F

FCos

F

Sen

UNIDAD 1: “Practicamos rutinas y normas de convivencia para mejorar nuestros aprendizajes”

COMPETENCIA: EXPLICA EL MUNDO NATURAL Y ARTIFICIAL

BASÁNDOSE EN CONOCIMIENRTOS SOBRE SERES VIVOS. MATERIA Y ENERGÍA, BIODIVERSIDAD, TIERRA Y UNIVERSO

CAPACIDAD: COMPRENDE Y USA

TRABAJO MECANICO

El concepto común que se tiene de trabajo es muy diferente al concepto del trabajo mecánico, esto es, no coincide con el significado físico de esta palabra. Es corriente escuchar a una persona decir: “he realizado mucho trabajo”; pero desde el punto de vista físico, pueda que no haya realizado ningún trabajo. TRABAJO MECÁNICO En física decimos que una o más fuerzas realizan trabajo mecánico cuando vencen la resistencia de otro agente y lo hacen mover de un punto a otro.

La fuerza que aplica la persona si realiza trabajo, ya que vence la resistencia del carro y lo hace mover de un punto a otro. Si La fuerza no transmite movimiento no realiza trabajo, o realiza trabajo nulo. TRABAJO MECÁNICO DE UNA FUERZA CONSTANTE Matemáticamente podemos decir: “El trabajo es igual al producto del desplazamiento por la componente de la fuerza a lo largo del desplazamiento”. El trabajo es una magnitud escalar.

F

V

d

La fuerza F tiene dos componentes, una de ellas es la que transmite el movimiento, esta será la componente

horizontal (FX = F.Cos). Luego esta fuerza es la que desarrolla trabajo.

d)FCos(WF

Donde: F: fuerza que realiza trabajo W: trabajo realizado por F Ө: ángulo entre la fuerza F y el desplazamiento

d: desplazamiento

CASOS PARTICULARES DEL TRABAJO MECÁNICO DE UNA FUERZA CONSTANTE A) Si la fuerza está en el sentido del movimiento (ө = 0°).

d

F

F

mov

Fd)d0º(FCosw

B) Si la fuerza es perpendicular al movimiento (ө = 90°).

d

movF

F

0)dCos90º(FW

C) Si la fuerza está en sentido contrario al movimiento (ө = 180°).

d

F

mov

F

-Fd)dCos180º(FW

Nota:

Toda fuerza en el mismo sentido del movimiento desarrolla trabajo positivo. (trabajo motriz)

Toda fuerza perpendicular al sentido del movimiento no desarrolla trabajo. (trabajo nulo)

Aquellas fuerzas opuestas al sentido del movimiento desarrollan trabajo negativo (trabajo resistivo).

Unidades del Trabajo mecánico En el M.K.S : Newton x m = Joule (J) En el C.G.S: Dina x cm =Ergio (Erg) Equivalencia: 1 Joule = 10 7 Ergios TRABAJO NETO O TRABAJO TOTAL Viene a ser la suma de todos los trabajos independientes que desarrolla cada fuerza en el sistema físico en estudio.

d)F(W trabajondesarrollaqueNETO

2

F(N)

x(m)1280

14

37º

F

º37

m8A

B

C

TRABAJO MECÁNICO DE UNA FUERZA VARIABLE GRÁFICO FUERZA (F) VS. POSICIÓN (X)

1A

2A

3A

F

x

Para hallar el trabajo que realiza una fuerza que varía con la posición es necesario hacer un análisis del comportamiento de la fuerza con la posición. Teniendo la gráfica diremos que el trabajo mecánico que desarrolla la fuerza variable es el área debajo de las rectas y optaremos por la siguiente regla: El área por encima del eje posición(x) representa trabajo positivo o trabajo motriz. El área por debajo del mismo representa el trabajo negativo o trabajo resistivo Luego según la gráfica podemos concluir que:

321 AAAW

EL TRABAJO COMO FUNCIÓN DE LA VARIACIÓN DE LA ENERGÍA CINÉTICA.

)VV(m2

1W

2

I

2

F

Ésta expresión nos servirá para calcular el trabajo mecánico (W) a partir de la masa (m) la velocidad final (VF) y la inicial (VI)

Ejercicios 1. El trabajo mecánico es una magnitud……….

a) Escalar b) fundamental c) tensorial d) auxiliar e) vectorial

2. Cuando empujamos un muro nos cansamos, sin embargo, el trabajo realizado sobre el muro es:

a) Pequeño b) grande c) infinito d) negativo e) Cero

3. ¿En qué casos no se realiza trabajo mecánico? I. Cuando la fuerza es paralela el desplazamiento II. Cuando la fuerza se opone al desplazamiento III. Cuando la fuerza es perpendicular al

desplazamiento a) I b) II c) III d) I y II e) II y III.

4. La unidad del trabajo mecánico en el M.K.S es el: a) Watt b) Joule c) Newton d) CV e) HP.

5. La fuerza centrípeta en todo momento desarrolla un trabajo: a) Positivo b) negativo c) nulo d) depende del giro e) N.A.

6. ¿Qué fuerza ha producido un trabajo de 2000J al desplazar una masa una distancia de 10 m? a) 2N b) 130 N c) 400/3 N d) 200/3 N e) 200 N

7. Un bloque de 80 N se levanta verticalmente con velocidad constante de 3 m/s, una altura de 6 m. ¿qué trabajo neto se realizó? a) 80 J b) 240 J c) cero d) 320 J e) 100 J

8. Un muchacho tira de un bloque de manera que éste se desliza sobre el suelo con velocidad constante. Si la fuerza de rozamiento entre el objeto y el suelo es de 20 N. ¿Qué trabajo hará el muchacho para moverlo 5 m? a) 5 J b) 120 J c) 10 J d) 100 J e) 200 J

9. Al levantar un bloque de 1 kg una altura de 3 m. La fuerza F realizo un trabajo de 36 J, si g = 10 m/s2. ¿cuál fue la aceleración con que se elevó dicho bloque? a) 1 m/s2 b) 2 m/s2 c) 3 m/s2 d) 4 m/s2 e) 5 m/s2

10. Sobre una superficie horizontal áspera se lanza un bloque de 2 kg con una rapidez de 10 m/s y luego éste se detiene. ¿Qué trabajo realizo la fuerza de rozamiento contra el bloque?

a) -100 J b) -200 J c) -300 J d) -400 J e) -500 J TAREA DOMICILIARIA

11. La figura muestra un bloque de 40 kg que está inicialmente en reposo sobre un piso rugoso

( = 0,5). ¿Qué trabajo hace la fuerza “¿F” de 500 N, si hace desplazar al bloque una distancia de 5 m horizontales? (g = 10 m/s2). a) 1000 J b) 2000 J c) 3000 J d) 4000 J e) Cero

12. Calcular el trabajo neto sobre el cuerpo para un desplazamiento de 15 m sobre la superficie rugosa. (g = 10 m/s2)

37º5 kg

20 N

50 N

µ K =0.4

a) 200 J b) 190 J c) 180 J d) 160 J e) 120 J

13. ¿Qué trabajo realiza el peso de un cuerpo de masa 2 kg, cuando es soltado de una altura de 4 m? (g = 10 m/s2).

a) 20 J b) 30 J c) 40 J d) 50 J e) 80J 14. Un cuerpo de 6 kg es impulsado en el punto “A” y

asciende por el plano inclinado hasta el punto B. Si k = 0,3; hallar el trabajo realizado por:

El peso

La normal

La fuerza de rozamiento

El trabajo neto a) –360J, 0, –144J, –504 J b) –320J, 0, –142J, –508 J c) –330J, 0, –140J, –502 J d) –315J, 0, –146J, –508 J e) –333J, 0, –141J, –505 J

15. Una fuerza horizontal de 50 N arrastra un bloque de 10 kg de masa por una superficie horizontal áspera, una distancia de 10. Hallar el trabajo neto. (µk =0.3; g = 10 m/s2)

a) 100 J b) 400 J c) 300 J d) 150 J e) 200 J 16. Una fuerza variable F actúa sobre u objeto como se

pude ver en la figura. Halle el trabajo de esta fuerza para todo el recorrido.

a) 120 J b) 140 J c) 160 J d) 180 J e) 190 J

3

Motor

17. Cierta masa de 4 kg aumenta su velocidad de 5 m/s a 25 m/s en un lapso de 2 s. ¿Qué trabajo se ha desarrollado en el proceso?

a) 6 J b) 60 J c) 600 J d) 120 J e) 1200 J

18. Un bloque de 2kg de masa se mueve con una aceleración constante de 5 m/s2. Calcular el trabajo desarrollado por la fuerza F para un desplazamiento de 4m.

Fu = 0,5

A) 50 J B) 60J C) 70J D) 80J E) 90J 19. Un bloque de 5kg desciende por el plano inclinado desde

A hasta B. Calcular el trabajo desarrollado por la fuerza

F = 22N

A

37°

9m

B

F

.

A) 270 J B) -270J C) 330J D) – 330J E) 510J 20. En la figura se muestra un bloque de 10kg de masa.

Sabiendo que el bloque se desplaza 5m, determine el trabajo, en joule, de la fuerza de rozamiento sobre él.

A) -50 B) -100

C) +100 D) +200

E) +400

POTENCIA MECÁNICA Es aquella magnitud escalar que nos indica la rapidez con la que se puede realizar trabajo.

t

WP Donde: P: potencia; W: trabajo, t: tiempo

Unidades de potencia en el S.I. Watt = vatio (W) Otras Unidades de potencia: Unidades Comerciales C.V. = caballo de vapor H.P. = caballo de fuerza KW. = kilowatts Equivalencias 1 kW = 1 000 Watts 1 C.V. = 735 Watts 1 H.P. = 746 Watts Unidad Especial de Trabajo 1 kW-h = 3, 6 x 10 6 Joule = kilowatt-hora

POTENCIA EN TÉRMINOS DE LA VELOCIDAD

vFP . En el S.I: F(N); V (m/s); P (W)

EFICIENCIA O RENDIMIENTO () La eficiencia es aquel factor que nos indica el máximo rendimiento de una máquina. También se puede decir que es aquel índice o grado de perfección alcanzado por una máquina. Ya es sabido, que la potencia que genera una máquina no es transformada en su totalidad, en lo que la persona desea, sino que una parte del total se utiliza dentro de la máquina. Generalmente se comprueba mediante el calor disipado. El valor de eficiencia se determina mediante el cociente de la potencia útil o aprovechable y la potencia entregada.

Ejercicios

21. Un sujeto eleva ladrillos de 5 kg cada uno hasta una altura de 3 m, a razón de 12 ladrillos por minuto. ¿Cuánta potencia rinde en esta operación? (g = 10 m/s2)

a) 3 W b) 30 W c) 4 W d) 40 W e) 50 W 22. Un hombre levanta una carga de 40 N a velocidad

constante hasta una altura de 3 m. Empleando para ello 10 s. Encuentre la potencia que desarrolla el hombre a) 8 W b) 10 W c) 12 W d) 18 W e) 20 W

23. De una pequeña catarata caen 6 toneladas por minuto de agua desde una altura de 60 m. ¿Qué potencia se libera? (g = 10 m/s2) a) 20 kW b) 40 kW c) 60 kW d) 6 kW e) 600 kW

24. Hallar la potencia que desarrolla el motor mostrado para que levante al bloque de 20 N con velocidad constante en 2 s una altura de 4 m.

a) 10 w b) 20 w c) 30 w d) 40 w e) 50 w

25. Un automóvil avanza con velocidad constante de 90 km/h sobre una pista horizontal accionada por su motor, los rodamientos que dificultan el avance del auto totalizan 1200 N, calcule la potencia constante que está rindiendo el motor. a) 3 kW b) 30 kW c) 4 Kw d) 40 kW e) 50 kW

26. Un automóvil de 1 300 kg baja por una pendiente con el motor apagado a la velocidad constante de 18 km/h. ¿Qué potencia debe desarrollar el motor del automóvil para que suba la misma pendiente con la misma velocidad constante? (tan α = 5/12 donde: α= ángulo de inclinación de la pendiente). a) 20w b) 30w c) 40w d) 50 w e) 60w

F=100N

37º c=0,25

4

27. Un motor tiene una eficiencia de 80% y consume una potencia constante de 10 kW. ¿En qué tiempo realiza un trabajo de 20 kJ? a) 1 s b) 1.5 s c) 2 s d) 2.5 s e) 3 s

28. Un motor eléctrico que tiene una eficiencia de 80% entrega 20 kW. ¿Cuánto cuesta mantenerlo encendido durante 8 h?, se sabe que ENOSA cobra S/. 0.5 el kW-h a) S/. 80 b) S/. 60 c) S/. 70 d) S/. 50 e) S/. 100

29. Hallar la eficiencia de un automóvil que viaja con rapidez constante de 72 km/h sobre una pista horizontal experimentando una fuerza de rozamiento de 200 N. Si la potencia que entrega el combustible es de 20 kW.

a) 30% b) 20 % c) 40 % d) 10 % e) 50 %

30. Un motor que rinde 80 kW eleva cargas a cierta altura

funcionando durante un tiempo de 50 h, si su eficiencia es 0.8. Calcule la energía que consume en dicho tiempo. a) 3000 kh-W b) 4000 kh-W c) 5000 kh-W d) 6000 kh-W e) 9000 kh-W

31. ¿Qué potencia tiene el motor de una bomba que eleva

18000 litros de agua por hora de un pozo que tiene 30 m de profundidad? Considere: g = 10 m/s2 y 1HP = 746 W

a) 1 HP b) 2.01 HP c) 3 HP d) 4 HP e) 5 HP

32. Un torno que posee una eficiencia de 90% es accionado con 2 CV. ¿Con qué rapidez máxima el torno podrá elevar una carga de 100kg?

a)1 m/s b) 1.2 m/s c)1.35 m/s d) 2 m/s e) 5m/s 33. Un bloque de 40 kg se encuentra en reposo sobre un piso

horizontal. ¿Qué potencia se le debe transmitir para que en 10 s alcance una velocidad de 40 m/s? (g = 10 m/s2)

a) 1.6 w b) 16 w c) 160 w d) 32 w e) 3200 w ENERGÍA MECÁNICA Existen diferentes tipos de energía, en este capítulo nos ocuparemos sólo de la energía mecánica (cinética y potencial). Muchas veces habrás escuchado: “Ya no tengo energía”, “el enfermo está recuperando sus energías”, “se ha consumido mucha energía eléctrica”, etc. Frases como estas suelen escucharse infinidad de veces, sin embargo, no se sabe el verdadero significado de la palabra energía. Ilustraremos con ejemplos el concepto de energía.

¿Tiene energía el agua? El agua antes de caer tiene cierta Energía debido a la altura “H”, cuando ésta cae dicha energía será asimilada por la turbina la cual generará un movimiento de rotación que, en combinación con un campo magnético, producirá energía eléctrica.

¿Tiene energía el atleta? El atleta debido a la velocidad que tiene, está disipando energía por tal motivo llega a la meta exhausto.

¿Tiene energía el Sol? El Sol es una fuente enorme de energía y la mayor parte de la energía que utilizamos en nuestra vida diaria proviene de él. La desintegración de átomos desustancias existentes en el Sol liberan una inmensa cantidad de energía. La energía solar calienta la Tierra, evapora el agua, produce los vientos, etc.

ENERGÍA CINÉTICA (E K) Es una forma de energía que depende del movimiento relativo de un cuerpo con respecto a un sistema de referencia, será por lo tanto energía relativa.

ENERGÍA POTENCIAL Se divide a su vez en dos tipos de energía a este nivel nos ocuparemos de dos formas de energía potencial: ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA (E PG) Es una forma de energía que depende de la posición de un cuerpo con respecto a un sistema de referencia. Es decir, es aquel tipo de energía que posee un cuerpo debido a la altura a la cual se encuentra, con respecto al plano de referencia horizontal, considerado como arbitrario. Por lo tanto, podemos afirmar que es una energía relativa.

mg

Nivel de referenciah

ENERGÍA POTENCIAL ELASTICA (E PE)

INMINENTEMOVIMIENTO

2kx2

1peE K: Constante elástica del resorte

x: Deformación

5

A

B

30 m

20 m

ENERGÍA MECÁNICA (E M) Es la suma de la energía cinética y la energía potencial. PRINCIPIO DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA

En ausencia de rozamiento o Cuando las fuerzas que actúan en un cuerpo son conservativas, la energía mecánica del cuerpo permanece constante.

A

B

CPiso liso

EN PRESENCIA DE ROZAMIENTO

A

B

CPiso rugoso

fW ME

MiMfM EEΔE : Variación de la energía mecánica

del sistema fW : Trabajo no conservativo o trabajo resistivo,

representa al trabajo que hace la fuerza de fricción FÓRMULA TRABAJO – ENERGÍA

Ejercicios

34. La energía cinética de un cuerpo es de 100 J ¿Cuál será el valor de su energía cinética (en J) si la velocidad aumenta en 10% sin cambiar el valor de su masa?

a) 144 b) 121 c) 169 d) 196 e) 21 35. La energía potencial de un cuerpo de 5kg es de 3000 J y

al descender x metros su energía potencial es de 2500J quedando a 50m del piso ¿Cuál es el valor de x (en m)?

a) 10 b) 40 c) 25 d) 50 e) 30 36. Cuando comprimimos 2m a un resorte, éste almacena una

energía potencial de 200 J ¿Cuál es la constante de rigidez (en N/m) del resorte? a) 100 b) 35 c) 500 d) 400 e) 600

37. Una paloma se desplaza a 20m de altura de manera que su energía mecánica es el doble de su energía potencial. ¿Con qué velocidad (en m/s) se desplaza?

a) 10 b) 15 c) 20 d) 25 e) 30

38. El cuerpo parte del reposo en A y se desliza por la vía sin

fricción. ¿Cuál es la rapidez que posee cuando pasa por B? (g = 10 m/s2) a) 5 m/s

b) 25 m/s

c) 10 m/s

d) 210 m/s

e) 20 m/s

39. Un bloque de 1 kg se desplaza a velocidad constante de

1m/s, (=0) llegando a impactar con un resorte de rigidez 100 N/m. Determinar la máxima deformación del resorte. a) 5 cm b) 10 cm c) 15 cm d) 20 cm e) 25 cm

40. Un cuerpo se desplaza 8m afectado por una fuerza resultante de 15 N. Si al inicio de este recorrido su energía cinética era de 200 J, su valor (en J) al final del mismo será:

a) 300 b) 320 c) 340 d) 230 e) 200

41. Una esferilla de 4kg se deja caer en A. ¿Cuál será su energía cinética (en J) al pasar por B? a) 900 b) 400 c) 200 d) 100 e) 500

42. Un aro desliza por un alambre espiral, de manera que en A presenta una energía mecánica de 46 J ¿Qué velocidad (en m/s) presenta en B si no hay fricción (masa del aro igual 0,5kg)

a) 6 b) 7 c) 8 d) 9 e) 10

43. Una esferilla de 6kg ingresa por A con una energía

mecánica de 780 J, a un rizo vertical de radio R = 5m. Determinar la velocidad (en m/s) en B, no hay

rozamiento. (= 37°) a) 6 b) 8 c) 14 d) 12 e) 10

44. Sabiendo que la masa pendular m = 4kg pasa por

A con VA = 10m/s ¿Qué energía cinética presenta en

B? L = 20m a) 100 b) 600 c) 800 d) 1000 e) N.A

45. Una piedra de 5kg atada a una cuerda de 5m gira en un

plano vertical. Si vA = 10m/s ¿Cuál es la tensión (en N)

de la cuerda en B? a) 300 b) 330

E M = E k + E p

EMA = EMB = EMC = CONSTANTE

6

c) 360 d) 390 e) 410

46. Calcular cuanta energía potencial elástica posee el

resorte de constante elástica K = 5103N/m en la posición B, si se sabe que en A se encuentra en su estado natural.

a) 30 J b) 38 J c) 36 J d) 39 J e) 40 J

47. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

( ) Toda variación de energía cinética implica la realización de un trabajo

( ) La energía potencial gravitatoria es la misma, cualquiera sea el nivel de referencia elegido

( ) El trabajo de las fuerzas conservatorias es siempre nulo

a) VFF b) VFV c) FVV d) FFV e) FFF

TEMPERATURA Y FLUIDOS

TEMPERATURA Es una magnitud escalar que mide el grado de agitación molecular de un cuerpo. TERMÓMETRO Es aquel instrumento que sirve para indicar la temperatura de un cuerpo. Este aparato está basado en el fenómeno de la dilatación que produce el calor en la sustancia encerrada en un tubo de vidrio (mercurio, alcohol, gas, etc.) ESCALAS TERMOMÉTRICAS Son las unidades que se utilizan para expresar una lectura o una variación. Existen dos tipos de escalas:

Escalas relativas. Aquellas que utilizan algún punto

relativo

Escalas absolutas. Aquellas que registran sólo

valores positivos

Relativas

Absolutas

Celsius (ºC) Farenheit (ºF)

Kelvin (K) Rankine (R)

Comparación de escalas

a

b

c

m

n

p

escala escalaA B

Le

ctu

ras

term

om

étr

ica

s

pn

nm

cb

ba

pm

pn

ca

cb

DILATACIÓN Es aquel fenómeno físico que consiste en el cambio de dimensiones que experimenta un cuerpo cuando aumenta o disminuye la temperatura. Esto es debido a lo siguiente: cuando la temperatura aumenta, las moléculas de un cuerpo se mueven con mayor intensidad y tratarán de ocupar el mayor volumen posible, el cuerpo cederá y se dilatará. Debes tener en cuenta que todo cuerpo al dilatarse lo hace en sus tres dimensiones; sin embargo, a veces puede interesarnos la variación de su longitud solamente, como el caso de los alambres; o quizás la variación de una superficie, (caso de una pizarra). DILATACIÓN LINEAL Es aquella dilatación que aparece en cuerpos en que se hace notoria la longitud, esto no significa que sus demás dimensiones no se dilatan, ¡si se dilatan!; pero en mínima escala. Ilustración:

0L L

fL

0TT f

)1(0 TLL f Ó 0LTL

Lf: longitud final Lo: longitud inicial T = Tf – To: variación de temperatura

: Coeficiente de dilatación lineal ( 1º C )

DILATACIÓN SUPERFICIAL Es el aumento superficial que experimenta un cuerpo al ser calentado. Ilustración:

0S fS

0TT f

0T fT

)1(0 TSS f Ó 0STS

Sf: Superficie final So: Superficie inicial T = Tf – To: variación de temperatura

2 : Coeficiente de dilatación superficial ( 1º C )

DILATACIÓN VOLUMÉTRICA

7

El volumen de un cuerpo aumenta cuando éste se calienta. Este aumento de volumen recibe el nombre de dilatación volumétrica o cúbica. Ilustración:

0V

0T

fV

fT

0TT f

)1(0 TVVf Ó 0VTV

fV : Volumen final

0V : Volumen inicial

T = Tf – To: variación de temperatura

: Coeficiente de dilatación volumétrica (°C-1)

Nota: Los coeficientes de dilatación dependen del tipo de material, además: 2 ; 3

CALORIMETRÍA Es una parte de la física que se encarga de realizar las mediciones referentes al calor. CALOR (Q) Es una magnitud escalar que mide el “paso de energía” (energía en tránsito) de un cuerpo a otro, exclusivamente por diferencia de temperatura. Unidad de Calor en el S.I.: Joule (J) Unidades Tradicionales del Calor: Caloría – gramo (cal). - Se define así a la cantidad de calor que se le debe suministrar a un gramo de agua para que eleve su temperatura en 1 °C (14,5 °C a 15,5 °C). Kilocaloría (kcal). - Se define así a la cantidad de calor que se le debe suministrar a 1 kg de agua para que su temperatura aumente en 1 °C (14,5 °C a 15,5 °C). British Thermal Unit (B.T.U.).- Se define así a la cantidad de calor que se le debe adicionar a una libra de agua para que su temperatura aumente en 1 °F (63 °F a 64 °F). Equivalencias: 1 kcal = 1 000 cal 1 B.T.U. = 252 cal PROPAGACIÓN DEL CALOR La transmisión de calor se efectúa mediante tres mecanismos.

Conducción. - Es la transferencia de calor a través de

un cuerpo sin transporte de materia, esto se debe a que

la energía cinética de las moléculas del extremo caliente,

transmite por choques a las moléculas vecinas y así

sucesivamente.

Convección. - Sólo se efectúa en los fluidos (líquidos

y/o gases); consiste en la transferencia de calor de un

lugar a otro por transporte de masa caliente.

Radiación. - Todo cuerpo cuya temperatura sea mayor

al cero absoluto, emite radiación térmica que viene a ser

infrarroja, semejantes a las ondas luminosas; se

propagan en línea recta y con una velocidad en el vacío

de 300 000 km/s

CAPACIDAD TÉRMICA O CALORÍFICA (C) Es una característica de cada cuerpo, es decir que diferentes trozos de un mismo material pueden tener diferentes “C”. La capacidad térmica se mide por la cantidad de calor comunicado al cuerpo para aumentar su temperatura en un grado, (por la escala elegida de temperatura).

T

QC

CALOR ESPECÍFICO (Ce) Es una magnitud escalar que indica la cantidad de calor que se requiere para aumentar en 1ºC la temperatura de 1 g de una sustancia sin que cambie su estado físico. El calor específico, es una característica de cada material.

Tm

QCe

.

Pero la fórmula que más se empleará es: TmCQ e ..

Q = calor entregado o calor perdido

Ce = calor específico del cuerpo T = Tf – To: variación de temperatura

m = masa del cuerpo

Unidad de Calor Específico en el S.I.: Joule/kg°C

Unidades Tradicionales: Cal/g. ºC; kcal/kg. ºC; B.T.U/lbºF

Equivalencias: 1Kcal/kg. ºC = 1cal/g. ºC = 1B.T. U/lb. ºF Equilibrio térmico Si tomamos dos cuerpos a diferentes temperaturas y los colocamos en un ambiente aislado, se observa que uno de ellos se calienta, mientras que el otro se enfría, hasta que al final los dos cuerpos quedan a la misma temperatura, llamada temperatura de equilibrio.

perdidoganado QQ Cuando se llega al equilibrio térmico

CALORÍMETRO Es aquel recipiente térmicamente aislado que se utiliza para determinar el calor específico de un sólido o líquido cualquiera.

8

TermómetroCubierta aislante

Agua

muestra

EQUIVALENTE MECÁNICO DE CALOR Es aquel valor que nos indica la relación existente entre la energía mecánica y la energía calorífica.

QJW .

J: Equivalente mecánico de calor Q: Calor ganado W: Energía perdida Valores “J”: J = 4,186 Joule/cal J = 427 kg – m / kcal J = 778 lb – pie/B.T.U. CAMBIO DE ESTADO DE UNA SUSTANCIA Se llama cambio de estado, al fenómeno que consiste en el paso de un estado cualquiera a otro, por adición o sustracción de calor. Todo cambio de estado se realiza a una temperatura y presión constante y depende de cada sustancia. En el aspecto macroscópico podemos distinguir tres estados de la materia: El sólido, el líquido y el gaseoso. Recientemente se estudió un cuarto estado denominado “Plasma”. El plasma es un gas cuyos constituyentes están cargados eléctricamente o ionizados. CALOR LATENTE (L) Es la cantidad de calor que se le debe adicionar o quitar a la unidad de masa de una sustancia, para que cambie de estado. La cantidad de calor absorbida o emitida durante el cambio de estado se usa para realizar dicho fenómeno; esto es, para quebrar o unir la ligazón o separación respectiva, entre los átomos o moléculas del cuerpo. Sin producir por lo tanto, una elevación o disminución de la temperatura. Existen dos tipos de calor latente: a) Calor Latente de Fusión (Lf)

Es la cantidad de calor que se le debe suministrar o quitar a la unidad de masa de una sustancia, que está en condiciones de cambiar de estado, para que pase del estado sólido al líquido o viceversa. Así el hielo que está a O °C y a 1 atm se necesita adicionarle 80 calorías, para derretir un gramo.

Para una masa m:

fLmQ .

En el caso de agua: Lf = 80 cal/g

Fusión

Solidificación

+80 Cal

-80 Cal

1 gr

Hielo a 0º C agua a 0º C

1 gr

b) Calor latente de Vaporización (Lv)

Es la cantidad de calor que se le debe adicionar o quitar a la unidad de masa de una sustancia, que está en condiciones de cambiar de estado, para que pase del estado líquido al estado gaseoso o viceversa. Así tenemos que si el agua está a 100 °C y 1 atmósfera de presión, entonces para que pase a vapor de agua un gramo de este líquido se necesita adicionarle una cantidad de 540 calorías.

Para una masa m:

vLmQ .

En el caso de agua: Lv = 540 cal/g

Debes darte cuenta que ya conocemos dos fórmulas para calcular el calor:

TmCQ e .. Se aplica cuando la temperatura varía.

LmQ . Se aplica cuando hay un cambio de estado;

recuerda que “L” es el calor latente, puede ser de fusión o de vaporización, según sea el caso.

Licuación

(condensación)

vaporización

+540 Cal

-540 Cal

agua a 100º C

1 gr

Vapor de agua a

100º C

1 gr

EJERCICIOS DE APLICACIÓN 1. La longitud de un cable de latón es de 10 m de longitud

y aumenta en 1 cm cuando su temperatura pasa de 20

°C a 70° C. ¿Cuál es el coeficiente de dilatación lineal

del latón?

a) 6 12.10  º C    

b) 6 116.10  º C   

c) 5 12.10   C

d) 5 17.10   C

e) 5 18.10   C

2. Cuando la temperatura de una moneda de cobre se

eleva en 100°C su diámetro aumenta en 0,18%. ¿Cuál

es el coeficiente de dilatación lineal?

a) 6 19.10 K b) 6 118.10 K

9

c) 6 112.10 K d) 6 16.10 K

e) 6 14,5.10 K

3. La longitud de un puente rectilíneo de fierro es de 40 m.

La temperatura en aquella región tiene por valores

extremos -4°C y 36°C. Calcular la máxima variación de

longitud del puente, si se sabe que incrementa su

longitud en 2,4 cm al incrementar la temperatura en 50°C

a) 1,22 cm b) 0,92 cm c) 1,92 cm d) 1,42 cm

e) 0,92 cm

4. Una varilla metálica cuya longitud es 30 cm se dilata 0,075

cm cuando su temperatura se eleva desde 0°C a 100°C.

Una varilla de un metal diferente y de la misma longitud se

dilata 0,045 cm para la misma elevación de temperatura.

Una tercera varilla, también de 30 cm de longitud, está

formada por dos trozos de los metales anteriores

colocados extremo con extremo y se dilata 0,065 cm ante

0°C y 100°C.

Hallar la longitud de cada porción de la barra compuesta

a) 12 cm; 18 cm

b) 16 cm; 14 cm

c) 10 cm; 20 cm

d) 17 cm; 13 cm

e) 25 cm; 5 cm

5. Con una regla de aluminio, la cual es correcta a 5°C se

mide una distancia de 100 cm a 35°C. Determinar el

error de la medición de la distancia debido a la dilatación

de la regla.

(Coeficiente de dilatación lineal del aluminio = 22.10-6 °C-1)

a) 0,066 cm

b) 0,036 cm

c) 0,056 cm

d) 0,046 cm

e) 0,082 cm

6. En un recipiente de vidrio cuya altura es de 10 cm hay

mercurio a 20 °C, al nivel de mercurio le faltaba una

altura de 1mm para llegar a bordear el recipiente. ¿En

cuántos grados centígrados se debe calentar el

mercurio; para llegar a bordear; sin que se rebase del

recipiente? ɤHg =1,82·10-4(°C-1)

Despreciar la dilatación del vidrio. a) 75,5 °C

b) 70,5 °C

c) 55,5 °C

d) 25 °C

e) 55,95 °C

7. La figura muestra un cilindro de coeficiente de dilatación

ɤc, con líquido de coeficiente ɤL. Al aumentar la

temperatura del conjunto manteniendo constante el

volumen que permanece vacío en el cilindro, determine

ɤC/ɤL

0.5m

2.5m

2.5m a) 1/2

b) 2/6

c) 5/6

d) 1

e) 7/6

8. Una regla de aluminio 6 1 24.10 K de 1 m de

longitud a 20 °C se usa para medir la longitud de una

pieza de plástico, se sabe que a 20 °C el plástico tiene

exactamente 83 cm de longitud, medido con esta regla.

Cuando se calienta el sistema a 140 °C parece que el

plástico mide 83,14 cm. ¿Cuál es el valor de “ ” para el

plástico?

a) 30,1·10-6 1/K

b) 34,1·10-6 1/K

c) 36,1·10-6 1/K

d) 38,1·10-6 1/K

e) 40,1·10-6 1/K

9. La gráfica Volumen (V) vs Temperatura (T) expresa el

comportamiento de un material metálico al variar la

temperatura, si su volumen para T = 0 °C es igual a 104

10

cm3, y la pendiente de la gráfica es del 3%. Determine el

coeficiente de dilatación lineal del material.

3V cm

T C

0

a) 3.10-6 °C-1

b) 1.10-6 °C-1

c) 3.10-5 °C-1

d) 1.10-4 °C-1

e) 1.10-3 °C-1

10. Señale la verdad o falsedad de las siguientes

afirmaciones:

I. El líquido se calienta principalmente por

convección

II. La transmisión de calor por radiación puede ocurrir

a través del vacío

III. Los cuerpos metálicos se calientan por conducción.

a) VFV b) VVV c) FFV d) FVV e) FFF

11. Encuentre el calor necesario para calentar hasta el punto

de ebullición 0,5 litros de agua cuya temperatura es 25

°C

a) 34.5 k Cal

b) 35.5 k Cal

c) 36.5 k Cal

d) 37.5 k Cal

e) 38.5 k Cal

12. Se vierten 800 g de mercurio a 15 °C en 700 g de agua

a 40 °C. Hállese la temperatura de la mezcla. Las tablas

dan para el calor especifico del mercurio: 0,03 Cal/g°C

a) 39,2 b) 38,2 c) 37, 2 d) 36, 2 e) 35, 2

13. Un calorímetro de metal está a 10 °C y tiene un

equivalente en agua de 2 kg, si 500 g de aceite a 100 °C

es colocado en este calorímetro la temperatura final del

conjunto se estacionaria en 20 °C. halle el calor

específico del aceite en Cal/kg°C

a) 0.2 b) 0, 3 c) 0, 4 d) 0, 5 e) 0, 6

14. ¿Cuántos gramos de hielo a 0°C debemos colocar en

850 g de refresco a 25 °C para enfriarlo hasta 5 °C?

a) 150 g b) 175 c) 200 d) 225 e) 250

15. ¿Qué cantidad de agua a 60 °C debe ser mezclada con

30 g de hielo que está a -20 °C de manera que se logre

fundir exactamente todo el hielo?

Calor específico del hielo: 0,5 Cal/g°C

a) 40 g b) 45 c) 50 d) 55 e) 60

16. 4 litros de agua se vierten en una olla de aluminio cuya

masa es 1 kg. La temperatura del medio ambiente es 20

°C, colocada la olla en una estufa, ¿Qué masa de gas

debe ser quemada en esta estufa hasta que el agua

empiece a hervir?

Calor especifico del aluminio: 0.2 Cal/g°C Poder calorífico del gas: 1120 Cal/g

a) 285 g b) 290 c) 300 d) 305 e) 310

17. Un bloque de hielo de 10 kg a 0 °C se mueve hacia

adelante y atrás sobre un lago congelado a 0 °C,

0.06k . ¿Cuál es la distancia total recorrida por el

bloque si se produce 15 g de líquido?

(1 Cal = 4,2 J, g = 10 m/s2) a) 240 m

b) 90 m

c) 170 m

d) 840 m

e) 420 m

Piura, 29 de enero del 2017

PRODUCTO DE LA UNIDAD 1:

Informe de indagación sobre las radiaciones solares y sus beneficios ; efectos en el organismo humano.

11

TEMPERATURA Y CALOR

Pregunta Clave

01 C

02 B

03 C

04 C

05 A

06 C

07 C

08 D

09 B

10 B

11 D

12 A

13 D

14 C

15 B

16 C

17 D

12