XXVI CONCURSO NACIONAL DE FISICA ALBERTO EINSTEIN

17 de Junio 2008

Curso: V

Tiempo: 2 Horas

Indicaciones Generales: Use los espacios provistos para responder los ejercicios de respuestas múltiples y

justificar sus respuestas donde se requiera. Limítese a estos espacios. Si llegara a necesitar más espacio, continúe en la parte trasera de la hoja respectiva.

Puede utilizar calculadora, regla y lápiz, bolígrafo.

Datos Importantes: Aceleración de la gravedad: g = 10 m/s2

Parte 1. Preguntas de respuesta múltiple y argumentada

1. El diagrama muestra un bloque que se desliza sobre una rampa sin fricción. Las ocho flechas numeradas representan direcciones a las que se refieren las preguntas siguientes.a. ¿Cuál flecha representaría de mejor manera la

aceleración del bloque en la posición P?i. Flecha 1______

ii. Flecha 2______iii. Flecha 4______iv. Flecha 5______v. Ninguna flecha. La aceleración es

cero.

b. ¿Cuál flecha representaría de mejor manera la aceleración del bloque en la posición Q?

i. Flecha 1______ii. Flecha 3______

iii. Flecha 5______iv. Flecha 7______v. Ninguna flecha. La aceleración es cero.

c. ¿Cuál flecha representaría de mejor manera la aceleración del bloque en la posición R, luego de dejar la rampa y coronar su camino ascendente?

i. Flecha 2______ii. Flecha 3______

iii. Flecha 5______iv. Flecha 6______v. Ninguna flecha. La aceleración es cero.

d. ¿Cuál flecha representaría de mejor manera la velocidad del bloque en la posición R, luego de dejar la rampa y coronar su camino ascendente?

i. Flecha 1______ii. Flecha 2______

iii. Flecha 3______iv. Flecha 5______v. Ninguna flecha. La velocidad en R es cero

2. El diagrama siguiente muestra dos discos de caucho que pueden deslizarse sobre una mesa de aire (sin fricción). El disco B es cuatro veces más masivo que el disco A. Empezando desde el reposo, se empujan ambos discos con dos fuerzas iguales. a. ¿Cuál de los dos discos llega al final (finish) con mayor energía cinética?

i. El disco Aii. El disco B

iii. Ambos tienen la misma energía cinéticaiv. No hay suficiente información

b. ¿Cuál de los dos discos llega primero al final (finish)?i. El disco A

ii. El disco Biii. Ambos llegan igualesiv. No hay suficiente información

c. ¿Cuál de los discos tiene la mayor cantidad de movimiento al cruzar la línea de meta (finish)?

i. El disco Aii. El disco B

iii. Ambos tienen la misma cantidad de movimiento

iv. No hay suficiente información

d. ¿Cuál de los discos transfiere mayor cantidad de movimiento a la mesa al chocar en el fondo de la misma? (La mesa no es perfectamente fija)

i. El disco Aii. El disco B

iii. Ambos imparten la misma cantidad de movimientoiv. No hay suficiente información

3. Una masa adherida a un resorte oscila armónicamente como se indica en el diagrama de posición - x vs. tiempo - t. En un punto P, la masa tiene

a. Velocidad positiva y aceleración positiva._____

b. Velocidad positiva y aceleración negativa_____

c. Velocidad positiva y aceleración cero______

d. Velocidad negativa y aceleración positiva_______

e. Velocidad negativa y aceleración negativa_______

f. Velocidad negativa y aceleración cero_______

g. Velocidad cero pero está acelerando (positivamente o negativamente)_______

h. velocidad cero y aceleración cero________

4. Un péndulo simple consta de una cuerda muy ligera de longitud L y un pequeño globo lleno de agua de masa m y radio L/20 atado a su extremo. El péndulo oscila prácticamente sin pérdidas de energía, desde la posición inicial A, a la izquierda, como se muestra en el gráfico. Al pasar por el punto B, la cuerda choca contra una mesa que cambia el movimiento del globo como se indica. De la parte inferior de la mesa sobresale un clavo afilado una

x

t

P

distancia L/10, ubicado a una distancia de L/3 desde el borde de la mesa, como indica. Se pregunta:

a) ¿Se pinchará el globo? SI ___ NO ___ Justifique:

b) La tensión en la cuerda cuando el globo se encuentra en el punto A es: MAYOR ____ MENOR ____ IGUAL ____ que la tensión cuando el globo alcanza el punto más alto en el lado derecho.Demuéstrelo:

5. Dos barras metálicas A y B con diferente coeficiente de expansión lineal (A>B) a una temperatura T1 están pegadas lado a lado, como se indica en la figura (i). Marque la frase que completa de manera correcta: “Si la temperatura disminuye, el conjunto:

a. Forma un arco hacia abajo como indica la figura (ii)“

b. Se contraen sin curvar como indica la figura (iii)“

c. Forman un arco hacia arriba como indica la figura (iv)”

AB

L/3

B

AB

L/3

AB

L/3

B

Parte 2. Problemas

6. Imagine dos bloques idénticos de masa m unidos a los extremos de un resorte de masa despreciable con constante elástica k y longitud natural Lo. El sistema se sitúa en posición vertical apoyado sobre una mesa como se indica en la figura 1.

El bloque superior se aplasta hacia abajo una distancia d desde su posición de equilibrio (fig. 2) y se libera a continuación sin velocidad inicial.

a. Escriba la frecuencia circular () de la oscilación del bloque superiorb. Escriba la aceleración máxima del bloque superior durante la oscilaciónc. Dibuje diagramas de cuerpo libre para ambos bloques. ¿En qué punto o puntos de su

trayectoria alcanza el bloque superior la aceleración máxima de b)? Indique su dirección.

d. Determine el máximo valor de la reacción de la mesa sobre el bloque inferior.e. Determine el mínimo valor de la distancia d que es necesario presionar el bloque para

que en su rebote, éste llegue a separarse de la mesa.

7. Fórmula uno (Adaptado de Olimpiada de Física 2006-Fase Local Asturias).- En un circuito de Fórmula 1, Fernado Alonso y Kimi Raikkonen llegan empatados a la última curva antes de la meta, cuyo trazado se ve en la figura. Fernando Alonso, confiando en las características técnicas de su coche decide adelantar por el exterior de la curva siguiendo una trayectoria semicircular de radio RFA = 130m, mientras que Raikkonen se cierra por el interior, siguiendo una trayectoria semicircular de radio RKR= 120m. Si el coeficiente de rozamiento con el asfalto de los neumáticos de Alonso es de =2.3 mientras que el de Raikkonen es de =2.2, a. ¿A qué velocidad máxima puede circular cada uno de los coches antes de derrapar y

salirse de la carretera? ¿Quién gana la carrera?b. Repita al análisis anterior incluyendo el hecho de que el diseño aerodinámico de los

coches de F1 (el alerón) genera sobre ellos una fuerza descendente, normal a la carretera y adicional al peso. Esta fuerza vale 3kN para el coche de Alonso y 2kN para Raikkonen, cuando circulan a velocidades superiores a 200km/h.

Datos: Masa de ambos coches (con piloto y

combustible) = 600 Kg El camino es plano, sin peralte

8. Un bloque de masa se desliza desde el reposo hacia abajo por un plano inclinado sin

rozamiento, desde una altura . El bloque llega a un plano horizontal y se encuentra con

una superficie con rozamiento y longitud . El bloque continúa su camino hasta

llegar a un rizo circular de radio . Se pregunta:

a) ¿Cuál es la velocidad del bloque antes de llegar al tramo horizontal con rozamiento?b) ¿Cuál es su velocidad después de pasar el tramo anterior?c) ¿Cuál es el máximo radio del rizo para que la masa logre completar la circunferencia sin

caerse?

9. Se dispone de una mezcla de hielo y agua a O oC, con masas de 200 y 600 g respectivamente. Se coloca la mezcla sobre una cocina eléctrica de vitrocerámica de 1 kW de potencia y se observa que a los 6,7 min comienza a hervir y que 15 min después solamente queda la mitad del agua en el recipiente. Si el calor específico del agua es 4186 J/kg oC, calcule:

a. calor latente de fusión del hielo

b. calor latente de ebullición del agua

N.B. Desprecie el calor absorbido por el recipiente.