24 − 117,6) = (16 (16,−48,6) = −48,6
Como el bloque se encuentra suspendido de las cuerdas tenemos que la fuerza que éste ejerce hacia abajo se opone a las que las cuerdas ejercen para sujetarlo. Luego de sumar las componentes del eje Y para las tres fuerzas tenemos que la componente final es de -48,6 Newton, lo que indica indica que el el sistema se mueve hacia abajo, o sea, el bloque baja y las cuerdas no son capaces de sostenerlo.
4. Una onda transversal viaja en una cuerda hacia la derecha. ¿Cuál de las siguientes no es transportada por la onda? (1 punto) ( c ) Argumentación : Argumentación : a. Energía Las ondas transportan Energía e Información. b. Información c. Masa Funcionan cuando las partículas del medio se d. Momentum agitan, pero no cambian de posición, es la onda lo que viaja, por lo tanto éstas no transportan masa.
5. Entre las siguientes propiedades de una onda armónica, la única que no depende de las demás es: (1 punto) ( d) Argumentación: Argumentación: a. La amplitud La Velocidad de una onda depende del medio por el cual b. La frecuencia c. Longitud de Onda se propague, es así como la misma onda puede cambiar su d. La velocidad velocidad al cambiar de medio, por ejemplo al sumergir un
lápiz en el agua (refracción), vemos que su imagen se distorsiona, esto ocurre porque la onda de luz cambia su velocidad al pasar por distintos medios.
6.
El sonido no puede propagarse en: (1 punto) ( d ) Argumentación: Argumentación: El sonido es una onda mecánica que necesita un medio para poder propagarse, en el vacío no hay partículas partículas por las cuales el sonido pueda pueda
a. b. c. d.
Los líquidos Los sólidos Los gases El vacío
propagarse, no hay medio, por lo tanto no se puede puede propagar.
7. Cuando la luz viaja no lleva nada consigo más que oscilaciones o scilaciones de campo: (1 punto) ( a ) Argumentación: Argumentación: Las ondas sólo llevan consigo oscilaciones de campo eléctrico y magnético, de esto deriva que las ondas sean capaces capaces de transportar energía e información. No pueden transportar materia, sino que
a. b. c. d.
Eléctrico y magnético Mecánico Electrostático Frecuencial
perturban el medio por el cual se se propagan.
MECANICA: CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA 8. La energía cinética de un cuerpo: (1 punto) a. Es una magnitud vectorial. b. No depende del marco de referencia. c. No depende de la dirección del movimiento. d. Aumenta cuando se le aplica una fuerza
( c) Argumentación: Argumentación: La Energía Cinética es una magnitud escalar, por lo que no posee dirección ni sentido, ni depende de la dirección o sentido de la velocidad, sino de su módulo.
9. Una fuerza es conservativa si: (1 punto) a. Se conserva la energía cinética del cuerpo sobre el cual actúa. b. El trabajo que realiza es siempre positivo. c. Conserva su magnitud y sentido. d. El trabajo que realiza sobre un cuerpo es independiente de la trayectoria.
( d) Argumentación: Argumentación: Una fuerza es conservativa cuando el trabajo que realiza depende sólo del punto inicial y final, sin importar la trayectoria. Es así como en un sistema cerrado el trabajo realizado es cero.
10. Determine cuál será la velocidad que tendrá el carro de la figura en los puntos A, B y C. Para resolver el problema asuma que la masa del carro es de 480 [kg]. (3 puntos)
Resolución Matemática
Aplicando Conservación de la Energía. Velocidad en A:
= + = + 12 + ℎ = 12 + ℎ 12 ×480 ×480 × 11 1 +480 +480 ×9.8 × 1212 = 2 ×480 ×480 × + 480 ×9.8 ×4.9 240240 +56448 +56448 = 240 240 × +23049.6 = 32403638.6 = 140.16 = √ (140. (140.16 = 11.84
Velocidad en B:
Velocidad en C:
= 56688 = + 56688 = 12 + ℎ 56688 = 12 ×480 56688 ×480 × + 480 ×9.8 ×1.8 56688 = 240 56688 240 × +8467.2 = 42408220.8 = √ 200. 200.92 = 14.177 = 56688 = + 56688 = 12 + ℎ 56688 56688 56688 = 12 ×480 × + 480 ×9.8 ×9.9 56688 = 240 × + 465 46569.69.6 0118. 4 = 1240240 = √ 42.42.16 = 6.499
Argumentación: La conservación de la energía nos indica que la energía total del sistema será la misma en
cada punto del trayecto, esto es, en este caso, la sumatoria de energía potencial y cinética. De esto que la energía inicial es de 56688 Joules, Joules , por lo que la energía total en cada punto del trayecto es la misma. Si conocemos la altura a la que se encuentra el carro es fácil calcular la velocidad despejando la ecuación.
MECANICA: PRESIÓN Y FLUIDOS
11. En una demostración de clase, se coloca en una pecera llena de agua, dos latas de bebidas Cocacola de igual tamaño: una tradicional y otra ligth. Se observó que la clásica siempre se hunde, en cambio la ligera flota. La explicación a este resulta es que: (1 punto) a. Se conserva la energía cinética del cuerpo sobre el cual actúa. b. Las dos latas son son hechas hechas de metales de diferentes densidades. c. La clásica tiene mayor presión de gas que la ligera. d. El contenido contenido de azúcar de la clásica hace que su densidad sea mayor.
( d) Argumentación: La Flotabilidad tiene que ver con la densidad, para flotar en un fluido se requiere que la densidad del objeto sea menor que la del líquido en el cual flota, si es mayor éste se hunde. En el caso de la coca-cola la densidad de la Tradicional es mayor debido a su alto contenido de azúcar, en cambio la coca-cola light contiene un endulzante mucho más concentrado, por lo que requiere de una menor cantidad del mismo.
12. El río Amazonas Q = 3 000 000
en su parte
baja tiene un caudal promedio de aproximadamente
. A partir de este dato determine la velocidad del río en los siguientes
tres puntos en esa zona: (1 punto)
Punto 1 Punto 2 Punto 3
Ancho 2000 [m] Ancho 3900 [m] Ancho 5600 [m]
Profundidad promedio 210 [m] Profundidad promedio 240 [m] Profundidad promedio 310 [m]
Resolución Matemática
Primero calculamos las áreas transversales de cada sección del río:
= × ℎ = × ℎ = 2000×210 = 3900 3900 ×240 × 240 = 420000 = 936000
= × ℎ = 560 5600 0 × 310 310 = 1736000
Luego, utilizando la fórmula de caudal reemplazamos y obtenemos la velocidad:
= ×
= ×
= ×
= 7.144
= 3.2
= 1.722
420000 0002 30000003 = 1 × 936 936000 0002 30000003 = 1 × 173 173600 6000 02 30000003 = 1 × 420 De esto obtenemos la velocidad para cada sección del Río Amazonas.
MECANICA: TEMPERAURA, CALOR Y PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA.
13. Dos sistemas están a la misma temperatura cuando: (1 punto) a. Tienen la misma cantidad de calor.
(c) Argumentación: Argumentación:
b. Tienen la misma presión y el mismo volumen.
“Cuando entre dos sistemas no existe ninguna
c. Se encuentran equilibrio térmico.
encuentran en Equilibrio Térmico y decimos que tienen
en
d. Al ponerlos en contacto la energía que pierde uno es igual a la energía que gana el otro.
transferencia de calor al ponerlos en contacto, se
la Misma Temperatura”.
(Burbano y otros, 2004)
El equilibrio térmico ocurre cuando dos cuerpos en contacto transfieren calor hasta llegar al equilibrio, esto es, tener la misma temperatura, como mezclar agua fría y caliente, y revolver.
14. Un estanque sellado de agua se encuentra a 350° [K], determine el estado del agua (vapor, liquido o hielo). (1 punto) Resolución matemática
= +273. + 273.15° 350° = +−273.273.115°5 =350° 350° = 76.855° °
Argumentación
EL agua es sólida a menos de 0° Celsius, líquida entre 0° y 100°, y es gaseosa desde 100° en adelante. Por lo tanto a 76.85°[C] el agua se encuentra en estado líquido.
15. Una tuerca se encuentra muy apretada en un tornillo. La tuerca y el tornillo están hechos del mismo material. ¿Con cuál de las siguientes operaciones será más fácil sacar la tuerca del tornillo? (1 punto) a. b. c. d.
Enfriando. Calentando. Ni calentando ni enfriando. Calentando o enfriando.
( b ) Argumentación: Calentando sólo la tuerca. Ya que si se calientan ambas partes éstas se expandirán bajo un mismo coeficiente, en cambio si calentamos sólo la tuerca, sólo ella se expandirá, y podremos así aflojarla con mayor facilidad.
16. Según la primera ley de la termodinámica en la expresión a. Q es el calor suministrado al sistema y W es el trabajo t rabajo efectuado por el sistema. b. Q es el calor cedido por el sistema y W el trabajo efectuado por el sistema. c. Q es la potencia suministrada al sistema y W el calor cedido por el sistema. d. Q es la energía potencial en el sistema y W es el trabajo cedido por el sistema.
∆ − E = Q
W
(1 punto)
(a ) Argumentación: Una Máquina Térmica es un artefacto que Convierte calor en Trabajo. Q neta es el calor que el sistema genera realmente (se resta el que entra menos el que sale) por lo tanto es un valor positivo. W es el trabajo que realiza, por lo tanto este se resta. Esto nos da la energía generada por la Má uina uina..
17. Un estanque contiene 20 litros (m=20 [kg]) de agua que inicialmente se encuentran a temperatura ambiente (T=20° [C]). Similar al experimento realizado por Joule se conecta un motor con aspas para elevar la temperatura del agua. Determine cuánto es el trabajo realizado por el motor si es que la temperatura final del agua es de T=34° [C] asumiendo que no hay pérdidas de ningún tipo. (1 punto)
Resolución matemática
= × × ∆ = 4190[° ] × 20 × ( − ) = 4190 4190 [° ] × 20 × (34° − 20°) = 83800[° ] × 14° = 1173200
Argumentación
La primera Ley de la Termodinámica plantea que por medio de calor se pueden aumentar la temperatura de los materiales sino que también por medio de Trabajo. En un sistema en que sólo se aumenta la temperatura por medio de trabajo no hay calor específico Q, sólo W. Es así como teniendo Q = 0 Q+W = cmΔT W = cmΔT
se transforma en
ELECTRICIDAD: LEY DE OHM. 18. Cuando se conectan tres
resistencias idénticas en paralelo, resulta una resistencia mismas resistencias se conectan ahora en serie, la nueva equivalente de 9Ω. Si las resistencia equivalente será: (1 punto)
a. b. c. d.
( d) Argumentación: 3Ω 9Ω 27 Ω 81 Ω
Si las 3 resistencias son idénticas les asignaremos la letra R, si están en paralelo tenemos:
1 + 1 + 1 = 1 3 = 9Ω1 = 27Ω + 27Ω +27Ω +27 =+ 27Ω Ω +27 =+8127ΩΩΩ = Ω.
Cada resistencia de 27 Ω, por lo que al ponerlas en serie tenemos:
La resistencia equivalente en serie sería 81
19. Para el circuito de la siguiente figura determine la resistencia total y luego determine la corriente que la batería le entrega al circuito. (3 puntos)
Resolución matemática
1) Se transforman las resistencias en serie en resistencias equivalentes, por lo que comenzamos con la que tiene dos:
1 + 1 = 1 13Ω + 3Ω1 = 1 23 = Ω = 1.5Ω 1 + 1 + 1 = 1 13Ω + 3Ω1 + 3Ω1 = 1 33 = Ω = 1Ω
2) ahora transformamos las 3 resistencias en paralelo en una resistencia equivalente.
3) Ahora transformamos estas dos resistencias en serie en una sola resistencia equivalente.
= + = 1.5Ω +1Ω = 2.5Ω 1212= = 12××2. 5Ω == 4.2.85Ω
4) Calculamos la corriente:
Ilustraciones de circuitos
1)
2)
3)
20. Determine la resistencia total entre los puntos a y b. (3 puntos)
Resolución matemática
= + + = 1Ω1Ω + 3Ω + 5Ω = 9Ω
Ilustraciones de circuitos
REQUISITOS FORMALES Desarrolle el proyecto final de la asignatura en un archivo Word, incluya una portada donde figure su nombre, el nombre de la asignatura. Interlineado 1,5 Recuerde que el trabajo debe obedecer a una elaboración personal, utilizando sus propias palabras, citando si corresponde y cuidando su ortografía y redacción.
EVALUACIÓN
INDICADORES DE EVALUACIÓN
PUNTAJE
Asocia los términos conceptuales conceptuales en las respuestas a preguntas de razonamientos aplicados en situaciones industriales.
12
Determina incógnitas generando generando un plan de solución solución con el sistema de unidades correspondiente.
4
Diferencia Calor y temperatura, temperatura, a partir de la redacción clara y precisa. precisa.
3
Relaciona los términos de de física con el cálculo cálculo de temperaturas, y aplicación de la primera ley de la termodinámica.
2
Distingue los distintos tipos tipos de asociaciones de resistencias resistencias existentes.
4
Ilustra los circuitos con resistencias eléctricas eléctricas y el cálculo matemático matemático es correcto.
3
PUNTAJE TOTAL
28
