Proyecto Final Física Instituto IACC 19 de junio de 2017
Desarrollo
1.- Mecánica: Fuerzas y ondas.
1.1.- 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?
a. 5N
(A) Argumentación: debido que la fuerza de 10 N genera una fuerza inversa
b. 10N
sobre la fuerza que está siendo medida de 15 N, se debe realizar una resta de
c. 15N
las fuerzas, la que se ve reflejada en la balanza, se debe considera que la
d. 20N
fuerza que genera hacia un lado es de 15 N, y una fuerza en contra es de 10 N. la resta de ambas fuerzas es de 5 N y esto es lo que indica la bascula
1.2.- Dos pesas de 10 N se encuentran suspendidas a cada lado de una cuerda que pasa por dos poleas ideales. Si en el medio dela cuerda se inserta un dinamómetro ¿Cuánto indica?
a. 0N
(D) Argumentación: debido a que el dinamómetro se encuentra soportando
b. 10N
las dos fuerzas generadas una hacia un extremo y la otra en sentido contrario
c. 15N
por este motivo se debe realizar una suma de las fuerzas demostrada se
d. 20N
considera que una fuerza es de 10 N y la otra de 10 N, al jalar el dinamómetro en direcciones distinta se realiza la suma de las fuerzas.
1.3.- dos cuerdas tiran de un bloque de concreto tal como se muestra en la figura. Considerando el valor de la fuerza que hay se indica y considerando que el bloque tiene una masa de m = 12kg, determine si las cuerdas son o no capaces de levantar el bloque.
Resolución matemática
= × =12 ×9,8 =117,6 =0,−117,6
Se puede expresar:
*************************************
Argumentación. Debido el resultado de la fuerza general, es negativa (-117,6[N]), se asume que las fuerzas que se están aplicando en las cuerdas no podrán soportar el peso del bloque de concreto.
⃗ =⃗ +⃗ +⃗ ⃗ =(−16,45)+(32,24) + (0,−117,6) ⃗ =(−16 +32 +0,45 +24 −117,6) ⃗ =(16,−48.6 1.4.- una onda transversal viaja en una cuerda hacia la derecha. ¿cuál de las siguientes no es transportada por la onda? a. Energía
(B) Argumentación. Debido a que la onda que es generada en la cuerda
b. información
transporta energía, al mismo tiempo que masa y momento, lo único que
c. masa
transfiere la onda generad es información, se debe recordar que la onda
d. momento
es una perturbación de alguna propiedad del espacio, como la densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético
1.5.- entre las siguientes propiedades de una onda armónica, la única que no depende las demás es a. la amplitud
(D) argumentación: la velocidad es la única que no depende de las
b. la frecuencia
demás debido a que la amplitud, representa la máxima y mínima
c. la longitud de
intensidad, la frecuencia mide la cantidad de ciclos que pasas por un
onda
punto según una unidad de tiempo y la longitud de la onda es la
d. la velocidad
distancia que se mide entre la cresta y cresta de la onda, esto quiere
decir que la velocidad de la onda es la única propiedad que, si bien es constante, no depende de las demás.
1.6.- el sonido no puede propagarse en a. los líquidos
(D) Argumentación: debido a que el sonido se genera por la
b. los solidos
propagación de una perturbación en un medio materia, en el cual se
c. los gases
propaga. Al no existir un “medio material”, en el vacío este no se
d. el vacío
puede propagar, nos referimos a medio material, como sólidos, líquidos y gases
1.7.- cuando la luz viaja no lleva nada consigo más que oscilaciones de campo a. electro y
(A) Argumentación: debemos recordar que la luz es la más conocida
magnético
onda electromagnética, esto quiere decir que tiene la capacidad de
b. mecánico
propagarse sin un medio, por ende, este onda puede viajar en el vacío,
c. electrostático
por esto está onda electromagnética alcanza la mayor velocidad
d. frecuencia
conocida que es de aproximadamente 300.000 km/s
2.- mecánica: conservación de la energía
2.8.- la energía cinética de un cuerpo: a. es una magnitud vectorial
(C) Argumentación: debemos recordar que la energía
b. no depende del marco de
cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido
referencia
a su movimiento, es el trabajo necesario para poder
c. no depende de la
acelerar un cuerpo de una masa, desde el momento de
dirección del movimiento
reposo hasta la velocidad que se desea alcanzar
d. aumenta cuando se le
corresponde a una magnitud escalar, esto quiere decir que
aplica una fuerza
no importa a que dirección valla.
2.9.- una fuerza es conservativa si: a. se conserva la energía
(D) Argumentación: debemos recordar que una fuerza es
cinética
conservativa cuando el trabajo solo depende de la
b. el trabajo que realiza es
posición inicial y la posición final a la que llega el cuerpo,
siempre positivo
independientemente del camino que tomo el cuerpo para
c. conserva su magnitud y
ir desde la posición inicial a la posición final
sentido d. el trabajo que realiza sobre un cuerpo es independiente de la trayectoria
2.10.- 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.
Resolución matemática:
Argumentación,
Energía Cinética:
Debido a que el problema presentado
= 12 = 12 4801 1 = 2 4801 =240
**************************************** Energía potencia inicial:
= ℎ =480 9,8 12 =56 448
corresponde a un problema de conservación de energía debemos conocer varios valores como lo son la anergia cinética inicial, la energía potencia inicial, la energía cinética final y la energía potencia final de cada punto indicado, después de conocer podemos aplicar la ecuación de la conservación de la energía.
+ = + La ecuación de la conservación de la
****************************************
energía se debe aplicar a cada punto
Energía Cinética:
indicado, ya que la energía potencia final de
= 12 = 12 480
cada punto es distinto de los otros.
=240 **************************************** Energía potencia final, punto 1:
= ℎ =4809,84,9 =23 049,6 =4809,81,8 =8 467,2 =4809,89,9 =46 569,6
Energía potencia final, punto 2:
Energía Potencia final, Punto 3
**************************************** Ecuación de la conservación de la materia:
= + = + 240 +56 448 =240 +23 049,6 240 +56 448 −23 049,6 =240 33 638,4 =240 = 33240638,4
Punto 1:
=140,16[ ] =√ 140,16[ ] =11,838 240 +56 448 =240 +8 467,2 240 +56 448 −8 467,2 =240 48 220,8 =240 = 48240220,8 =200,92[ ] =√ 200,92[ ] =14,174 240 +56 448 =240 +46 569,6 240 +56 448 −46 569,6 =240 10 118,4 =240 118,4 = 10240 =42,16[ ]
Punto 2:
Punto 3
=√ 42,16[ ] =6,493 **************************************** Punto
Velocidad
Punto 1
Punto 2
Punto 3
11,838 14,174 6,493
3.- Mecánica: presión y fluidos.
3.11.- en una demostración de clase, se coloca en una pecera llena de agua, dos latas de bebidas Coca-Cola. de igual tamaño: una tradicional y otra light. Se observó que la clásica siempre se hunde, en cambio la ligera flota. La explicación a este resulta es que:
a. se conserva la energía
(D) Argumentación:
cinética del cuerpo sobre el
En este ejemplo se debe considerar que el azúcar es más
cual actúa
denso que el “edulcorante” y que el agua, de bido a que
b. las dos latas son hechas
una Coca-Cola normal posee mucho más azúcar (11
con metales de diferentes
cucharadas), es más denso que el refresco light, es por
densidades
este motivo que el refresco normal se hunde y la light
c. la clásica tiene mayor
flota en el agua.
presión de gas que la ligera d. el contenido de azúcar de la clásica hace que su densidad sea mayor
3.12.- el río amazona en su parte baja tiene un caudal promedio de aproximadamente
3 000 000
=
. A partir de este dato determine la velocidad del río en los siguientes tres puntos
en esa zona Punto 1
Ancho 2000[m]
Profundidad promedio 210 [m]
Punto 2
Ancho 3900[m]
Profundidad promedio 240 [m]
Punto 3
Ancho 5600[m]
Profundidad promedio 310 [m]
Resolución matemática Se debe realizar el cálculo del área que se desea analizar Punto Punto 1 Punto 2 Punto 3
= ×ℎ =2000×210 =3900×240 =5600×310
Resultado
400 000 936 000 1 736 000
******************************************************************************
Punto 1:
= × 3 000 000 = ×400 000 3 000 000[ ] = 400 000 =7, 5 ****************************************************************************** Punto 2:
= × 3 000 000 = ×936 000 3 000 000 [ ] = 936 000 =3,2 05
****************************************************************************** Punto 3:
= × 3 000 000 = ×1 736 000 ] 3 000 000[ = 1 736 000 =1,7 28
****************************************************************************** Punto Punto 1
Punto 2
Punto 3
Velocidad
7,5 3,205 1,728
4.- Mecánica: temperatura, calor y primera ley de la termodinámica
4.13 Dos sistemas están a la misma temperatura cuand o a. tienen la misma cantidad
(C) Argumentación: debemos recordar que el e quilibrio
de calor
térmico es el estado en el cual dos cuerpos poseen
b. tienen la misma presión y temperaturas igualadas, las cuales, en sus condiciones el mismo volumen
iniciales poseían diferentes temperaturas, cuando estas se
c. se encuentra en equilibrio
equiparan se obtiene el equilibrio término.
térmico d. al ponerlos en contacto la energía que pierde uno es igual a la energía que gana el otro
4.14.- un estanque sellado de agua se encuentra a 350° [K], determine el estado del agua (vapor, liquido o hielo)
Resolución matemática
=−273, 1 5 =350−273,15 =76,8 5
Argumentación: Debido a que la temperatura del agua corresponde a
76,85°
, se puede asumir que
el agua se encuentra en estado líquido, ya que para que se presente en un estado sólido (hielo), esta se debe encontrar bajo el punto de
0° 100°
congelación que es
, y para que se
presente en estado gaseoso (vapor), esta debe superar los
y no cumple ninguna de
estas condiciones.
4.15.- una tuerca se encuentra muy apretada a un tornillo, la tuerca y el tornillo están hechos del mismo material. ¿con cuál de las siguientes opera ciones será más fácil sacar la tuerca del tornillo
a. enfriándolo
(D) Argumentación: teóricamente la ideal sería calentar el
b. calentando
tornillo mientras se enfría el perno, esto es porque al
c. ni calentando ni
enfriar el perno este se contrae y al calentar la tuerca esta
enfriando
se dilata, al generar dos acciones contrarias al mismo
d. calentando o enfriando
tiempo se genera el suficiente espacio entre la tuerca y el tornillo para que esta se suelte, esto es debido a la dilatación y la contracción del material
4.16.- según la primera ley de la termodinámica en la expresión
∆=−
a. Q es el calor suministrado al
(A) Argumentación.
sistema y W el trabajo efectuado La primera ley de la termodinámica estable qué si por el sistema
cuando se aumenta Calor (Q) a un sistema mientras
b. Q es el valor cedido por el
este realiza un trabajo (W), la energía interna (U)
sistema y W el trabajo efectuado cambian en una cantidad igual a Q-W, debido a que la por el sistema
primera ley de la termodinámica es la misma ley del
c. Q es la potencia suministrada
principio de conservación de energía. Por la cual se
al sistema y W el calor cedido
exige que todo sistema termodinámico cumpla
por el sistema
−
d. Q es la energía potencia en el
interna del sistema
, en donde
∆
∆=
, corresponde a la energía
sistema y W es el trabajo cedido por el sistema
4.17.- Un estanque contiene 20 litros (m=20[kg]) de agua que inicialmente se encuen tra 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 cuanto es el trabajo realizado por el motor si es que la temperatura final del agua es de T=34°[C] asumiendo que no hay perdidas de ningún tipo Resolución matemática
= × × ∆ =4 190[ ×°]×20 × (34° −20°)
Argumentación. Para poder desarrollar este ejercicio de calor especifico se debe identificar que el calor especifico del agua corresponde a
4 190×°
, que corresponde a (c),
=4 190[ ×°]×20×14° =4 190 ×20×14 =1 173 200
sabemos el valor de (m), que es la masa que posee el agua y
∆
, corresponde a la
diferencia entre la temperatura final y la temperatura inicial que se consideran para el ejemplo
5.- Electricidad: ley de Ohm
5.18.- Cuando se conectan tres resistencias idénticas en paralelo, resulta una resistencia equivalente de 9Ω. Si la misma resistencia se conecta ahora en serie, la nueva resistencia equivalente será. a. 3Ω
(D) argumentación.
b. 9Ω
Si tomamos los 81 ohm de y lo dividimos en 3
c. 27Ω
resistencias igual no quedan 3 resistencias de
d. 81Ω
27 ohm, si aplicamos la fórmula de suma de resistencia en serie, se representaría:
1 = 27Ω1 + 27Ω1 + 27Ω1 Ω = 271 + 271 + 271 Ω =0,037+0,037+0,037 Ω =0,111 = 0,1111 Ω
=9.009Ω Esto corresponde a los 9Ω indicados en el apartado. Si realizamos la suma de los 27Ω en serie corresponde de la siguiente forma
=27Ω+27Ω+27Ω =81Ω 5.19.- para el circuito de la figura determine la resistencia total y luego determine la corriente que la batería le entrega al circuito. Resolución matemática:
1 = 1 + 1 + 1 1 = 3Ω1 + 3Ω1 + 3Ω1 Ω = 13 + 13 + 13 Ω =0,333+0,333+0,333 Ω =0,999 = 0,9199 Ω =1,001Ω
**************************************
Ilustraciones de circuitos: Para poder desarrollar este problema debemos considerar que se poseen 2 resistencia que se encuentran en serie, la primera cuenta con 3 resistencias internas en paralelo y la segunda cuenta con dos resistencias en paralelo, por esto motivo primero se debe calcular independientemente la resistencia de cada grupo utilizando la fórmula de suma de resistencias en paralelo:
1 = 1 + 1 + 1 + 1
1 = 1 + 1 1 = 3Ω1 + 3Ω1 Ω = 13 + 13 Ω =0,333+0,333 Ω =0,666 = 0,6166 Ω =1,501Ω = + =1,001Ω+1,501Ω =2,502Ω = × 12= × 2,502Ω = 2,12502Ω =4,796
**************************************
Una vez teniendo los dos grupos de resistencias calculados debemos utilizar la fórmula de suma de resistencia en serie.
= + + Una vez conociendo la resistencia total del circuito se nos solicita conocer la corriente que la batería de 12V entrega al circuito. Esto se debe realizar aplicando la ley de Ohm
= × De esta forma podemos saber que el circuito posee una corriente de 4,796 A
**************************************
5.20.- determine la resistencia total entre los puntos a y b Resolución matemática:
Ilustración de circuito:
Se observa en la imagen que corresponde a un
= + + =1Ω+3Ω+5Ω =9Ω
circuito en serie, por este motivo la resistencia total es igual a la suma de todas las resistencias que componen el circuito y se da por la formula.
= + + +….
Bibliografía
IACC (2017). Mecánica. Fuerza y ondas. Física. Semana 1. IACC (2017). Mecánica: Conservación de la energía. Física. Semana 2. IACC (2017). Mecánica: Presión y fluidos. Física. Semana 3. IACC (2017). Termodinámica: temperatura, calor y primera ley de la termodinámica. Fisca. Semana 4 IACC (2017). Termodinámica: temperatura, calor y primera ley d e la termodinámica. Física. Semana 5 IACC (2017). Termodinámica: temperatura, calor y primera ley de termodinámica. Física. Semana6 IACC (2017). Electricidad: ley de Ohm. Física. Semana 7 IACC (2017). Electricidad: circuitos eléctricos. Física. Semana 8
