Preguntas y problemas III. Interacciones térmicas, procesos termodinámicos y máquinas térmicas Contesta las siguientes preguntas. 1. Trabajo mecánico y potencia.
1. Si por la mañana sale un auto del estacionamiento de una casa y por la noche el auto está en el mismo estacionamiento, de manera general, podríamos afirmar que durante este intervalo de tiempo: a) ") c) d)
Se reali! tra"a#o. $o se ha realiado tra"a#o. %a velocidad fue constante. $o se aplic! ninguna fuera.
&. 'n una competencia, se pidi! a los participantes llevar una pelota gimnástica a la aotea de un edificio de cinco pisos, desde el punto ( hasta el , para ello cada uno aplic! un m*todo distinto siguiendo la trayectoria representada por líneas punteadas, +en cuál de los cuatro casos se reali! menos tra"a#o '-plica. . Se su"e un tinaco de /0 g a una aote a #alado mediante cuerdas, para lograrlo se invierten 2 133 4 de tra"a#o, +cuál es la altura del edificio /. 5n granio de .2/ g de masa cae verticalmente, suponiendo que la influencia de la gravedad se mantiene constante, +qu* tra"a#o se ha"rá realiado al descender &33 m 0. +6u* tra"a#o realia la gr7a repr esentada en la figura al desplaar el auto si so"re la cadena de arrastre se aplican 0 033 $ de fuera
8. 9urante una mudana, un tra"a#ador levanta desde el suelo hast a sus hom"ros, a una altura de 183 cm, una ca#a con li"ros cuya masa es de /3 g. osteriormente, con la ca#a en alto se desplaa horiontalmente ; m hasta el cami!n en donde deposita la carga. 9urante el movimiento: a) reali! tra"a#o tra"a#o al al desplaarse levantar la ca#a +Cuánto ") +Se +Se reali! c) Si la respuesta a la pregunta anterior fue negativa, +so"re qu* se realia el tra"a#o al desplaarse ;. Se de#a caer una pelota con una masa de 103 g desde una altura de m, re"ota en el suelo y alcana una altura de &.23 m. 9etermina: a) 'l tra"a#o realiado durante la primera caída. ") 'l tra"a#o al re"otar y alcanar la altura má-ima. 2. +Cuánto tra"a#o se requerirá para hacer su"ir un elevador de 11 333 $ hasta una altura de 23 m Si el elevador tard! 1.0 min en llegar a esa altura, +con qu* potencia se desarroll! el tra"a#o <. 5n tra"a#ador empu#a "arriles de cervea con una fuera horiontal de &3 $ so"re una rampa de 13 m de longitud, la cual forma un ángulo de 3= respecto al suelo. 9etermina: a) +Cuánto tra"a#o ha realiado el hom"re ") Si tard! 10 s en su"ir el "arril por la rampa, +qu* potencia desarroll! 13.5n hom"re puede desarrollar una potencia má-ima de 3.&0 > ?128.0 @), si tard! &3 s en mover horiontalmente una carga de 13 g, despreciando los efectos de fricci!n, determina: a) realiado. ") 'l %a tra"a#o distancia que recorri! la carga. 2. Interconversión, transerencia y conservación de la energ!a mecánica.
11. (l correr, un elefante y un rat!n poseen la misma cantidad de energía cin*tica, por ello, la velocidad del rat!n comparada con la del elefante de"e ser: a) ") c) d)
Aayor. Aenor. Bgual a cero. Bgual para am"os.
1&.'l tra"a#o mecánico está definido por el producto de la fuera resultante y
a) ") c) d)
%a rapide. %a trayectoria. %a aceleraci!n. 'l desplaamiento.
1.%a rapide de desplaamiento de un caracol es de 1.0 mh, mientras que la de una tortuga es de / mhD sus13 masas &0 g yque & g, respectivamente. desplaa so"re una ta"la de m deson longitud forma un ángulo de Si &3=se respecto de la horiontal, determina: a) 'l valor de su energía cin*tica. ") %a energía mecánica en la parte media del recorrido. c) 'l valor de la energía potencial al llegar al e-tremo de la rampa. 1/.Seg7n científicos de la 5niversidad 4ohn Aoores de %iverpool, la rapide media de un "al!n de f7t"ol para no fallar un penal de"e ser de &; ms. Si la masa del esf*rico es de /3 g, +cuál será el valor de la energía cin*tica Si esta cantidad de energía se utiliara para hacer su"ir verticalmente a la pelota, +qu* altura alcanaría 10.Spiderman se mantiene a 3 m del suelo sostenido por su telaraña, de pronto, el 9uende Eerde corta la cuerda y el superh*roe cae li"remente sin más telaraña en su dep!sito. Si la masa de eter arer es de ;0 g, +con qu* rapide chocará contra el suelo 18.5na ham"urguesa con queso tiene un aporte energ*tico de apro-imadamente 33 cal, +qu* distancia tendría que caminar una persona si deseara quemar estas calorías Sup!n una rapide al caminar de ; mh. 1;.Si la energía que aporta una ham"urguesa se utiliara para elevar una masa de 1 g, +qu* altura alcanaría el cuerpo Si el trans"ordador espacial tiene una masa de 13/ &8 g, apro-imadamente, +cuántas ham"urguesas se requerirían para llegar a la estaci!n espacial internacional que se encuentra a 83 m dehacerlo la Fierra 12.9etermina la cantidad de energía cin*tica que se li"eraría si un auto, con una masa de 1 033 g, se desplaara a 1&3 mh y chocara.. 9etermina, para un pasa#ero de 83 g, de qu* altura equivaldría caer de"ido al impacto que sufriría si no tra#era el cintur!n de seguridad puesto. 1<.'n una ca#a de cereal se indica que el aporte energ*tico es de 10 4g. +Cuánto cereal de"erá consumir un corredor de marat!n para recorrer los /&.&<0 m de la prue"a Considera una rapide de 0.& ms y una masa corporal de 80 g.
&3.9etermina cuál es la potencia de una "om"a de agua que puede "om"ear m de agua cada hora hacia un tinaco que está a una altura de 03 m ?G agua H 1 333 gm).
". #scalas de temperatura y aumento de temperatura.
&1.(l estar en contacto nuestro sentido del tacto con el am"iente, por medio de la piel, lo que podemos perci"ir es: a) ") c) d)
'l calor que hay. %a energía del medio. %a temperatura del medio. 6u* tan frío o caliente está el medio.
&&.9e manera general, se ha o"servado que al aumentar la temperatura de algunas sustancias, por e#emplo un metal, su volumen se incrementa, a esto se le conoce como dilataci!n volum*trica. 'sto se de"e a que las partículas de la sustancia se a) ") c) d)
Separan. Contraen. Ieducen. Jusionan.
&.'l term!metro de mercurio funciona porque al poner en contacto el "ul"o del tu"o con un sistema, el metal líquido. a) ") c) d)
S!lo cede energía. S!lo reci"e energía. Cede o reci"e energía. $o intercam"ia energía.
&/.(l aumentar la temperatura de un sistema, la energía cin*tica media de sus partículas: a) ") c) d)
(umenta. 9isminuye. 's constante. Se transforma.
&0. Si se agitara vigorosamente una masa de agua, ca"ría esperar que su temperatura: a) (umente. ") 9isminuya. c) $o cam"ie.
d) Se transfiera. &8.'n un sistema, respecto a las partículas que lo forman, un term!metro sirve para determinar: a) 'l calor que tienen. ") Cuánta energía poseen. c) rapide con se mueven. d) %a %a variaci!n de la suque energía cin*tica. &;.9etermina el valor de equivalencia de las siguientes temperaturas: Temperatura Jusi!ndelalcohol Aínima en la(ntártida ?y en la Fierra) Jusi!n del agua AediadelplanetaFierra $ormaldelcuerpohumano Aá-ima del desierto del Sahara '"ullici!ndelagua
Jusi!ndela7car?caramelo) Jlama aul de una estufa ?gas natural) Jusi!n del cloruro de sodio ?sal com7n) '"ullici!ndelco"re AediasuperficialdelSol
T$%&' K11;
T$('
12.<0 3 &22.10 L; 02 ;.10 <03 1 /80
//8.10 &2;.10 0;23
&2.'n el e-perimento de 4oule, la energía potencial de un par de pesas al caer se transmitía mediante un e#e a un con#unto de paletas que agita"an agua logrando incrementar en 1 =C su temperatura, concluyendo que 1 cal H /.128 4. 9esde qu* altura se de"erá de#ar caer una pesa de 1 g para aumentar en 1 =C la temperatura de la masa de agua. &<.9e la vida real: en la etiqueta de una lata de leche evaporada se indica que la energía que aporta el alimento es de 118 cal, que equivalen a /< 4, +es correcta la informaci!n proporcionada 3.'l requerimiento energ*tico "asal para una mu#er de &0 años que vive en un clima templado ?con una Fmedia H &3 =C), con "uena salud y 00 g de masa, es de &3 333 caldía. Si los car"ohidratos aportan 18.;/ 4g, +cuántos gramos de car"ohidratos de"ería consumir para asegurar su requerimiento energ*tico ). *tras ormas de energ!a. #nerg!a solar, su medida transormación.
1.'n el proceso de fusi!n nuclear del hidr!geno, proceso del que se genera la energía del Sol, los átomos de este elemento se
a) ") c) d)
Fransforman completos en energía. 5nen para formar n7cleos más pesados. 9ividen formando partículas más ligeras. Junden, cam"iando de estado de agregaci!n.
&.'l defecto de masa e-plica por qu* la suma de la masa de cuatro átomos de hidr!geno no coincide con la masa del helio despu*s del proceso de fusi!n, esto es de"ido a que: a) ") c) d)
9esaparecen dos neutrones. 9os electrones se desintegran. 'l helio es más grande que el hidr!geno. arte de la masa se convierte en energía.
.%a intensidad de radiaci!n solar es una medici!n que nos indica la: a) ") c) d)
otencia del Sol. 'nergía por unidad de superficie. otencia por unidad de superficie. 'nergía suministrada por unidad de tiempo.
/.Aenciona al menos cinco dispositivos o aplicaciones tecnol!gicas en las cuales el Sol sea la fuente de energía. MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM 0.( nivel macrosc!pico, el tra"a#o se asocia al movimiento de un cuerpo en funci!n de la fuera resultante que act7a so"re *l y su desplaamiento. Sin em"argo, al calentar una masa de agua se sa"e que se está realiando tra"a#o y el recipiente que la contiene no se desplaa, este hecho se e-plica de"ido a que: a) ") c) d)
'l calor se almacena. %a temperatura aumenta. %a energía del sistema se conserva. %as partículas se desplaan más rápido.
8.'l poder calorífico o calor de com"usti!n de una sustancia se define en funci!n de su masa y a) 'l calor li"erado. ") %a energía cin*tica.
c) %a energía potencial. d) %a capacidad calorífica. ;.%a constante de radiaci!n solar es de 1 88 @m &, +en media hora cuánta energía incidirá so"re un panel solar de & 1.0 m de dimensi!n Si la eficiencia de captaci!n de energía del panel es del 11N, +cuánta energía solar se a"sor"e realmente 2.(l e-poner al Sol durante &.3 horas a un recipiente que contiene &3 litros de agua, se o"serv! un cam"io en la temperatura del fluido de &1 a &2 =C. 9etermina: a) %a cantidad de energía transferida y la potencia ?en t*rminos de la energía transmitida). ") 'l índice de radiaci!n solar si la superficie so"re la cual inci dieron los rayos solares fue de 03 cm 3 cm. <.5n secador solar deshidrata grano de caf* a un ritmo de ./ N de p*rdida de agua en masa, respecto de la masa total de la semilla en 8 horas, +cuánta agua se evaporará de 103 g de grano Si se mantiene constante la p*rdida de humedad, +con qu* potencia se lleva a ca"o el tra"a#o de evaporaci!n /3.'n mayor proporci!n es la radiaci!n asociada al calentamiento ?elevaci!n de la temperatura) de los cuerpos e-puestos a la radiaci!n solar a) ") c) d)
Bnfrarro#a. %u visi"le. 5ltravioleta. Ondas de radio.
+. #quilibrio térmico.
/1.(l fluir calor de un cuerpo caliente en direcci!n de un cuerpo frío, se está llevando a ca"o un proceso: a) ") c) d)
Bsot*rmico. (dia"ático. 'spontáneo. $o espontáneo.
/&.'n un sistema, un cam"io de estado termodinámico se lleva a ca"o cuando e-iste una variaci!n de: a) %a presi!n. ") %a energía. c) 'l volumen.
d) %a temperatura.
/.%a %ey cero de la termodinámica hace referencia a: a) ") c) d)
%a conservaci!n de la energía. 'l grado de desorden en un sistema. 'l equili"rio t*rmico para dos cuerpos a diferentes temperaturas. %a imposi"ilidad del flu#o de calor de un cuerpo frío hacia uno caliente.
//.(l flu#o de energía t*rmica de un cuerpo frío en direcci!n de un cuerpo caliente le llamamos proceso a) ") c) d)
Bsot*rmico. (dia"ático. 'spontáneo. $o espontáneo.
/0.9esde sus inicios, la cantidad de energía en el universo a lo largo del tiempo: a) ") c) d)
>a aumentado. >a sido varia"le. >a disminuido. Se ha mantenido constante.
/8.(l aumentar la temperatura de una masa de agua, en sus mol*culas hay un aumento de su energía: a) Cin*tica y química. ") Cin*tica y potencial. c) d) 6uímica Aecánicay ypotencial. química. /;.'l concepto de energía interna de las sustancias es de vital importancia para comprender los cam"ios de estado de la materia, *sta se define como: a) ") c) d)
'l aumento del calor de las mol*culas de una sustancia. %a suma de las energías cin*tica y potencial de las mol*culas. %a energía "asal de las mol*culas, la cual tiene un valor constante. %a variaci!n de la energía cin*tica de las mol*culas de una sustancia.
/2.5n calorímetro contiene un g de agua a 10 =C que se mecla con un g de agua a <3 =C. 5na ve esta"lecido el equili"rio t*rmico, +cuál es el valor de la temperatura de la mecla
/<.Se meclan / litros de agua a &0 =C con un litro de agua a 03 =C, si no consideramos las p*rdidas de energía hacia el am"iente, +cuál sería la temperatura final de la mecla 03.'n un e-perimento se requieren /23 g de agua a & =C. Si se tiene un litro de agua a 23 =C y un litro de agua a 13 =C, +en qu* proporci!n de"erán meclarse para tener la cantidad requerida a la temperatura definida . &onductividad calor!ica y capacidad térmica espec!ica.
01.%a capacidad t*rmica específica define la cantidad de energía t*rmica que una sustancia de"e intercam"iar por unidad de masa antes de variar en 1 =C su temperatura, para una sustancia en particular su valor dependerá de: a) ") c) d)
'l valor de su peso. Su composici!n química. Su valor de energía interna. %a cantidad de calor que posea.
0&.%a capacidad escam"iar decir, lasu cantidad de energía ques!lo unadepende sustanciade: puede ganar o perdert*rmica, antes de temperatura en 1 =C, a) ") c) d)
%a masa y la temperatura final. 'l calor y la temperatura inicial. %a energía y la variaci!n de temperatura. %a composici!n química y la temperatura.
0.'n general, son considerados como los materiales de mayor conductividad calorífica: a) Pases. ") Aetales. c) d) lásticos. Cerámicas. 0/.'l fen!meno de inversi!n t*rmica se srcina, de manera general, cuando una masa de aire frío encierra una masa de aire calienteD la ruptura del fen!meno se da gracias al calentamiento de la masa fría, lo cual sucede por: a) ") c) d)
Iadiaci!n. 9ispersi!n. Conducci!n. Convecci!n.
00.(l calentar una masa de agua y llevarla a e"ullici!n, si se aumenta la flama, sucede que:
a) ") c) d)
(umenta la temperatura del agua. Se incrementa la transferencia de calor. (umentan las corrientes de convecci!n del agua. $o hay intercam"io de calor porque la temperatura no cam"ia.
08.Se suministran & ;33 4 de energía a 203 g de agua, +de cuántos grados será la variaci!n de su temperatura 0;.'n una olla de aluminio de 33 g de masa se depositan % de agua a ;3 =C, suponiendo que la temperatura del recipiente es de &0 =C, es decir, la del am"iente, +qu* cantidad de energía se ha"rá transferido si en un momento la temperatura del recipiente y el agua es de 03 =C ?C esp agua H 1 calg =CD C esp agua H 3.&1; calg =C.) 02.'n un calorímetro que contiene <.0 m% de agua a & =C se agregan 133 g de un metal desconocido cuya temperatura al momento de ser introducido es de <3 =C. Si la temperatura de equili"rio de la mecla es de &< =C, +cuál es el valor del calor específico para el metal, +de qu* metal se trata 0<.5n "loque hierro, masa es deal&8 g, tiene una de 133 =C, +cuál será de el valor decuya su temperatura perder 2 133 4temperatura ?C Je H 3./; 4g Q) 83. 'n un "año en tina se pueden requerir hasta 133 % del vital líquido, la contaminaci!n del agua no es el 7nico pro"lema que se genera, si se deseara dar un "año con agua a ; =C ?temperatura corp oral), +cuánta ener gía se requeriría para llevar el agua hasta esta temperatura si su valor inicial es de & =C Si se usará gas "utano para calentar el agua, +cuánta masa se requeriría del com"usti"le ?R> "utano H 11 200.1; calg) +'sta informaci!n tendrá alguna importancia para cualquiera de nosotros +or qu* -. Transerencia de energ!a. *ndas.
81.%a olaT que organian asistentes en qu* un estadio a eventos deportivos, +puede considerarse una onda los mecánica +or 8&.%a principal característica de una onda de tipo longitudinal es que su direcci!n de propagaci!n respecto de su pertur"aci!n ?oscilaci!n de las partículas) es: a) ") c) d)
$ormal. aralela. (ntiparalela. erpendicular.
8.%a relaci!n de la longitud de onda respecto a la cantidad de energía que se transmite es:
a) ") c) d)
9irectamente proporcional. Bnversamente proporcional. Son independientes una de otra. 9ependientes s!lo en algunos casos.
8/. Si la frecuencia de una onda aumenta y queremos que la velocidad de propagaci!n de la onda permaneca constante, entonces la longitud de la onda de"e: a) ") c) d)
(umentar. 9isminuir. Aultiplicarse. Ser constante.
80.%a velocidad de propagaci!n de una onda mecánica es mayor en un medio: a) ") c) d)
S!lido. %íquido. Paseoso. $inguno, pues es constante.
88.Si se pusieran dos "ocinas, una frente a la otra y se hiciera coincidir a las ondas sonoras, de tal forma que en un momento estuvieran en fase, el efecto que perci"irías sería: a) ") c) d)
Silencio. $inguno. (umento del sonido. 9isminuci!n del sonido.
8;.5na fuente sonora emite un sonido, si a *ste se le redu#era la longitud de la onda en un medio, entonces su frecuencia se a) ") c) d)
9uplica. Cuadriplica. Ieduce a la mitad. Ieduce a un cuarto.
82.(l cam"iar de medio de propagaci!n la velocidad del sonido cam"ia. 'n el aire se desplaa a /3 ms ?&3 =C), si una nota de piano tiene una frecuencia de 1333 >, +de cuánto será su longitud de onda (l cam"iar al agua, su velocidad es de /1/.; ms ?&0 =C), +de cuánto será ahora su frecuencia si se mantiene la longitud de onda 8<.5n cla-on emite una onda sonora de 03 >, considerando que la velocidad del sonido en el aire es de /3 ms, si un auto se apro-ima a ti a / ms mientras suena el cla-on, +cuál será la frecuencia del sonido
;3.5na onda sísmica se propaga con una rapide media de / ms, si su frecuencia es de 23 >, +cuál será el valor de su longitud de onda Si la distancia de separaci!n entre el epicentro de un sismo y una ciudad es de 23 m, +en cuánto tiempo perci"irán el movimiento en la ciudad
. #iciencia de máquinas mecánicas, t érmicas y bioqu!micas.
;1.(l mantenerse funcionando un motor de com"usti!n interna, una fracci!n del calor li"erado de la fuente caliente se convierte a tra"a#o, esta cantidad en relaci!n del total de energía li"erada determina: a) ") c) d)
'l equivalente t*rmico. 'l calor de com"usti!n. 'l equivalente mecánico. %a eficiencia de la máquina.
;&.%a suma del calor li"erado de la fuente caliente más el calor disipado y el tra"a#o mecánico, para una máquina t*rmica funcionando, es un valor a) ") c) d)
Earia"le. $egativo. Constante. Bndeterminado.
;.5no de los inconvenientes de las máquinas t*rmicas actuales es su "a#a eficiencia, otro es que la gran mayoría utilia com"usti"les f!siles. +6u* pro"lemas generan estas contrariedades +Fienen soluci!n ;/.'n un día caluroso a alguien se le ocurri! una "rillante idea: si de#a"a a"ierto el refrigerador y cerra"a puertas y ventanas la temperatura de la casa disminuiría. Si consideramos a la casa como un sistema que s!lo intercam"ia energía, +la temperatura de la casa realmente disminuirá +or qu* ;0.5na máquina tra"a#a con vapor de agua que entra a 103 =C, si la temperatura del agua de salida es de 0; =C, +de cuánto será su eficiencia te!rica
;8.5na persona consume 2 cal en un día, si utilia &.0 cal para generar tra"a#o y mantener sus funciones vitales "ásicas, +de cuánto será la eficiencia de conversi!n ;;.5na máquina funciona con una eficiencia del /3 N, si la temperatura del foco frío es de 33 Q, +de cuánto de"e ser la temperatura del foco caliente
;2.5n congelador tra"a#a a K/ =CD si la temperatura de salida es de 23 =C, +cuál será le eficiencia de la "om"a de calor ;<.Se diseña una máquina t*rmica que utiliará vapor a 1<; =C y se espera que tra"a#e con una eficiencia del &0 N, +cuál será la temperatura del agua a la salida 23.5n motor dedegasolina consume 8 %333 de com"usti"le cada hora, si el calor de com"usti!n la gasolina es de /; 4g y si la eficiencia má-ima del motor es de &0 N, +cuál será la temperatura de los gases de com"usti!n a la salida ?Ggasolina H 823 gm ). Si el motor funcionara "a#o las mismas condiciones pero empleando hidr!geno como com"usti"le, cuyo calor de com"usti!n es de 1/& A4g, discute, investiga y responde: +qu* venta#as tendría esto +cuáles serían las desventa#as ?Ghidr!geno H 3.3;1 gm)
