guia_fisica

5/13/2018 guia_fisica - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/guiafisica 1/9

GUIA DE FislCA

SISTEMA DE UNIDADES

Realizar las siguientes transformaciones de unidades:

a) 3000 em 2 a pies ' b) 460 km/hr a m /s

d) 1200N·ma lbpies e)300lb/pies3 a N/m3

g) 12.50 N/m 1 a lb/plg 2 b) 480000 em 4 a plg "

j) 4500 em 2 a m 2

ALGEBRA VECTORIAL

c) 500 Ib/ pies 2 a N/m 2

f) 9.81 m/s 2 a pie/s 1

i) 45L. a m 3

l.~El marco esta sornetido a una fuerza de 1000 N, como se indica en la figura l.

Descomponer esta fuerza en sus componentes a 10 largo de las direcciones AB y AC.

Figura 1

F= lO OO N

2,- En la figura 2 se muestran cinco fuerzas. deterrninar la magnitud y e! angulo e x con

respecto at eje x positive de la fuerza resultante.

y

F, = 800 N

. ~ F,~260N

~~

Figura 2

1



3.- En la figura 3 se muestran tres fuerzas en el espacio. Determiner la fuerza resultante

como vector cartesiano. indicando tarnbien su maznitud v los anzulos directores"-_ . ._ / "

coordenados.

. 3 n1

y

F, =400N

( j 1 1 1

x

Figura 3

E' , '

. = i + 4; - 2k. determinar:

~~

5.- Dados los vectores r1

= 3; - 2/,k , ']' = 2; - 4) - 3k y r 3 = - ; + 2}+ 2k .

Hallar:

a):'3 -

b)I~+r2+r,l ,

,- .- -I.c) 2rl - 3r2 - 5 7 3 1 '

6 S· 4 _,: ~ zi- l ... 1 ~' ~.Ji ,_ J + _:..,

t: -) -::a),"4:<B .«..

.

b) A ; < ( : 8 : < c ) ,

B = 21 + ) - k y C = ; - 2} + 2t~. Hallar:

c) El angulo entre ByC ,

d) La proyeccion de A + B sobre B +C .

8.- Hallar un vector unitario normal a la superficie x2,1 ' + 2.c = 4 en el punto (2, -2, 3)

9.-Si A=xz3Z-2x 2Y:;_1+2yz 4k ,encon tra r V xA (~ )tA ) enelpunto(L-l,l)



TEMPERA. TURA:

10.- La diferencia temperatura entre ei interior y el exterior de un motor de autornovil es

de 450°C. Expresa esta diferencia de temperatura en

a) la escala Fahrenheit, y

b) la escala Kelvin.

11.- En la escala de temperatura extrana, el punto de congelacion del agua es -15° E Y

el punto de ebullicion es + 60°E . Invente una ecuacion de conversion lineal entre Ia

escala de temperatura extrafia y la escala Celsius.

12.- Convierta 1 0 siguiente a temperatura equivalentes en las escalas Celsius y Kelvin:

a) la temperatura normal del euerpo hurnano 98.6° F ,

b) la temperatura del aire en un dia frio - 5.00° F .

13.- a) La temperatura de la superficie del sol es de 6000 K. Expresar esta temperatura

en la escala Fahrenheit: b) la maxima temperatura registrada en EE. UU. es de 134

0

F Yla mas baja es de - 70°F exprese estas temperaturas en la escala Celsius: c) expresa el

punto de la ebullicion del oxigeno, -183°C. en la escala Fahrenheit.

EXPANSION TERMICA

estan disefiadas para tener una

longi ttl;1..~1~,~~2¥£~~\~:,.k;~i,~;~8g1~E~~~co.~;2~1~~~*~~i,~;v~~~~~~~~~.~.tl!g~S'... Q ue ••se parac io nminima debe'dejar eling'eriieroeiitre Ias 'secclcHles p a r a 'eTiillillh'leJ pandeo si el concreto

puede alcanzar una temperatura de~:50°C ( a = 12 > < 10-6 (oct )., .

" " .15.- Un riel de acero de una via ferrea tiene una longitud de 30m cuando la temperatura

es de O°C . i .,Cual es su longitud cuando la temperatura aurnenta a 40°('?

( a =1 1 :<1 O - t i ( o C - : ' t l ) .

16.- La distancia entre las torres en los extremes de un puente es de 1280 m. EI

, desplazamiento vertical en el centro del cable (flecha) a la temperatura de 50°F es de

143 m. Calcular e l cambio de la longirud del cable entre las torres y el carnbio de la

flecha en el centro para una variacion de temperatura de - 20°Fall 0°F

(a=Jl 1 0 - < > ( O C t ) .

17.- Una placa de aluminio tiene un agujero circular de 2.54cl11 de diametro a o o ei..Clla.! es su diarnetro cuando la temperatura se eleva a l30°C?

18.- para hacer una junta segura, se emplean remaches de mayor diametro que el

agujero y luego se enfria (por 1 0 regular con hielo seeo) antes de ponerlo en el agujero.

Un rernache de acero de 2.385 em. de diametro va a colocarse en un agujero de 2.382

em. de diametro. ( _ , U que temperatura debe enfriarse el rernache si debe ajustar en el

agujero (a 200e)?



19.- Dos tramas de concreto de 250 m de largo se colocan extreme con extreme de

modo que no se compensa la expansion (ver figura). Si OCLllTe un aumento de

temperatura de 20°C L.Cwii es la altura "y" a la que suben los extremes cuando se

pandean?

~

T

~

~

k 250 mI

CALOR Y PRIMERA LEY DE LA TERlVIOD{NAMICA

20.- (,Cwil sera la energia requerida para aumentar la temperatura de 0.5 kg de agua en

3°(' ? (el calor especifico del agua es c= 4186 J/Kg.· 0(' ).

21.- Un lingote metalico de 0.05 Kg. se calienta hasta 200°(, y a continuacion se

introduce en un vaso de laboratorio con 0.4 Kg. de agua a.20°C ~si.la temperatura de

equilibrio final del sistema es 22.4 0(" encontrar el calor especifico del

k, =4186J! kgo(').

y

22.- Un atleta disipa toda su energfa en una dieta de 4000 Kcal. por dia. Si se

desprendiera de ese calor de manerquniforme. L.Como se compararia esa produccion de

calor con la de una l{ullpara?,

23.- Considerese una varilla como la que se muestra en la figura. Suponiendo que

L=25cm, A=l.O em 2 y el material sea cobre. Si T: = [25°(' Yse alcanza la situaci6n cle

regimen estable, encontrar:

a) el gradiente de temperatura.

b) 1 2 1 rapidez de transmision de calor,

c) 1 2 1 temperatura de 1 2 1 varilla en un punto situado a 10 em del extreme de temperatura

mas elevada.

24.- El calor de fusion del agua salida es de 80 cal/g. a {)OC y las densidades del hielo y

l iquido son 0.91 g /crn ' y I g! cm ' respectivamente. (,Cmll es el cambio en 121energia

interna de un mol de agua al fundirse a 0°(' y 1 atrn de presion'?



25.- Si 8.1 mol de gas de helio estan a 20°(' y una presion manometries de 0.190 atm.

calcular:

a) el volumen del gas de helio en estas condiciones, y

b) la temperatura. si el gas se comprimiera a la mitad de su volurnen a una presion

manometries de 2.10 atm.

26.- Una muestra de un mol de gas ideal se mantiene a o o e durante una expansion de 3

a 10 litros.

a) (Cminto trabajo es realizado por el gas durante la expansion?

b) L.Cul;lntaenergia se transfiere por calor con los alrededores en este proceso?

27.- On gas ideal a 400 K se expande adiabaticamente hasta un volumen 5 veces mayor

que el original. Determine la temperatura resultante si el gas es monoatornico.

28.- Cuando se hace pasar un sistema del estado i al estado f siguiendo la trayectoria

iaf, se encuentra que Q = 50 cal y W = 20 cal. Siguiendo la trayectoria ibf, Q = 36

cal:

a) (,Cuanto vale W si se sigue la trayectoria ib f T ,

b) Si W = -13 cal para la trayectoria curva de regreso fi, (,cuanto vale Q para la

trayectoria",

_-c)TomeseUj =1 Oea !L .CL l ant o vale U f?,, - _ - ,)_-:/ .. - - ," .

d) Si Ub = 22ca!, ( .Cuanto vale Q para el proceso ib? Para el proceso

v

29.- Calcular el cambio de entropia en la fusi6n de 30gr de hielo. Tomando en cuenta

que el calor laterite del agua es 3.33;c<105 J / kg y la temperatura del sistema es 0°(' .

30.- Una masa de un kg de agua a una temperatura de 25°(, se mezcla adiabaticarnente

e isobaricamente can una masa, de 3kg de agua a 75°C. Calculese el cambio de

entropia del azua v del universo. Tomese el calor esnecifico e = leal / ~. k para azua.~ • 1 l' L ,_.

5



31.- La eficiencia teorica de cierta maquina es de 50%), si esa maquina usa la atmosfera

como recipiente frio a 23"C (,CuM es la temperatura del deposito caliente?

32.- Un refrigerador tiene Lincoeficiente de operacion igual a 5.0. EI refrigerador tom a

120J de energia del deposito frio en cada ciclo. Encuentre:

a) el trabajo necesario en cada ciclo,

b) la energia expulsada al deposito caliente.

33.- Una de las maquinas termicas mas eficientes jamas construidas es una turbina de

vapor del valle de Ohio, que opera entre 430°C y 1870°C con energia del carbon de

Virginia para producir electricidad para el medio oeste.

a) (,Cual es su maxima eficiencia te6riea?,

b) C u anta p oten cia util entrega la maquina si t0111a 1.4:< 10- J de energia cada segundo

de su deposito caliente.

34.- Para una sustancia se determinaron los siguientes valores: 1.3882 g. ocupa un

volurnen de 220 rnl a 220°C y 747 mm Hg; se sabe, ademas, que la sustancia estacornpuesta de C, H Y0 con la siguiente proporcion:

C: 70.60%

H: 5 . 8 8 ( ) t o

0: 23.52%

molecular,

formula quimica.

y

34.- Tres cargas puntuales de + 2~jc, + 3uc y + 4pc , estan situados en los vertices de

un triangulo equilatero de LOcrn dthJ.ado como se muestra en la figura. Hallar la fuerza

resultante ejercida sobre la carga de + 4pc .

10 em 1 0 em

1 0 em +3~LC

35.- Dos cargas fijas + l.07,uc y - 3.28,uc, se hallan a una distancia de 6 L8m ,:,D6nde

puede colocarse una tercera carga de modo que la fuerza resultante sobre ella sea cero?

36.- Una particula cargada perrnanece en reposo en un campo electrico vertical y

dirigido hacia arriba producido por dos placas paralelas y horizontales como se muestra



en la figura. Calcule la diferencia de potencial entre ambas placas, SI la particula en

cuestion tiene masa de 4:< 10-l3 kg y carga + 2. 4 x ro" C .

- -- - -- -- - ---

. o f . t Eq"-

12cmI I E

rmgI I

+ + + + + + + + + + + + + + + + +

37.- (,Que magnitud de una carga puntual elegida de modo que el campo electrico a

75cm de distancia posea la magnitucl de 2.3 N/C.

38.- Un campo electrico acelera un electron hacia el este a 1.84 xl o " m Is. Determine lamagnitud y direccion del campo.

39.-El flujo a traves de una superficie de area A en un campo uniforrne E alcanza su

maximo cuando

a) ..~asuperficie esp~ralela~_E,.:by: La:superficie es perpendi;~urat'~tE'

c) La superficie tiene forma de rectangulo

"0.-La superficie cuaclrada de la';~igura mide 3.2 mm por lado. Esta inmersa en un

campo electrico uniforme con E=fWO N/C. Las lineas de campo electrico forman un

angulo de 6)0 con la normal que "apunta hacia fuera. Calcule el flujo que atraviesa lasuperficie.



8

41.-lJna linea infinita de carga produce un campo de 4.52xl04 N/C a una distancia de

1.96 m. Calcule la densidad de carga lineal.

42.-Hallar el potencial y laintensidad de campo electrico en un punto en el aire que se

encuentra a 2 nm (2 nanometros) de un nucleo atornico deCarbono cuyacarga vale

+4e. Encontrar la energia potencial de un proton colocado en dicho punto.

43.-Hallar la energia disipada cuando una carga de 80 Coulombs se transfiere de una

nube cargada electricamente a la tierra a traves de la descarga electrica, S 1 la diferencia

de potencial entre la nube y la tierra es de 4x 10.6volts.

~

44.- Dos cargas puntuales Ql=+14xl(r9

y Q2=-lOxlO·9 Coulombs, se encuentran

separadas como se muestra en la figura, calcular a) los potenciales en los puntos a, b y

c, b) la energia potencial de una carga puntual de +10xlO·9 Coulombs, cuaudo esta

colocada en los puntos a. b 0 c indistintarnente.

c•, ,

\

,\,

,,r ,

I

lScm 15 em

,,

a

8cmcm

,c 7 13cm

45.- Un capacitor de placas paralelas tiene placas circulates de 8.22 em de radio y con

una separacion de 1.31 mm a) Calcule la oapacitancia, b) (, Que carga aparecera en las

placas si se apl ica una diferencia de potencial de 16 V.

46.- La Placa y el catodode un diodo de tubo al vacio tienen la forma de dos cilindros

concentricos con el catodo como cilindro central. El diametro del catodo mide 1.62 mm

y el de la placa 18.3 mm, ambos elementos tienen una longitud de 2.38 em. Calcule la

capacitancia del diode.

47.- Las placas de un capacitor esferico tienen un radio de 38 111m y 40 mm a) Calcule la

capacitancia, b) (. Cual debe ser la superficie de placa de un capacitor de placas

paralelas con la misma separacion y capacitancia ?



48.- Determine In capacitancia equivalente para cada uno de los circuitos que se

muestran en las figuras siguientes

3 ~lF-I-

(a) (b )

49.-Un capacitor de placas paralelas lleno de aire tiene una capacitancia de 51.3 pF a) Si

la superficie de sus placas mide 0.350 m2 l.Cwil es su separacion? b) Si la region entre

las placas esta l!ena ahora de un material que tiene una constante dielectrica de 5.6

(,Cual es su capacitancia?

50.- Tres capacitares conectados en paralelo a una red de 500 Volts, tienen capacidades

1=30 ~lF,C c=50 FF, C}=10 ~lf,eterminar Ia carga del capacitor.

51.- Para construir un capacitor de placas paralelas se dispone de dos placas de cobre,

hoja de mica (espesor = 0.10 1 1 1 m , K, = 5.4), una hoja de vidriotespesor = 0.20

111m,K, = 7.0) y una lamina deparafina (espesor = 1.0 cm. K, = 2.0). Si se q uie re

conseguir la mayor capacitancia, (}~\Ialhoja se debe colocar entre las placas de cobre?

' ? - - - .

52.- Desde el punto de vista de su geonretria. L,Cuill1tostipos de capacitares conoce?

53.- L , C L l a . ! es el prop6sito de llenar el interior de un capacitor con un dielectrico?

54.-l.Cuil es la funcion que cumple un capacitor en un circuito electrico?

guia_fisica

Documents