Proyecto final Física Instituto IACC
Desarrollo
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. 5 N
(c) Argumentación:
b. 10 N c. 15 N
d. 20 N
La lectura indicará 15 N, ya que la pesa de 15 N esta sobre la báscula y la 10 N no es capaz de levantarla y restarle peso
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? a. 0 N
(d) Argumentación:
b. 10 N c. 15 N d. 20 N
El dinamómetro indicará 20 N, ya que las fuerzas se suman.
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.
Resolución matemática:
Argumentación:
Datos:
Con los datos entregados se realiza el cálculo que indica la fuerza total que se aplica para subir el bloque, además con el peso de la masa obtenemos un tercer vector que muestra la fuerza que ejerce la fuerza de gravedad, el cual tiene un componente 0 y un componente negativo, ya que la gravedad solo mueve las cosas hacía abajo, por lo cual esta fuerza se resta a la fuerza ejercida por las cuerdas, lo cual
= (−,) = (,) = + = (−16 +32,45 +24) + = (,) = ∗. / = ,
Sumatoria, indica la fuerza total que se aplica para subir el bloque:
Con el dato de masa, realizamos el siguiente cálculo, obteniendo una fuerza contraria a la fuerza ejercida por los vectores V 1 y V2:
Componente x= 0
Componente y= -117,6
= (0,−117,6) Este valor lo sumamos a los valores de fuerza de V 1 y V2:
+ + = (− + +, + −,
+ + = (,−,)
nos muestra que el valor de la componente y de la sumatoria total es de -48 N, al ser un valor negativo indica que la fuerza aplicada a las cuerdas no es capaz de hacer subir el bloque.
4. Una onda transversal viaja en una cuerda hacia la derecha. ¿Cuál de las siguientes no es transportada por la onda? a. Energía
(c) Argumentación:
b. Información c. Masa
La cuerda transporta energía, información y momentum, pero no así masa
d. Momentum
5. Entre las siguientes propiedades de una onda armónica, la única que no depende de las demás es: a. La amplitud
(d) Argumentación:
b. La frecuencia c. La longitud de onda d. La velocidad
La velocidad de la onda no depende de las demás ya que esta se propaga a una velocidad constante
6. El sonido no puede propagarse en:
a. Los líquidos
(d) Argumentación: El sonido se propaga a través de un medio
b. Los sólidos
material como los líquidos, los sólidos, los gases, etc. En el vacío no
c. Los gases
se puede propagarse ya que no existe un medio material para dicho
d. El vacío
propósito.
7. Cuando la luz viaja no lleva nada consigo más que oscilaciones de campo: a. Eléctrico y magnético
(a) Argumentación: La luz es una onda electromagnética,
b. Mecánico
la cual tiene la propiedad de propagarse en el vacío. Un
c. Electrostático
ejemplo claro de esto es la luz que vemos de las estrellas,
d. Frecuencial
la cual viaja por el espacio vacío hasta la tierra.
8. La energía cinética de un cuerpo: a. Es una magnitud vectorial
(c) Argumentación:
b. No depende del marco de referencia c. No depende de la dirección del movimiento d. Aumenta cuando se le aplica una fuerza
9. Una fuerza es conservativa si:
Al aplicar una mayor fuerza sobre un cuerpo, mayor será su velocidad de desplazamiento, por lo tanto, su energía cinética también será mayor.
(a) Argumentación:
a. Se conserva la energía cinética del cuerpo sobre el cual actúa
Se conserva la energía cinética del cuerpo al
b. El trabajo que realiza es siempre
cual se le aplico una fuerza
positivo c. Conserva su magnitud y sentido d. El trabajo que realiza sobre un cuerpo es independiente de la trayectoria
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:
= 1 ℎ==12 480
Con los datos entregados realizamos el cálculo de velocidad que tendrá el carro desde su punto de partida hasta el punto A, luego asumiremos el punto A como la velocidad inicial para calcular el punto B y por último tomaremos el punto B como la velocidad inicial para calcular el punto C
Datos:
= ∗∗ = 12 ∗480∗(1 ) = 240 ∗1 =240 = ∗∗ℎ
Energía cinética inicial:
Energía potencial inicial:
= 480 ∗9, 8 ∗12 ==56448 ∗ ∗ = 12 ∗480∗ = 240∗ = ∗∗ℎ = 480 ∗9, 8 ∗4, 9 = 23049,6 = + = + 240240 +56448 +56448 −23049, = 2406 ∗ = 240∗ + 23049,6 33638, 4 = 240∗ 3638,4 = 140,16[ ] = 3240 = √ 140,16[ ] = 11,8
Energía cinética final:
Energía potencial final:
Ecuación de conservación de energía
La velocidad que tendrá el carro en el punto A es de 11,8 [m/s]
Para calcular la velocidad que tendrá el carro en el punto B tomamos como velocidad inicial los 11,8 [m/s] del punto A, datos:
= 11,8 ℎ==4,480 9
= ∗∗ = 12 ∗480∗(11,8)
Energía cinética inicial:
= 240 ∗139,24 = 33417, 6 = ∗∗ℎ = 480 ∗9, 8 ∗4, 9 = 23049,6 1 = ∗ ∗ = 2 ∗480∗ = 240∗ = ∗∗ℎ = 480∗9, 8 ∗1, 8 = 8467,2 = + = + +23049, 33417, 6 6 = 240∗ + 8467,2 −8467, 33417,6 +23049, 6 2 = 240∗ 48000 48000 = 240∗ = 240 = 200[ ] = √ 200[ ] = 14,14
Energía potencial inicial:
Energía cinética final:
Energía potencial final:
Ecuación de conservación de energía
La velocidad que tendrá el carro en el punto B es de 14,14 [m/s]
Para calcular la velocidad que tendrá el carro en el punto C tomamos como velocidad inicial los 14,14 [m/s] del punto B, datos:
= 14,14 ℎ==1,4808
= ∗∗ = 12 ∗480∗(14,14 ) = 240∗199,9 = 47976 = ∗∗ℎ = 480 ∗9, 8 ∗1, 8 = 8467,2 1 = ∗ ∗ = 2 ∗480 ∗ = 240 = ∗ ∗∗ℎ = 480 ∗9, 8 ∗9, 9 = 46569,6 = + = + +8467, 47976 2 = 240∗ + 46569,6 47976 +8467, 2 −46569, 6 = 240 ∗ 9873, 9873, 6 6 = 240 ∗ = 240 = 45,73[] = √ 41,14[ ] = 6,41
Energía cinética inicial:
Energía potencial inicial :
Energía cinética final:
Energía potencial final :
Ecuación de conservación de energía
Por lo tanto, la velocidad que tendrá el carro en el punto C es de 6,76 [m/s]
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 ligth. 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 cinética del cuerpo sobre el cual actúa
(d) Argumentación:
Las latas de coca cola normal y ligth son
b. Las dos latas son hechas de metales de diferentes densidades
hechas del mismo material, que una flote y la otra no, se debe al contenido de azúcar,
c. La clásica tiene mayor presión de gas que la ligera
ya que esta aumenta la densidad en la coca cola
normal
debido
a
que
contiene
la
aproximadamente cerca de 40 gramos de
clásica hace que su densidad sea
azúcar, en cambio la coca cola ligth cerca de
mayor
un gramo y su densidad es muy parecida a
d. El contenido de
azúcar
de
la densidad del agua es por esto que flota.
12. El río Amazonas 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:
= ∗ = 3 000 000 ,ℎ = 210, = 2 000∗210 = 420 000 3 000 000 = ∗420 000 3 000 000[ ] = 420 000 = ,
Para solucionar el ejercicio se ocupa la fórmula cálculo de caudal: Punto 1:
La velocidad del río en el punto 1 es de 7,14 m/s
Punto 2:
= 3 000 000 ,ℎ = 240, = 3 900∗240 = 936 000 3 000 000 = ∗936 000 ] 3 000 000[ = 365 000 = ,
La velocidad del río en el punto 2 es de 3,21 m/s
Punto 3: = 3 000 000 ,ℎ = 310, = 5 600∗310 = 1 736 000 3 000 000 = ∗1 736 000 ] 3 000 000[ = 1 736 000
= ,
La velocidad del río en el punto 3 es de 1,73 m/s
13. Dos sistemas están a la misma temperatura cuando: a. Tiene la misma cantidad de calor b. Tiene la misma presión y el mismo volumen c. Se encuentra en equilibrio térmico
d. Al ponerlos en contacto la energía
(c) Argumentación:
Cuando se ponen en contacto dos cuerpos y entre estos no hay transferencia de calor, decimos que se encuentran en equilibrio térmico y por lo tanto que tienen la misma temperatura.
que pierde uno es igual a la energía que gana el otro
14. Un estanque sellado de agua se encuentra a 350° [K], determine el estado del agua (vapor, líquido o hielo). Resolución matemática:
= ° +273, 1 5° 350° = ° +273, 1 5° ° = 350°−273,15° ° = 76,85°
Argumentación:
El agua se encuentra en estado líquido ya que su temperatura en °C es mayor que su punto de congelamiento (0°C) y menor que su punto de evaporación (100°C)
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? a. Enfriando
(b) Argumentación:
b. Calentando
La forma más sencilla sería calentando la
c. Ni calentando ni enfriando
tuerca de manera suficiente para que el
d. Calentando o enfriando
metal experimente una dilatación térmica, lo cual generará una expansión en su longitud y volumen, lo que reducirá la presión entre la tuerca y el tornillo, siendo más fácil su separación.
16. Según la primera ley de la termodinámica en la expresión Δ =
a.
es el calor suministrado al sistema y el calor efectuado por el sistema b. es el calor cedido por el sistema y el trabajo efectuado por el sistema c. es la potencia suministrada al sistema y el calor cedido por el sistema d. es la energía potencial en el sistema y es el trabajo cedido por el sistema
−
(b) Argumentación:
La fórmula indica que Q es el calor que cede o pierde el sistema y W es el trabajo que efectúa el sistema sobre el entorno, por eso el signo es negativo, ya que es energía que el sistema pierde.
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.
Resolución matemática:
+ = ∗ ∗∆ ]∗20∗ (34° −20°) = 4190[∗° ]∗20 ∗14° = 4190[∗° = 1 173 200
Argumentación:
El trabajo realizado por el motor es de 1173200 J, para que su temperatura final sea de 34°C, sin perdidas en el sistema.
18. Cuando se conectan tres resistencias idénticas en paralelo, resulta una resistencia equivalente de 9Ω. Si las mismas resistencias se conectan ahora en serie, la nueva
resistencia equivalente será: a. 3 Ω b. 9 Ω c. 27 Ω d. 81 Ω
(d) Argumentación: Resistencias en paralelo:
1 = 1 + 1 + 1 1 = 27Ω1 + 27Ω1 + 27Ω1 Ω = 271 + 271 + 271 Ω = 0,037+0,037+0,037 Ω = 0,111 = 0,1111 Ω = 9Ω Ω Ω, = + + = 27Ω+27Ω+27Ω = 81Ω
Con este cálculo vemos que las resistencias de 27 en paralelo dan una resistencia total de 9 y en serie :
19. Para el circuito de la siguiente figura determine la resistencia total y luego determine la corriente que la batería le entrega al circuito.
Resolución matemática:
= + + = + + = + + = ,+,+, = , = , = , = + = + = + = ,+, = , = , = ,
Ilustraciones de circuitos:
La resistencia total del circuito es de
= + =1, =01, Ω+1,51 Ω = ∗ 12 = 12∗2,52 Ω = 2,52 Ω = , , ,
La corriente que entrega la batería al circuito es de
20. Determine la resistencia total entre los puntos a y b.
Resolución matemática:
==1Ω+3Ω+5Ω + + = 9Ω
Ilustraciones de circuitos:
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 termodinámica. Física. Semana 4.
IACC (2017). Termodinámica: temperatura, calor y primera ley de termodinámica. Física. Semana 5.
IACC (2017). Termodinámica: temperatura, calor y primera ley de termodinámica. Física. Semana 6.
IACC (2017). Electricidad: Ley de Ohm. Física. Semana 7. IACC (2017). Electricidad: Ley de Ohm.
IACC (2017). Electricidad: Circuitos eléctricos. Física. Semana 8.
Fuerza de gravedad. Recurso adicional. Física. Semana 1.
Vectores. Recurso adicional. Física. Semana 1.