UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MEXICO BACHILLERATO GUIA DE ESTUDIO PARA EL EXAMEN EXTRORDINARIO. FISICA I. ACADEMIA DE FISICA. UNIDAD I. ¿COMO SE TRABAJA EN FÍSICA? OBJETIVO DE LA UNIDAD: Aplicar el método experimental, por medio de la realización de actividades experimentales y observaciones directas, para explicar los fenómenos físicos que se presentan en nuestra vida. CONTENIDO DE LA UNIDAD: Introducción al conocimiento de la física. Necesidad de medir. Obtención de una Ley Física. GUÍA DE PREGUNTAS: 1. Introducción al conocimiento de la física: antecedentes históricos, división de la física, relación de la física con otras ciencias. 2. Objetivos de estudio de la física. 3. Concepto de medición. 4. Magnitudes fundamentales y derivadas. 5. Unidades. Sistemas de unidades. Problemas. Conversión de Unidades. 6. Métodos de medición: directos e indirectos. 7. Errores en las mediciones. Tipos de errores: sistemáticos y aleatorios. 8. Método científico. Ejercicios. 1. Convertir las siguientes magnitudes: a) b) c) d) e) f) g)
20 Km a m, cm, pies. 3 pies a m, cm y yardas. 3 litros a m3, cm3 (1 litro = 10 cm3) 3.5 m/s a Km/h 5.5 hrs. a min. y s. 340 s a min y hr. 11 m a pies y pulgadas.
2. Escribir las siguientes cantidades en forma potencial y luego usando prefijos a) 30 000 000 b) 650 000 000 c) 18 000 000 000 000
d) 35 000 e) 0.000023 f) 0.0031 g) 0.00000108 3. Desarrollar los números siguientes a) b) c) d) e)
5.3 x 105 7.3 x 106 32 x 108 54 x 10-4 3.5 x 10-7
4. Efectuar las siguientes operaciones: a) b) c) d) e) f)
(4 x 106)(5 x 105) (5 x 10-3)(2.5 x 10-7) (3 x 104)/(6 x 105) (8 x 105)/(4 x 10-7) (4 x 10-4)/(6 x 19-9) (6 x 1011)/(3.5 x 104)
UNIDAD II. MAGNITUDES ESCALARES Y VECTORIALES OBJETIVO DE LA UNIDAD: Diferenciar entre magnitudes escalares y magnitudes vectoriales a través del estudio de sus características, así como el manejo correcto de los métodos de solución de operaciones vectoriales para interpretar algunos fenómenos físicos. CONTENIDO DE LA UNIDAD: Magnitudes escalares y vectoriales. Operaciones con vectores. GUIA DE PREGUNTAS: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Magnitudes escalares y vectoriales. Diferencia entre magnitudes. Características de un vector. Tipos de vectores: coplanares, no coplanares, colineales y concurrentes. Propiedades de los vectores. Suma de vectores: método del polígono y método de las componentes.
1. Sumar por el método del paralelogramo los siguientes vectores a = ( 4,120 ) , b = (3,45 )
2. Sumar por el método del polígono los siguientes vectores, representarlos gráficamente: a = ( 4,120 ) , b = (3,45 ) , c = (5.5,260 ) , d = ( 2.5,320 ) , e = (6,400 )
3. Sumar por el método analítico los siguientes vectores, representarlos gráficamente: m = (3,200 ) , n = (5,300 ) , o = ( 4.5,75 )
4. Encontrar las componentes rectangulares de los vectores siguientes: 1. 2. 3. 4. 5.
a = ( 4,120 ) b = (3,45 ) c = (5.5,260 ) d = ( 2.5,320 ) e = (6,400 )
5. Una fuerza de 5 Nw se aplica sobre un cuerpo, formando un ángulo de 60º con el eje X, también actúan fuerzas de 3.4 Nw a un ángulo de 150º y de 2.3 Nw a 220º . Expresar dichas fuerzas como vectores. Encontrar la fuerza resultante por el método del polígono y por el método de componentes. 6. Usando el método del polígono muestre que a + b = b + a .
UNIDAD III. MOVIMIENTO EN UNA Y DOS DIMENSIONES OBJETIVO DE LA UNIDAD: Explicar el movimiento de los cuerpos en una y dos dimensiones, por medio de sus características, para predecir el comportamiento del movimiento en la viva cotidiana. CONTENIDO DE LA UNIDAD: Movimiento de los cuerpos. Movimiento en una dimensión. Movimiento en dos dimensiones. GUIA DE PREGUNTAS: 1. 2. 3. 4. 5.
Movimiento. Concepto de partícula desde el punto de vista de la mecánica. Marco de referencia. Conceptos de: distancia, desplazamiento, velocidad, rapidez y aceleración. Movimiento en una dimensión: movimiento rectilíneo uniforme, movimiento uniformemente acelerado, caída libre. 6. Movimiento en dos dimensiones: Movimiento parabólico.
a) Movimiento Rectilíneo Uniforme
Gráficas. 1. Dados los datos siguientes, encontrar la velocidad y las gráficas de x vs. t y v vs. t. a) t (s) x (m)
0 0
3 4
6 8
9 12
12 16
t (s) x (m)
0 0
2.5 0.5
5.0 1.0
7.5 1.5
10 2.0
b)
2. En la gráfica siguiente, determinar las velocidades en cada uno de los intervalos e indicar lo que significan según sus signos.
10
8
x (m)
6
4
2
0 3
8
13
18
t (s)
2. La gráfica siguiente representa el movimiento de dos corredores A y B. Indicar cuál de ellos tiene mayor velocidad y decir por qué.
15.0
B
12.5
A
x (m)
10.0
7.5
5.0
2.5
0.0 0
2
4
6
8
10
t (s)
Problemas. 1. ¿Qué velocidad tiene un ciclista que recorre 0.5 km en 5.5 min? 2. ¿Cuánto tiempo tardará un niño en patines, que puede desarrollar una velocidad de 7.4 m/s, recorrer una distancia de 120 m? 3. Dos corredores parten del reposo, al corredor A con una velocidad de 2.4 m/s en tanto que el corredor B lo hace con una velocidad de 3.2 m/s, solo que A arranca a 50 m. más delante de B ¿Cuanto ha avanzado cada corredor al cabo de 20 s? b) Movimiento Rectilíneo Uniformemente Acelerado Gráficas. Con los datos siguientes, encontrar la velocidad y la aceleración y hacer las gráficas x vs. t, v vs. t y a vs. t. a) t (s) x (m)
0 0
3 1.08
6 3.24
9 6.48
12 10.8
15 16.2
b) t (s) x (m)
0 0
1.5 1.6875
3.0 5.0625
4.5 10.1250
6.0 16.8750
7.5 25.3125
Problemas. 1. Un motociclista, partiendo del reposo adquiere una velocidad de 3 m/s en una distancia de 120 m. Hallar (a) la aceleración, (b) el tiempo empleado en recorrer los 120 m. 2. Un avión parte del reposo y al final del despegue adquiere una velocidad de 80 m/s en 45 s. Hallar (a) su aceleración, (b) la distancia recorrida. 3. Un tren de carga con una velocidad de 12 m/s adquiere al final de una larga pendiente una velocidad de 88 m/s, cuando alcanza el final de la misma en 4 min 36 s. Considerando que la aceleración es constante, calcular: (a) la aceleración, (b) la distancia recorrida. 4. Un hombre conduciendo un camión a velocidad constante de 25 m/s, de golpe acciona los frenos, parando el camión en 5 s. Calcular (a) la aceleración, (b) el camino recorrido. 5. Un automóvil parte del reposo y mantiene una aceleración constante de 3.6 m/s2 durante 5 s, luego de 2.5 m/s2 durante 4 s y finalmente de 1.6 m/s2, durante 3 s. Calcular: (a) la velocidad máxima alcanzada, (b) la distancia total alcanzada, (c) trazar la gráfica velocidad vs tiempo para este problema. c) Caída Libre y Tiro Vertical 1. Un estudiante deja caer una piedra en un pozo y comprueba que tarda 2.6 s en chocar con el agua. ¿Cuál es la profundidad del pozo?¿Cuál es la velocidad de la piedra al chocar con el agua? 2. Una bolsa de arena, arrojada como lastre desde un globo en reposo, choca con el suelo a una velocidad de 147 m/s. ¿A qué altura se halla el globo y cuanto tiempo permanece la bolsa en el aire? 3. Trabajando en edificio alto un obrero, accidentalmente deja caer un martillo. Si tarda 7.6 en alcanzar el suelo, ¿a que altura trabaja el homre y a que velocidad choca con el suelo el martillo? 4. Una piedra se deja caer desde un puente a una altura de 60 m sobre un rio. ¿Cuánto tiempo tardará la piedra en llegar al agua y con qué velocidad chocará con ella? 5. Mientras permanece de pie sobre un puente a 80 m sobre el agua, un estudiante arroja una piedra hacia abajo con una velocidad de 15 m/s. ¿Qué velocidad tendrá la piedra al chocar con el agua y cuanto tiempo tarda la piedra en descender?
6. Una pelota es lanzada hacia arriba con una velocidad de 19.6 m/s. Encontrar la altura alcanzada por la pelota y el tiempo que tarda en alcanzar tal altura. 7. Una flecha es disparada verticalmente hacia arriba con una velocidad de 49 m/s. Después de 3 s es disparada otra flecha verticalmente. desde el mismo punto, a una velocidad de 39.2 m/s. ¿Cuánto tiempo después de lanzada la segunda flecha se encontrará con la primer flecha y a qué altura lo harán? d) Movimiento Parabólico 1. Un dardo es disparado al aire con una velocidad de 60 m/s y con un ángulo de 35º. Hallar: el tiempo de vuelo, la altura máxima alcanzada y el recorrido del dardo. 2. Una piedra es lanzada con una honda a una velocidad de 55 m/s y con un ángulo de 50º. Hallar: el tiempo de vuelo, la altura máxima alcanzada y el recorrido de la piedra. 3. Un atleta lanza una piedra mediante un disparo de honda a una velocidad de 50 m/s. Si la máxima velocidad que alcanza es de 56 m, calcular el ángulo inicial con el que se lanza la piedra y también su tiempo de vuelo y su distancia recorrida. 4. Una manguera contra incendios ubicada a 18 m sobre el suelo, lanza un chorro de agua horizontal con una velocidad de 18 m/s. Calcular el tiempo que tardará el agua en tocar el suelo y la distancia horizontal recorrida. 5. Una flecha se dispara horizontalmente con una velocidad de 58 m/s desde una altura de 1.5 m sobre el suelo. ¿A qué distancia del arquero llegará la flecha al suelo? 6. Se arroja una pelota al aire. Cuando está a 12 m sobre el suelo, las componentes de su velocidad en las direcciones X y Y 4.5 m/s y 3.36 m/s respectivamente. Encontrar: la velocidad inicial de la pelota, la altura máxima que alcanza la pelota y la distancia total recorrida. UNIDAD IV. LEYES DE NEWTON. TRABAJO Y ENERGIA. OBJETIVO DE LA UNIDAD: Aplicar las Leyes de Newton, el modelo matemático del trabajo y la energía, en la resolución de problemas prácticos. CONTENIDO DE LA UNIDAD: Fuerza. Leyes de Newton. Trabajo y potencia mecánica. Energía mecánica. GUIA DE PREGUNTAS: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Concepto de fuerza. Tipos de fuerza: de contacto y a distancia. Medición de las fuerzas. Leyes de newton. Fuerzas de rozamiento: Estáticas y dinámicas. Diferencia entre peso y masa.
7. Trabajo. Concepto de energía. Energía cinética y potencial. Energía mecánica total de un cuerpo. 8. Principio de la conservación de la energía mecánica total de un cuerpo. 9. Ley de la Gravitación Universal. 1. ¿Qué fuerza se necesita para dar a un automóvil de 1400 Kg una aceleración de 6 m/s2? 2. Una pelota de béisbol de 0.16 Kg es golpeada por un bat con una fuerza de 500 Nw, ¿cuál es la aceleración que experimente la pelota como resultado del golpe? 3. Una fuerza de 2000 Nw sobre un autobús hace que este se acelere a 0.5 m/s2. ¿Cuál es la masa del autobús? 4. Un baúl cuya masa es de 100 Kg, está sujeto a dos fuerzas horizontales con el mismo sentido. Si las fuerzas son de 200 Nw y 300 Nw respectivamente, ¿cuál es el valor de la aceleración del baúl? 5. Un automóvil de 1500 Kg de masa está en reposo. Si a los 15 s alcanza una rapidez de 16.6 m/s, ¿cuál es la magnitud de la fuerza que los impulsó? 6. Una caja de 20 Kg se encuentra inicialmente en reposo. Si se la aplica una fuerza neta de 40 Nw durante 2 s, ¿cuál será el valor de la velocidad a los 2 s? 7. Una masa de 80 Kg se coloca en un dinamómetro que marca en su escala un peso de 220 Nw. ¿Cuál es el valor de la aceleración de la gravedad en el lugar en donde se hizo la medición? 8. La aceleración de la gravedad sobre la superficie de Marte es de 3.62 m/s2. ¿Cuánto pesaría Karina en Marte si su peso es de 90 Kg? 9. Un sofá de 50 Kg se mueve a velocidad constante sobre una superficie cuyo coeficiente de fricción dinámico entre ella y las patas del sofá es de 0.4, ¿cuál es la magnitud de la fuerza necesaria para mantener el sofá en movimiento a velocidad constante? 10. Una fuerza horizantal de 300 Nw se emplea para mover un baúl una distancia de 4m a lo largo de un pasillo. Calcular el trabajo realizado. 11. ¿Qué trabajo se realiza al subir 10 m un elevador con una fuerza vertical de 2000 Nw. 12. Un bloque que pesa 120 Nw se deja caer desde una altura de 4m. a) ¿cuál es su energía potencial a dicha altura? b) ¿Cuál es su energía potencial a 2 m c) ¿cuál es su energía cinética a 2 m? d) ¿cuál es el valor de su energía mecánica a 2 m? 13. Una niña de 30 Kg se sienta en un columpio cuyo peso es despreciable. Si la velocidad del columpio es de 6 m/s, ¿a qué altura se elevará?
14. Una niña de 40 Kg se desplaza sobre una resbaladilla de 6 m. de altura. La niña parte del reposo en la parte superior. Determina la velocidad de la niña al llegar al suelo. 15. La masa de la Tierra es aproximadamente igual a 5.98 x 1024 Kg y la de la Luna es igual al valor antes mencionado multiplicado por 0.0123. La distancia media entre Tierra y Luna es de 3.84 x 105 Km. Calcularla fuerza gravitatoria de atracción entre ellas. Hallar la aceleración de cada una de ellas originada por esta fuerza. 16. La masa de Júpiter es 314 veces mayor que la de la Tierra y el diámetro de Júpiter es de 11.35 veces mayor que el terrestre. Si en la superficie terrestre g tiene el valor de 9.8 m/s 2, ¿qué valor tendrá en la superficie de Júpiter?
