INSTITUTO TECNICO EN ELECTRICIDAD Y ELECTORNICA

“ITEE”

GUIA DE ESTUDIO PARA LA PRIMERA

RECUPERACION

MATERIA: FISICA ELEMENTAL

CURSO: III BC

PROFESOR: ANGEL CASTILLO

VALOR: 10%

Instrucciones.

1. Resolver en forma clara y ordenada los problemas propuestos.

2. En hojas de papel bond blanco tamaño carta.

3. Deberá resolver todos los ejercicios. No se será aceptada si está incompleta.

4. Deberá incluir una portada.

5. Debidamente grapado en folder. Se tomará en cuenta la presentación del mismo.

6. Fecha de entrega: lunes 25 de octubre de 2010

I. TIPO CONCEPTUAL

1. Fluye calor espontáneamente de un cuerpo a más alta temperatura hacia otro a

más baja temperatura que está en contacto térmico con el primero. ¿EL calor

siempre fluye de un cuerpo con más energía interna a uno que tiene menos

energía interna? Explique.

2. Al cambiar la temperatura durante el día, ¿Qué escala, Celsius o Fahrenheit,

registrará el cambio más pequeño? Explique.

3. Describa como podría construirse un termómetro de gas a presión constante.

4. Un cubo de hielo descansa sobre una tira bimetálica a temperatura ambiente (ver

figura). ¿Qué sucederá si (a) la tira superior es de aluminio, y la inferior es de latón,

o (b) la tira superior es de hierro y la inferior es de cobre? (c) si el cubo es de un

metal caliente en vez de hielo y las dos tiras son de latón y cobre, ¿Cuál de estos

metales deberá estar arriban para que el cubo no se caiga?

5. Solemos usar agua caliente para aflojar la tapa metálica de un frasco de vidrio

cuando está bien sellada. Explique por qué funciona esto.

6. Si alguien dice que un objeto caliente contiene más calor que uno frío, ¿estaría ud

de acuerdo? ¿por qué?

7. Usted vigila la temperatura de unos cubos de hielo fríos (- 50) en un vaso, mientras

se calientan el hielo y el vaso. Inicialmente, la temperatura aumenta, pero deja de

aumentar a los 0°C. después de un rato, comienza a aumentar otra vez. ¿Está

descompuesto el termómetro?

8. En general, una quemada con vapor de agua a 100°C es más severa que con la

misma masa de agua a 100°C. ¿Por qué?

9. Cuando exhalamos en invierno, nuestro aliento se ve como vapor de agua.

Explique esto.

10.

II. TIPO PRACTICO.

1. Una viga de acero de 10 m de longitud se instala en una estructura a 20°C. ¿Cómo

cambia esa longitud en los extremos de temperatura de -30 y 45°C?

2. Una cinta métrica de aluminio es exacta a 20°C. (a) si se coloca en un congelador,

¿indicara una longitud, 1) mayor; 2) menor o 3) igual que la real? B) si la

temperatura en el congelador es de -5.0°C ¿Qué porcentaje de error tendrá la

cinta métrica debido a la contracción térmica?

3. Se vierten planchas de concreto a 5.0 m de longitud en una autopista. ¿Qué

anchura deberán tener las ranuras entre las panchas a una temperatura de 20°C,

para garantizar que no habrá contacto entre las planchas adyacentes dentro de un

intervalo de temperaturas de -25 a 45°C?

4. Una argolla matrimonial de hombre tiene un diámetro interior de 2.4 cm a 20°C. si

la argolla se coloca en agua en ebullición, ¿Cómo cambiará su diámetr0?

5. Un tramo de tubo de cobre empleado en plomería tiene 60.0 cm de longitud y su

diámetro interior es de 1.50 cm a 20°C. si agua caliente a 85°C fluye por el tubo,

¿Cómo cambiará su longitud y su área transversal?

6. Una placa circular de acero de 15 cm de radio se enfría de 350 a 20°C. ¿En qué

porcentaje disminuye el área de la placa?

7. Una tarta de calabaza está rellena hasta el borde. El molde en que se hornea está

hecho de pírex y su expansión puede ignorarse. Es un cilindro con una profundidad

interior de 2.10 cm y un diámetro interior de 30.0 cm. La tarta se prepara a una

temperatura ambiente de 68°F y se introduce en un horno a 400°F. cuando se saca

del horno, se observa que 151 cc de relleno de la tarta se salieron invadiendo el

borde. Determine el coeficiente de dilatación volumétrica del relleno de la tarta,

suponiendo que es un fluido.

8. Cierta mañana, un empleado de una arrendadora de automóviles llena el tanque

de gasolina, que es de acero, de un auto hasta el tope y luego lo estaciona. (a) esa

tarde, al aumentar la temperatura, ¿se derramará gasolina o no? (b) si la

temperatura en la mañana es de 10°C, y en la tarde es 30°C, la capacidad del

tanque en la mañana es de 25 galones, ¿Cuánta gasolina se perderá? (desprecie la

expansión del tanque).

9. Un bloque de cobre tiene una cavidad esférica interna de 10 cm de diámetro (ver

figura). El bloque se calienta en un horno de 20°C a 500°C. ¿la cavidad se hace

mayor o menor? ¿Cómo cambia el volumen de la cavidad?

NOTA una caloría no es igual a una Caloría, comúnmente se usa Caloría en lugar de

Kilocaloría en los contenidos energéticos de los alimentos. En este contexto, la

palabra suele abreviarse a Cal. Quienes siguen una dieta están contando en

realidad con kilocalorías.

1 Cal = 1 Kcal = 1000 cal.

10. Una persona inicia una dieta de 1500 Cal/ día con la finalidad de perder peso.

¿Cuál sería en joules esta ingesta calórica?

11. Un acondicionador de aire de ventana consume 20000 Btu/hora. ¿Cuál será su

consumo en watts?

12. Una tasa metabólica normal de una persona común (la rapidez a la cual el alimento

y la energía almacenada se convierten en calor, movimiento, etc.) es de

aproximadamente 4 × 10� J/h; el contenido energético de una Big Mac es de 600

Calorías. Si una persona viviera sólo a base de Big Macs, ¿Cuántas tendría que

comer al día para mantener constante su peso corporal?

13. Un estudiante ingirió 2800 Cal durante la cena y quiere quemar toda esa energía

levantando una masa de 20 Kg una distancia de 1.0 m. suponga que levanta la

masa con velocidad constante y que no efectúa trabajo al descender la masa. (a)

¿Cuántas veces deberá levantar la masa? (b) Si puede levantar y bajar la masa una

vez cada 50 s, ¿Cuánto tiempo le tomará este ejercicio?

14. La temperatura de un bloque de plomo y uno de cobre, ambos de 1.0 Kg y a 20 °C

debe elevarse a 100°C. ¿Cuál de los dos bloques requiera más calor? ¿por qué?

Calcule la diferencia entre el calor de ambos bloques.

15. Una bolita de 5.0 g de aluminio a 20°C gana 200 J de calor. ¿Cuál será su

temperatura final?

16. La sangre transporta el exceso de calor del interior a la superficie del cuerpo,

donde se dispersa el calor. Si 0.250 kg de sangre a 37°C fluye hacia la superficie y

pierde 1500 J de calor, ¿Cuál será la temperatura de la sangre cuando fluye de

regreso hacia el interior? Suponga que la sangre tiene el mismo calor específico

que el agua.

17. Un motor moderno construido de aleación contiene 25 Kg de aluminio y 80 Kg de

Hierro. ¿Cuánto calor absorbe el motor cuando su temperatura aumenta de 20°C a

120°C al calentarse hasta la temperatura de operación?

18. Calcular la cantidad de calor, en calorías y en Joules, para elevar la temperatura de

12 Kg. de plomo, desde 80°C hasta 180°C.

19. ¿Qué cantidad de calor se libera cuando 50 g de agua, contenida en un vaso de

aluminio de 40 g se enfría en 60°C?

20. Se tiene un tanque que contiene 20.000g de agua a 10 °C. ¿Cuántas kilocalorías

absorbe cuando se calienta hasta 40°C?

21. En un recipiente se han colocado 10 Kg de agua fría a 9 °C. ¿Qué masa de agua

hirviendo es necesario agregar al recipiente para que la temperatura de la mezcla

sea de 30 °C? No se considere la energía absorbida por el recipiente.

22. Se mezclan 30 Kg. de agua a 60°C con 20 Kg de agua a 30 °C. ¿Cuál será la

temperatura de equilibrio de la mezcla?

23. En 300 g de agua a 180 °C se introducen 250 g de hierro a 200 °C. Determina la

temperatura de equilibrio.

24. Se tiene un pedazo de metal de masa 80 g a 100 °C. Determinar el calor

específico de ese metal, sabiendo que al sumergirlo en 150 g de agua a 18 °C, se

obtiene una temperatura de equilibrio de 22 °C.

25. ¿A qué temperatura será necesario calentar 2.000 Kg de un líquido, de calor

específico 1,5 cal/g. °C, que está a 20 °C, para que sea capaz de

desprender2.500.000 Kcal?

26. Un pedazo de plomo de 250 g se calienta hasta 112 °C y se introduce en 0,5 Kg

27. de agua, inicialmente a 18 °C. ¿Cuál es la temperatura final del plomo y el agua?

28. Se tiene un recipiente de aluminio, de 450 g, que contiene 120 g de agua a 16°C. Si

dentro del recipiente se deja caer un bloque de hierro de 220 g a 84 °C, ¿Cuál es la

temperatura final del sistema?

29. Se tiene un recipiente de hierro de 40 g que contiene 180 g de agua a 15 °C.

Dentro se colocan 70 g de perdigones de hierro a 110 °C. Calcular la

temperatura resultante.

30. Se introducen 2 Kg de latón a 100 °C en 5 Kg de agua a 1,67 °C, lográndose una

31. temperatura de equilibrio de 5,11 °C. ¿Cuál es el calor específico del latón?

32. Se deja caer un bloque de 500 g de cobre, que está a la temperatura de 140 °C,

dentro de un recipiente que contiene 400 g de agua a 24 °C. ¿Cuál es la

temperatura de equilibrio del bloque y el agua?

33. Se tienen 200 g de agua a 20 °C y se mezclan con 300 g de alcohol a 50 °C.

Sabiendo que el calor específico del alcohol es 0,6 cal/g. °C, ¿cuál es la

temperatura final de la mezcla?

34. Una partícula que realiza un M.A.S. recorre una distancia total de 20 cm en cada

vibración completa y su máxima aceleración es de 50 cm\s2 .

a)¿ Cuáles son los valores de su amplitud , período y velocidad máxima ?.

b)¿ En qué posiciones de la trayectoria se consiguen los valores máximos de la

velocidad y de la aceleración?.

35. Uno de los extremos de una cuerda tensa, de 6 m de longitud , oscila

transversalmente con un movimiento armónico simple de frecuencia 60 Hz. Las

ondas generadas alcanzan el otro extremo de la cuerda en 0,5 s.

Determine:

a)La longitud de onda y el número de onda de las ondas de la cuerda.

b)La diferencia de fase de oscilación existente entre dos puntos de la cuerda

separados 10 cm.

36. Calcula la longitud de la onda de una nota musical en el aire y en el agua ,

sabiendo que tiene una frecuencia de 870 vibraciones \ s y que las velocidades del

sonido en estos medios son de 340 m \ s y 1435 m \ s.

37. Un foco genera ondas de 2 mm de amplitud con una frecuencia de 250 Hz que se

propagan por un medio a una velocidad de 250 m\s .

a)Determina el período y la longitud de onda.

b)Si en el instante inicial la elongación de un punto situado a 3 m del foco es y = - 2

mm , determina la elongación de un punto situado a 2,75 m del foco en el mismo

instante.

38. Si alguien se pusiera a agitar periódicamente el extremo de una cuerda tensa tres

veces por segundo.

¿ Cuál sería el período de las ondas armónicas transversales generadas en la

cuerda ?. Razona las respuestas.

39. Un altavoz que se puede asimilar a un foco sonoro puntual genera ondas esféricas

con una potencia de 100 w:

a)¿ Cuáles son los valores de la intensidad de la onda sonora en dos puntos A y B

que disten del altavoz 4m y 8 m respectivamente ?.

b)¿ Cuál es la razón entre las amplitudes de las ondas sonoras en dichos puntos ?.

40. Dos sonidos tienen niveles de intensidad sonora de 50 dB y 70 dB,

respectivamente. Calcule cuál será la relación entre sus intensidades.

41. El sonido emitido por un altavoz tiene un nivel de intensidad de 60 dB a una

distancia de 2 m de él. Si el altavoz se considera como una fuente puntual,

determine:

a) La potencia del sonido emitido por el altavoz.

b) A qué distancia el nivel de intensidad sonora es de 30 dB y a qué

distancia es imperceptible el sonido.

Datos: El umbral de audición es I0 = 10-12

W.m-2

42. Un sonido de 2 m de longitud de onda en el aire penetra en el agua en donde se

mueve con una velocidad de 1500 ms-1

. ¿Cuál es la longitud de onda en el agua ?

43. Una pequeña fuente sonora emite en el espacio con una potencia uniformemente

distribuida en todas las direcciones.

a) Si nos vamos alejando de la fuente, la intensidad sonora que percibimos

disminuye. Explica éste fenómeno. ¿Cómo depende de la distancia a la fuente la

amplitud de la onda? ¿Y la intensidad?

b) Si la fuente sonora emite con 10 W de potencia ¿A qué distancia tendrá la onda

una intensidad de 0,1 W \ m2.

( Las ondas sonoras son esféricas )?

44. Si el oído humano puede percibir sonidos de frecuencias comprendidas en el

intervalo de 20 Hz a 20.000 Hz aproximadamente. ¿ Cuáles son las longitudes de

onda en el aire que responde a estas frecuencias ?.

45. Un barco emite simultáneamente un sonido dentro del agua y otro en el aire. Si otro

barco detecta los dos sonidos con una diferencia de 2 segundos ¿a qué distancia

están los dos barcos?.

46. Una ventana cuya superficie es de 1,5 m2 está abierta a una calle cuyo ruido produce

un nivel de intensidad de 65 dB. ¿Qué potencia acústica penetra por la ventana?.

47. Un sonido de 30 dB llega al oído de una niña . Si el tímpano se considera como un

círculo de 2,2 mm de radio, calcula la energía que le llega al oído en dos minutos.

48. En un parque una mujer recibe dos sonidos producidos simultáneamente, cuyos

niveles de intensidad sonora son 80,0 dB y 90,0 dB. Calcula:

a) La intensidad del sonido resultante.

b) El nivel de intensidad sonora del mismo.

49. Calcula la frecuencia fundamental de un tubo sonoro de 9,60 m que está abierto

por sus dos extremos.

50. En un día en que la temperatura ambiente es de 29 °C, una ambulancia se desplaza

a 100 km/h por un carril de la carretera emitiendo un sonido de 480 Hz de

frecuencia. En el otro carril se desplaza un automóvil a 80 km/h. Calcular las

frecuencias que percibe el conductor del automóvil antes y después de cruzarse

con la ambulancia.

51. Una fuente estacionaria emite una onda sonora de 5000 Hz. Un objeto se acerca a

la fuente estacionaria a 3.5 m/s. ¿Cuál es la frecuencia de la onda reflejada en el

objeto?

52. ¿Con que velocidad deberá moverse hacia una fuente en reposo un observador

para percibir una frecuencia el triple de la emitida por la fuente?

53. Una fuente sonora que emite un sonido de 380 Hz de frecuencia, se acerca con

una velocidad de 25 m/s hacia un observador que se encuentra en reposo. ¿Cuál es

la frecuencia detectada por el observador?

54. Un autobús viaja con una velocidad de 16.6 m/s, y su corneta emite un sonido cuya

frecuencia es de 270 Hz. Si una persona camina en el mismo sentido a una

velocidad de 3 m/s. ¿Qué frecuencia percibe la persona? Nota recuerde que la

persona puede caminar detrás del bus o adelante.

55. Una persona percibe que la frecuencia del sonido emitido por un tren es 500 Hz

cuando se acerca el tren y de 400 Hz cuando se aleja. ¿Cuál es la velocidad del tren

si el observador se encuentra en reposo?