Física
3
Preguntas Propuestas
Física Fenómenos térmicos
1.
T (º (º C)
Un recipiente cuyo equivalente en agua es 40 g contiene 160 g de agua y todo el conjunto se encuentra a 30 ºC. Luego en este sistema se hace ingresar un pequeño trozo de metal de 50 g (C e=0,4 cal/g ºC) a 140 ºC; ¿cuál será la temperatura de equilibrio?
Q(kcal)
0
A) 32 ºC D) 46 ºC 2.
C) 40 ºC E) 50 ºC
En un calorímetro de capacidad calorífica despreciable se tienen m gramos de agua a 20 ºC. En el se vierte 2 m gramos gramo s de agua a 90 ºC. DeD etermine la temperatura de está ultima muestra cuando la primera este a 50 ºC. A) 80 ºC D) 65 ºC
3.
B) 36 ºC
B) 75 ºC
A) 120 ºC D) 220 ºC 6.
C) 70 ºC E) 60 ºC
B) 1,8 kg
B) 150 ºC
C) 180 ºC E) 250 ºC
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se mezclan 2 muestras de agua de igual masa. La gráfica muestra como varían las temperatura de ambas muestras con el calor. Determine la composición final de la mezcla. (º C) T (º
Un cubo hielo de 3,6 kg, que se encuentra a – 20 ºC, se introduce en un estanque de agua que se encuentra a 0 ºC. ¿Qué cantidad de de hielo se tiene en el equilibrio térmico? A) 0 D) 3,6 kg
10Q
Q
Q(kcal)
0
Q
[Q+21,6]
C) 3,15 kg E) 4,05 kg – 40
4.
En un recipiente de capacidad calorífica despreciable se tiene 0,4 litros de agua a 20 ºC. Determine la cantidad de hielo a – 10 ºC que se debe hacer ingresar para lograr en el equilibrio térmico, que se tenga 0,3 litros de agua líquida. A) 4 kg D) 2,4 kg
B) 3,6 kg
A) 540 g de vapor B) 270 g de agua líquida y 270 g de vapor. C) 540 g de agua líquida D) 370 g de agua líquida y 170 g de vapor E) 170 g de agua líquida y 270 g de vapor
C) 3,2 kg E) 2 kg 7.
5.
La gráfica muestra como varía la temperatura del vapor de agua conforme disipa calor mienm ientas se enfría y posteriormente se condensa. Determine la temperatura inicial del vapor. (C e(vapor)=0,5 cal/g ºC)
Una varilla de 2 m de longitud y 1 kg es calentada suministrándole 200 Kcal. Determine su longitud final. (Ce=0,2 cal/g ºC; a=4×10– 5 ºC –1). A) 2,04 m D) 2,08 m
B) 2,05 m
C) 2,06 m E) 2,1 m
Física temperatura tura de 0 ºC se llena llena con mercurio mercurio 8. A la tempera
12. En un proceso isotérmico, la presión de un gas
un recipiente de vidrio cuyo volumen es 1 litro. Luego, el sistema se calienta hasta 300 ºC. Determine la cantidad de mercurio que se derrama. (a vidrio=8×10 – 6 ºC – 1; aHg=6×10 – 5 ºC –1)
ideal varía de 106 Pa a 105 Pa, ¿qué sucede con la densidad de aquel gas?
A) 15,6 cm 3 D) 31,2 cm3 9.
B) 23,6 cm3
C) 1,56 cm3 E) 46,8 cm3
Un cuerpo flota parcialmente sumergido en un líquido. ¿Qué ocurre con el volumen sumergido al calentar el sistema? ( acuerpo=2 alíquido) A) disminuye B) no cambia C) aumenta D) se duplica E) se reduce a la mitad
A) aumenta en 10% B) disminuye al 10% C) aumenta en 90% D) disminuye al 90% E) no varía 13. Un gas ideal monoatómico sigue el proceso
mostrado en la gráfica. Determine la relación entre el calor absorbido y el trabajo realizado por el gas. P
10. Se muestra un bloque cúbico de 2 kg y arista 40 cm con C e=0,1 cal/g ºC y a=10 – 3 ºC–1.
A) 2,5 B) 1,6 C) 3,0 D) 4,5 E) 5,8
P0
Determine la cantidad de calor que se le debe suministrar para incrementar su temperatura en 100 ºC. ( g=10 m/s2; 1 cal ≈ 4,2 J).
3V 0
V 0
V
14. Respecto a los procesos adiabático e isotér-
A) 19,986 J B) 20 000,4 J C) 40 869,6 J D) 84 000,0 J E) 83 999,6 J
mico mostrado, indicar la(s) proposición(es) correctas(s). Superficie termicamente aislante
P( Pa)
300
b
Termodinámica
11. El gas ideal mostrado recibe calor a razón
de 100 cal/s y para el intervalo i ntervalo de tiempo D t=1 min. su energía interna se vio incrementada en 5080 J. Calcule la cantidad de trabajo desarrollado por el gas ideal. (1 cal= 4,18 J).
A) 10 kJ D) 32 kJ
B) 16 kJ
C) 20 kJ E) 40 kJ
100
a
c
(m V (m 2
3
)
3
I. Con relación a los trabajos realizados ( W ), ab|=|Wbc| se cumple |W ab II. Respecto a la energía interna ( v ), se tiene que va < v b= vc. III. El espacio que ocupa el gas en el estado b es la tercer parte de lo que ocupa en el estado c. A) VVV D) VVF
B) FVV
C) FFV E) VFV
Física 15. La gráfica volumen - temperatura ( v - t) que
17. La gráfica muestra el ciclo seguido por un sis-
se muestra es para un gas ideal. Si la presión inicial del gas fue P A=100 kPa y en el proceso A B recibió 80 kJ de energía en forma de calor; ¿cuánto fue el calor recibido por el gas C ? durante el proceso B
tema termodinámico en donde se muestran los siguientes procesos
(m V (m
P
1
3
)
3 C
0,6
4 A
B
V
(K) T (K) T
2T
3T
A) 40 kJ D) 120 kJ
B) 80 kJ
C) 100 kJ E) 200 kJ
16. A partir de la gráfica que muestra muestra el comporta-
miento de un gas ideal, indicar verdadero (V) o falso (F).
A
P1
Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda. (V : energía interna; W : trabajo) I. W 123 > O II. U 2 > U 3 III. En 3 → 4 el sistema termodinámico se enfría. A) VVF D) VVV
B) FVV
18. La sustancia con la que trabaja una máquina
B
P(kPa)
C V V 2
V 1
I. En el caso de cumplirse P1 · V 1= P2 · V 2 se puede afirmar que DU ABC =0. II. En el proceso AB el gas absorbe energía térmica. III. La cantidad de trabajo desarrollado por el gas en el proceso AB es mayor que en BC . A) FFV D) FVF
B) VVF
C) VVV E) FVV
C) FFV E) FVF
térmica cíclica sigue el ciclo mostrado: dos procesos isobáricos y dos procesos isométricos. ¿Cuál será la eficiencia de una máquina térmica de Carnot que opere con los mismos depósitos de temperatura elevada y baja?
P
P2
2
1 → 2: isobárico 2 → 3; 4 → 1: adiabática 3 → 4: isócoro
250
150
650 K 1
2
4
3 V (10 (10
1,75
A) 26,7 % D) 53,3 %
B) 42,6 %
2,25
C) 50 % E) 67,6 %
–2
m3)
Física 19. Una máquina térmica tiene como focos de
temperatura 2 T y T . La máquina recibe por ciclo Q joules de calor. Si disipa por ciclo un 50 % más de la mínima cantidad de calor que podría disipar; determine su eficiencia. A) 20 % B) 25 % C) 30 % D) 40 40 % E) 50 %
Y
0
+
+
+
+
+
+
+
+
X
A) 0,5 mC B) 1 mC C) 1,5 mC D) 2 mC E) 4 mC
20. La gráfica temperatura - volumen [ T - V ] mues-
tra el ciclo termodinámico de máxima eficiencia posible seguido por un gas ideal. Sabiendo que por cada ciclo se obtiene un trabajo neto de 60 kJ; determine la eficiencia del ciclo y la cantidad de calor que se disipa en 5 ciclos.
electri22. Se tiene una pequeña esfera de radio r electrizada con +12 mC y otra de radio 2 r electrizada electrizada con – 2 mC. Estas son puestas en contacto y luego separadas 27 cm; ¿cuál es el módulo de la fuerza eléctrica entre ellos? ( r =1 =1 cm)
T (K) (K)
A) 1,2 N D) 0,5 N
3T
B) 0,8 N
C) 1,6 N E) 0,2 N
23. Se muestran 2 pequeñas esferas, ambas elec-
2T
V
A) 33,3%; 120 kJ B) 66,6%; 120 kJ C) 33,3%; 600 kJ D) 66,6%; 600 kJ E) 33,3%; 900 kJ Electrostática Electrostática I
trizadas con + q y unidas por un resorte aislante, que inicialmente está deformado 20 cm. Luego, la cantidad de carga de ambas esferas se cuadruplica, siendo este proceso lento. Como consecuencia de esto la deformación del resorte también se cuadruplica. Determine la longitud natural del resorte.
+ q superifice lisa y aislante
21. Un alambre de 2 m de longitud se encuentra
electrizado de tal forma que su densidad lineal de carga (λ) varía de acuerdo a λ=(0,5 x) mC/m x: se expresa en metros. Determine la cantidad de carga total en el alambre.
A) 10 cm B) 20 cm C) 40 cm D) 80 cm E) 100 cm
+ q
Física 24. Una varilla aislante de masa despreciable tiene
incrustada 2 partículas electrizadas con + q1 y q2 respectivamente. Si el sistema se encuentra en equilibrio con la varilla articulada en su punto medio, determine la relación q1 / q2. + q2
A) 3/4 B) 9/16 C) 81/256 D) 64/27 E) 256/81
A) D)
σ
B)
2εo
2σ
C)
εo
εo
4σ
E)
εo
dos partículas electrizadas en reposo. Determine el módulo de la tensión en el hilo aislante.
+Q L
– 8µ C
37º
6
E =5×10 =5×10 N/C
25. Para el sistema mostrado, determine el módu-
lo de la intensidad de campo eléctrico en A. Considere
α =
kQ 2
L
; Q > 0.
A) 64,125 N B) 271,36 N C) 83,575 N D) 94,225 N E) 102,575 N
L +Q
30º
A
30º
28. Se muestra una partícula electrizada y de masa
despreciable que está incrustada en un bloque de 2 kg. Si este último se mueve horizontalmente en un campo eléctrico homogéneo, determine la cantidad de carga de la partícula. (mk=0,5; g=10 m/s2; F =30 =30 N)
L
+Q
D)
13α 7
16º
– 8µ C
–Q
13
4εo
27. Se muestra un campo eléctrico homogéneo y
+ q1
7α
σ
5 cm 37º
A)
σ
B)
5α 12
C) E)
12α 5
a=4,5 m/s2
α
4
µ K
=20×105 N/C E =20×10
q F
26. Una esfera conductora se encuentra electriza-
da de manera que presenta una densidad superficial de carga σ. Determine el módulo de la intensidad de campo eléctrico en un punto cercano a la superficie de la esfera. εo: Constante de permitividad dieléctrica del vacío.
37º
A) +2 mC D) –5 mC
B) –2 mC
C) +5 mC E) +10 mC
Física 29. En A, una partícula de masa m es lanzada de
manera que sigue la trayectoria mostrada si el campo eléctrico es homogéneo, indique verdadero (V) o falso (F) para las siguientes proposiciones
Electrostática II
31. Se muestran las líneas de fuerza para un cam-
po eléctrico. Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda.
E A
q
v B
D
2 L
L
I. L a partícula es negativa. II. Se verifica 2 W AcamBpo →
=
campo W A→ D
III. El tiempo que la partícula emplea parar ir desde A hasta D es mv q E
y
x
(
3
I. El campo eléctrico es homogéneo. II. El campo eléctrico es más intenso es x que en y. III. El potencial eléctrico en y es mayor que en x. A) FVV D) VVV
)
+1
B) FVF
C) FFF E) VFV
32. De acuerdo con el sistema de partículas mos-
A) VFV D) FFF
B) VVV
C) VFF E) FVV
trado, indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda para cada una de las siguientes proposiciones. (Q > q).
30. Determine la relación entre los módulos de las
intensidades de campo eléctrico en los punto A y B. Considere cascarones esférico conductores. +2Q
+Q
a
– q
b
c
d
I. En a la intensidad de campo eléctrico puede
–Q
ser nula mas no el potencial eléctrico. II. En b la intensidad de campo eléctrico y el R /2
2 R
R
potencial eléctrico puede ser nulos.
R B
A
III. En c el potencial eléctrico puede ser nulo más no la intensidad de campo eléctrico. IV. IV. En d la la intensidad de campo eléctrico y el potencial eléctrico pueden ser nulos.
A) 1 D) 2
B) 1/4
C) 4 E) 1/2
A) FFVV D) VVVV
B) FFFF
C) VVVF E) FVVF
Física 33. El potencial eléctrico a la largo del eje x se
expresa de la siguiente forma V x
=
9 ( x + 2)
kV
x: se expresa en metros.
Determine la intensidad de campo eléctrico en 5m la posición x
= −
A) 1
kV
D) 3
B) 1
(+ )
m
kV m
(– )
kV m
(– )
C)
9
E)
3
36. Una pequeña esfera de 2 kg y electrizada con –10 mC es soltada tal y como se muestra. Otra
pequeña esfera de masa despreciable está electrizada con +10 mC y se encuentra incrustada en un bloque de madera de 1 kg. Determine la rapidez de la primera esfera en el instante en que el bloque pierde contacto con el piso. ( g=10 m/s2).
kV m
(– )
kV m
(– ) g
90 cm
34. En los vértices de un tetraedro regular de lado se
colocan 3 partículas electrizadas, 2 con
cantidad de carga + q y la otra – q. Sabiendo que la energía potencial electrostática del sistema es U , determine el potencial eléctrico en A) 2 m/s D) 3,96 m/s
el vértice vacío. A) 0 D) −
B) +
U q
2 U
C) − E)
q
+
B) 2,48 m/s
C) 3,74 m/s E) 4 m/s
U 37. En el sistema que se muestra, la partícula de
q
2U q
35. El gráfico muestra el comportamiento del po
tencial eléctrico ( V ) versus la posición ( x ). Determine el trabajo de un agente externo para trasladar, lentamente, desde el infinito hasta la posición x = +2 m a una partícula de – 2 mC.
masa m y cantidad de carga – q, orbita alrededor de la partícula fija de cantidad de carga +Q y describe describe una trayecto trayectoria ria circunfer circunferencial encial de raradio r . ¿Cuánto trabajo será necesario desarrollar sobre el sistema para que la trayectoria sea de radio 4 r ? Desprecie efectos gravitatorios. – q
v
V (kV) (kV) +Q
r
15 X (m) (m)
–3
A) +9 mJ D) –18 mJ
A) B) –9 mJ
C) +18 mJ E) +36 mJ
D)
kQq
+
2 r kQq
+
4 r
B)
kQq
−
2 r
C) +
E)
3 kQq 8
−
r
3 kQq 8
r
Física po tencial 38. La gráfica nos muestra como varía el potencial
40. Se muestra un anillo uniformemente electriza-
eléctrico con la posición para un campo eléctrico horizontal. Determine la fuerza eléctrica sobre una partícula de – 4 mC ubicada en la posición x = +2 cm.
do con +2 mC una partícula de 30 g y electrizada con –1 mC se suelta en P. Si despreciamos efectos gravitatorios, ¿cuál será la máxima rapidez de dicha partícula? ( r =30 cm)
(kV) V (kV)
+
+ +
+
10
+
+
O
+
+
X (cm) (cm)
0
r
+
5
P
+ +
+
+
40 cm
A) 0,8 N ( →) D) 1,6 N (→)
B) 0,8 N (←)
C) 1,6 N (←) E) 0,4 N (←)
39. La gráfica nos muestra el comportamiento
de la intensidad de campo eléctrico con la posición para un campo horizontal. Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda. (10 E (10
A) 10 m/s B) 20 m/s C) 25 m/s D) 30 m/s E) 40 m/s Electrodinámica I
3
V/m)
41. Con respecto a las siguientes proposiciones,
8
(m) X (m) –4
0
I. En x
= −
4 m el
potencial eléctrico es mayor
que x = + 2 m. II. La diferencia de potencial eléctrico entre x = 0. y x 4 m es –16 kV. III. En x = + 2 m la intensidad del campo es
= −
+12
kV
.
m
A) FFF D) VVF
B) FVF
C) FFV E) VVV
indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I. Al calentar un metal se incrementa su resistividad eléctrica, debido principalmente, al incremento del movimiento desordenado de los electrones libres. II. La razón principal del incremento de la resistencia eléctrica con la temperatura en un metal es por la dilatación térmica que experimenta el metal. III. Al calentar un metal se pueden liberar electrones y convertirse en electrones libros (efecto termoiónico). A) VVV D) VFV
B) FVV
C) FVF E) FFV
Física 42. En un gas se tiene por cada 2 s un flujo de
46. Se muestran un sistema de resistores conecta-
portadores de carga de +2 mC y en sentido contrario de – 6 mC; determine la intensidad de corriente en dicho gas.
dos en la aristas de un tetraedro. Si la resistencia equivalente entre a y b. es 3,6 Ω, ¿cuál será la resistencia equivalente entre a y c?
A) 1 mC D) 4 mC
B) 2 mC
C) 3 mC E) 6 mC 6Ω 3Ω
43. Un alambre cilíndrico de sección transversal
uniforme presenta una resistencia eléctrica de 40 kΩ. Si el conductor se funde y con el 50 % del líquido se fabrica un conductor del doble de largo, determine su resistencia eléctrica.
c R a 3Ω
R' R'
A) 320 k Ω D) 40 kΩ
B) 160 kΩ
C) 80 kΩ E) 20 kΩ b
44. Si las resistencias equivalentes entre x – y es 20 Ω y entre x – z es 24 Ω; determine la
A) 3,6 Ω D) 1,2 Ω
resistencia equivalente entre x – w. R2
B) 2,4 Ω
C) 2,6 Ω E) 0,8 Ω
47. Cuatro pilas idénticas de resistencia interna r
R1
se conectan en serie y a una resistencia externa R. ¿Cómo varía la intensidad de corriente en la resistencia externa, si cambiamos la polaridad de una de las pilas?
10 Ω
x 5Ω ω
12 Ω 4Ω
y
A) 15 Ω D) 25 Ω
A) no varía B) se duplica C) se cuadruplica D) se reduce a la mitad E) se reduce a la cuarta parte
z
B) 16 Ω
C) 20 Ω E) 30 Ω
45. En el sistema de resistores mostrado, determi-
48. Una fuente se conecta a un resistor externo de
ne la resistencia equivalente entre los puntos x – y. ( R=16 kΩ).
10 kΩ formando un circuito eléctrico simple si se coloca otra fuente, idéntica a la primera y en serie, la corriente en el circuito incrementa su intensidad en 50 %; determine la resistencia interna de las fuentes.
A) 4 k Ω B) 8 kΩ C) 16 kΩ D) 20 kΩ E) 24 kΩ
R
R R
R R
x
R
R R
y
R
A) 20 k Ω B) 15 kΩ C) 10 kΩ D) 5 kΩ E) 2 kΩ
Física 49. En el circuito eléctrico mostrado, la fuente y
los instrumentos son ideales. Luego de cerrar el interruptor (s), indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda.
B) VFF
50. Se muestra parte de un circuito mas complejo.
x
2 A
V
ξ
A 1
2 R
2 R
4Ω
A 2
I. La L a lectura del amperímetro (1) se incrementa. II. La lectura del voltímetro disminuye. III. La lectura del amperímetro (2) es la mitad de la lectura del amperímetro (1).
CLAVES
C) FFF E) FVV
Determine la diferencia de potencial entre x e y.
(S)
R
A) VVV D) VFV
5 A 8Ω
6Ω
3Ω
10 A
5Ω y
A) 48 V D) 66 V
B) 10 V
C) 55 V E) 18 V
