1. Velocidad media e instantánea © Oxford University Press ... · PDF...

E S T U D I O D E L M O V I M I E N T O11. Velocidad media e instantánea

Un móvil se mueve en línea recta de manera que su posición varía según la ecuación:

s � t 2 � 2

donde s se expresa en metros, y t, en segundos.

a) Calcula la velocidad media en los intervalos de tiempo siguientes:

� Entre 2 s y 3 s. � Entre 2 s y 2,1 s.

� Entre 2 s y 2,01 s. � Entre 2 s y 2,001 s.

b) ¿A qué valor tiende la velocidad media cuando el intervalo de tiempo es muy pequeño?

c) ¿Cuál será la velocidad instantánea para t � 2 s?

En la tabla siguiente se muestran los tiempos de paso de algunos de los corredores de unmaratón popular. Recuerda que el recorrido del maratón es de 42,195 km.

a) Calcula la velocidad media durante todo el recorrido de los corredores A y C.

b) Calcula la velocidad media durante los 10 primeros kilómetros de los corredores A y B.

c) Calcula la velocidad media entre el kilómetro 21,097 y el kilómetro 30 del corredor C.

d) Calcula la velocidad media a lo largo de todo el recorrido y en cada uno de los tramos del corredor D.

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Corredor

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Meta

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2:55:48

3:15:02

3:43:25

Tiempos de paso

km 30

1:37:13

1:57:48

2:16:51

2:33:07

km 21,097

1:08:36

1:21:27

1:36:13

1:45:52

km 10

00:33:15

00:38:41

00:46:33

00:51:29

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E S T U D I O D E L M O V I M I E N T O12. Ejercicios de refuerzo

Al pasar por los indicadores kilométricos de una autovía, un pasajero recoge los tiemposefectuados por el vehículo en el que viaja en la siguiente tabla:

a) Representa gráficamente la distancia recorrida en función del tiempo.

b) ¿Entre qué dos puntos kilométricos circulaba el vehículo a mayor velocidad?

c) ¿Cuál es la velocidad media en todo el recorrido?

d) ¿Cuál es la velocidad media entre los puntos kilométricos 110 y 115?

Un ciclista ha recorrido una distancia de 50 km en una hora:

a) ¿Cuál es su velocidad media en m/s?

b) ¿Es posible que en algunos momentos la velocidad de este ciclista haya sido de 16 m/s?¿Y de 12 m/s?

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Punto kilométrico(km)

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E S T U D I O D E L M O V I M I E N T O12. Ejercicios de refuerzo

¿Cuál es la velocidad media en km/h de un guepardo que recorre 100 m en 8,9 s?

¿Cuál de las siguientes gráficas no puede ser correcta? ¿Por qué?

Determina la aceleración media del movimiento representado en la figura:

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posición

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posición

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posición

t (s)

v (m/s)

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E S T U D I O D E L M O V I M I E N T O13. La caída de los cuerpos

¿Recorren los cuerpos en caída libre el mismo espacio en el primer segundo que en el tercero?

Dejamos caer dos cuerpos en el vacío separados un intervalo de 1 s. ¿Se mantiene constante la distancia entre ambos?

¿Desde qué altura debe caer el agua de una presa para golpear la rueda de la turbina con unavelocidad de 40 m/s?

Un cuerpo cae libremente. Calcula:

a) La aceleración.

b) La distancia recorrida en 3 s.

c) El tiempo necesario para alcanzar una velocidad de 25 m/s.

Un avión que desciende verticalmente a 360 km/h deja caer un objeto que tarda 15 s en llegar alsuelo. ¿Desde qué altura cayó el objeto? ¿Con qué velocidad chocará contra el suelo?

Nota: ten en cuenta que no se trata de un movimiento de caída libre.

Observa las gráficas siguientes:

¿Cuál de las tres representa la variación del módulo de la velocidad de una piedra que se lanzahacia arriba y vuelve a caer?

Nota: ten cuenta que se trata de dos movimientos consecutivos diferentes.

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velocidad

tiempo

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I N T E R A C C I O N E S E N T R E L O S C U E R P O S21. Composición de fuerzas

Dibuja la resultante de los siguientes sistemas de fuerzas y calcula su módulo:

a)

b)

c)

¿Cuáles son los módulos de dos fuerzas sabiendo que se diferencian en 9 N y que si actúan en la misma dirección y sentido tienen una resultante de 45 N?

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F1

Punto de aplicación: (0, 0)

Dirección: horizontal

Sentido: hacia la derecha

Módulo: 2 N

F2




Módulo: 8 N

F1


Dirección: vertical

Sentido: hacia arriba

Módulo: 8 N

F2

Punto de aplicación:(0, 0)


Sentido: hacia abajo

Módulo: 2 N

F1




Módulo: 100 N

F2



Sentido: hacia arriba

Módulo: 5 N


I N T E R A C C I O N E S E N T R E L O S C U E R P O S22. Fuerzas paralelas

Averigua la longitud de los brazos de una palanca de 36 cm de longitud total si permanece en equilibrio cuando cuelgan de sus extremos dos pesos de 100 N y 200 N.

Calcula en qué punto de una barra, cuyo peso es despreciable, debe colocarse un cuerpo de manera que el peso que soporte un chico en uno de sus extremos sea la tercera parte del que soporte un hombre en el otro.

Calcula gráfica y analíticamente la resultante del sistema de fuerzas representado, sabiendo que F1 � 12 N; F2 � 8 N y la distancia AB � 20 cm.

Un chico ayuda a su padre a transportar un paquete de 70 kg mediante una barra de 1,4 m de longitud. Si colocan el paquete a 1 m del chico, ¿qué peso soporta cada uno?

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I N T E R A C C I O N E S E N T R E L O S C U E R P O S23. Descomposición de fuerzas

Dibuja las componentes sobre los ejes de coordenadas de las fuerzas siguientes:

Un caso importante de descomposición de fuerzas se presenta cuando un cuerpo se apoya sobre un plano inclinado. En este caso el peso se descompone en dos fuerzas perpendiculares: unacomponente normal o perpendicular al plano y otra tangencial o paralela al plano.

¿Cómo calcularías la resultante peso a partir de sus componentes?

Dibuja las componentes de las fuerzas en los tres casos siguientes:

Explica por qué para arrastrar una barca por un canal hacen faltan dos caballerías, una en cadaorilla.

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X

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Pt

P

PN


I N T E R A C C I O N E S E N T R E L O S C U E R P O S24. La fuerza de rozamiento

Aplicamos una fuerza de 10 N a un bloque de 5 kg de masa, situado sobre una superficiehorizontal, y la aceleración que adquiere es 1,75 m/s2. ¿Significa esto que no se cumple elsegundo principio de la dinámica? ¿Qué sucede? Haz un esquema que incluya todas las fuerzasque actúan.

¿De qué factores depende la fuerza de rozamiento?

¿Qué dirección y sentido tiene siempre la fuerza de rozamiento?

Se aplica una fuerza horizontal de 100 N a un cuerpo de 10 kg de masa que descansa sobre un plano horizontal. Calcula la aceleración del cuerpo si el coeficiente de rozamiento es 0,2.

Se ejercen dos fuerzas, F1 y F2, sobre un cuerpo de 5 kg de masa que descansa sobre unasuperficie horizontal. El coeficiente de rozamiento es 0,1. Calcula la aceleración que adquiere en los siguientes casos:

a) b)

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F2 � 50 N

F1 � 25 N

F2 � 50 NF1 � 25 N


M O V I M I E N T O C I R C U L A R Y G R A V I T A C I Ó N U N I V E R S A L31. A vueltas con la fuerza centrípeta

Un cuerpo se mueve con velocidad constante siguiendo una trayectoria circular. ¿Actúa, en estecaso, una fuerza neta?

Consigue un cubo pequeño de plástico y llénalo de agua casi hasta el borde. Hazlo girarrápidamente en un círculo vertical con el brazo extendido. ¿Por qué no se derrama el agua quecontiene?

¿Por qué no existe la aceleración centrípeta en el movimiento rectilíneo?

¿Por qué las curvas cerradas de las carreteras son más peligrosas que las curvas abiertas? ¿Por qué se peraltan las carreteras?

Una piedra de 250 g gira atada a una cuerda de 1 m de longitud a razón de 30 vueltas por minuto en un plano horizontal. ¿Qué fuerza centrípeta proporciona la cuerda a la piedra?

¿Cuál es el período de un movimiento circular uniforme si su frecuencia es 10 Hz?

En el modelo atómico de Rutherford, el electrón gira alrededor del núcleo. ¿Qué fuerzaproporciona la aceleración centrípeta de este movimiento? Dibújala.

¿Debe un cuerpo moverse siempre en la dirección de la fuerza aplicada?

Se hace girar una piedra con la ayuda de una honda. ¿Qué sucede cuando se suelta la cuerda?9

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M O V I M I E N T O C I R C U L A R Y G R A V I T A C I Ó N U N I V E R S A L32. Modelos planetarios

Relaciona cada uno de estos diagramas con el modelo correspondiente y describe bre vementesus características.

Diagrama ___ : modelo actual del sistema solar.

Diagrama ___ : modelo aristotélico.

Diagrama ___ : modelo ptolemaico.

Diagrama ___ : modelo copernicano.

Identifica al autor del siguiente texto:

En los comentarios sobre Marte he logrado demostrar, partiendo de las observaciones deTycho Brahe, que, dados unos arcos iguales recorridos en un día a cargo de la misma órbitaexcéntrica, no son coronados a la misma velocidad, sino que los distintos tiempos utilizadospara recorrer partes iguales del excéntrico son proporcionales a las distancias de estas con elSol […]. Junto a esto he demostrado que la órbita de los planetas es elíptica, y que el Sol, fuen-te de movimiento, se encuentra en uno de los focos de dicha elipse.

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Marte

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Venus

Júpiter

Saturno

MarteSol

LunaTierra

Mercurio

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4.

Sol Mercurio

Venus Tierra

MarteJúpiter

Saturno

Urano

Neptuno

Plutón

cinturón de asteroides


M O V I M I E N T O C I R C U L A R Y G R A V I T A C I Ó N U N I V E R S A L33. Fuerzas y movimientos circulares¿Cuál es la velocidad angular en rad/s de una rueda que gira a razón de 300 rpm?

Las ruedas de un vehículo tienen 30 cm de radio y giran a una velocidad angular de 956 rpm.Calcula:

a) La velocidad angular de las ruedas en rad/s.

b) La velocidad lineal del coche en m/s.

c) La aceleración de un punto situado en la periferia de la rueda.

El movimiento circular uniforme, ¿es realmente uniforme?

La Luna se desplaza en una órbita casi circular alrededor de la Tierra; el radio de la órbita lunar es 4 � 108 m, y el período de rotación de la Luna alrededor de la Tierra, 2,36 � 106 s. Calcula lavelocidad angular de la Luna.

Halla la aceleración centrípeta de la Luna en su órbita circular alrededor de la Tierra conocidos elradio de la órbita y el período del movimiento.

¿Por qué escapa el agua por los agujeros del tambor de una lavadora?

¿Qué fuerza se ejerce sobre 2 kg de ropa que gira en el interior del tambor de una lavadora si estetiene 40 cm de radio y gira a razón de 4 rps?

Conocidos el valor de G � 6,67 � 10�11 N � m2/kg2 y el valor del radio de la Tierra rT � 6 370 km,determina la masa de la Tierra.

Un satélite artificial situado a 500 km de la superficie terrestre describe una órbita circularperfecta. ¿Cuál es su velocidad?

La masa de la Luna es la masa de la Tierra y su radio es del radio terrestre.

¿Cuánto vale g en la Luna?

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F U E R Z A S E N L O S F L U I D O S41. Veinte mil leguas de viaje submarino

Para resolver las siguientes actividades toma como valor medio de la densidad del agua del mar1 030 kg/m3.

En 1960, Jacques Piccard descendió a casi 11 km de profundidad en la fosa de las Marianasa bordo del batiscafo Trieste. ¿Qué presión tuvo que soportar el batiscafo?

El capitán Nemo observa la «eterna negrura» del océano a 1 000 m de profundidad mediante un ocular de cuarzo fundido de forma circular de 15 cm de diámetro. Calcula la fuerza quesoporta el ocular a dicha profundidad.

¿Qué presión hidrostática ejerce el agua del mar sobre un buceador a 20 m de profundidad?

¿Qué fuerza actúa sobre el buceador si la superficie total que presenta es de 1,5 m2?

Un salmón presenta al agua 10 dm2 de superficie. ¿Qué fuerza total ejerce el agua sobre su pielcuando está a 1,5 m de profundidad?

La presión que puede soportar una columna de agua de 60 cm de altura puede soportarlatambién una columna de una disolución salina de 50 cm de altura. Halla la densidad de dichadisolución.

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F U E R Z A S E N L O S F L U I D O S42. Peso y empuje

Cuando un iceberg flota en el agua del mar, ¿qué fracción de iceberg queda sumergido?

(Datos: densidad del hielo 930 kg/m3, densidad del agua del mar 1 030 kg/m3.)

Explica el significado de la frase «esto es solo la punta del iceberg».

La masa de la corona del rey Hieron de Siracusa era de 9 kg. Como el rey sospechaba que el orfebrehabía sustituido parte del oro por plata, pidió a Arquímedes que averiguara si efectivamente el orfebre había sustituido parte del oro por el otro metal o no, y en qué cantidad. Arquímedesresolvió el problema pesando la corona fuera y dentro del agua y halló que pesaba 5,66 N menosen el agua. Averigua las cantidades de oro y plata de dicha corona.

(Datos: densidad del oro 19 300 kg/m3, densidad de la plata 10 500 kg/m3.)

Una pepita de oro y cuarzo tiene una masa de 100 g. Las densidades del oro y del cuarzo son 19 300 kg/m3 y 2 600 kg/m3, respectivamente, y la correspondiente a la pepita es 6 400 kg/m3.Averigua la masa de oro que tiene la pepita.

Sobre la superficie de un estanque se deja caer libremente una esfera de 3 cm de radio fabricadacon un material cuya densidad es 9 000 kg/m3. Halla la aceleración con que se hunde la esfera enel agua.

Un cuerpo pesa 100 N en el aire y 60 N en un líquido cuya densidad es 800 kg/m3. ¿Cuál es ladensidad del cuerpo?

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F U E R Z A S E N L O S F L U I D O S43. Repasando conceptos

Completa la tabla siguiente:

¿Puede una fuerza pequeña producir una presión grande? ¿Y puede una gran fuerza originar una presión pequeña?

¿Por qué el espesor del muro de un dique aumenta en función de la profundidad?

En una prensa hidráulica, ¿cuál de los dos émbolos ejerce más presión, el grande o el pequeño?

Un gas ocupa un volumen de 2 m3 a la presión de 4 000 Pa. Calcula el volumen que ocupará dichogas si se comprime hasta una presión de 6 000 Pa.

Para hallar el empuje experimentado por un cuerpo sumergido en un líquido no basta conconocer su volumen, se precisa otro dato. ¿Cuál es?

Averigua la cantidad de plata que tiene un anillo, que, al sumergirlo en agua, experimenta una pérdida aparente de peso de 1,47 � 10�2 N. (Dato: densidad de la plata: 10 500 kg/m3.)

¿Dónde flotamos mejor, en el mar o en una piscina de agua dulce?

¿A qué fuerzas está sometido un cuerpo sumergido en un fluido?

¿Qué condición se debe cumplir para que un cuerpo sumergido en un fluido se encuentre en equilibrio?

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Fuerza Superficie Presión

2 N 1 m2 Pa

N 4 cm2 100 Pa

1,5 N m2 5 Pa

3 N m2 4 Pa


T R A B A J O Y E N E R G Í A M E C Á N I C A51. Fuerzas y trabajo

Calcula el trabajo realizado en cada uno de estos ejemplos:

a)

b)

c)

d)

e)

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2 m

25 N

3 m

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2 m

26 N

30 N

30º

5 m

25 N10 N

1 m

14 N

20 N

45º


T R A B A J O Y E N E R G Í A M E C Á N I C A52. La jungla de las unidades

Identifica entre las siguientes unidades las que son de trabajo y energía y las que son de potencia:

a) W b) J c) kW � h d) MW e) kJ f) CV

¿Cuál es la potencia en vatios de un motor de 300 CV?

Expresa en megavatios la potencia de una central eléctrica de 2 � 1011 W.

Nuestro cuerpo quema alimentos para obtener energía. La digestión de una manzana aporta 200 kJ. Expresa esta energía en julios.

¿Cuál es la potencia en caballos de vapor de una grúa capaz de realizar un trabajo de 10 000 J en 2 s?

¿Cuánto cuesta mantener encendida durante cinco horas una estufa eléctrica de 2 500 W si elprecio del kilovatio por hora es de 0,08 €?

Completa la tabla siguiente:7

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Aparato

Tostador de pan

Lámpara de mesa

Secador de pelo

Horno microondas

Televisor color

Potencia

2 000 W

100 W

1 000 W

2 000 W

400 W

Tiempo defuncionamiento

10 minutos

6 horas

45 minutos

15 minutos

5 horas

Kilovatios porhora consumidos


T R A B A J O Y E N E R G Í A M E C Á N I C A53. Reforzando conceptos

Indica en qué situaciones se produce trabajo:

a) Un patinador que se desliza con movimiento rectilíneo y uniforme.

b) Una chica que espera el autobús con la mochila en la mano.

c) Varios chicos empujan un baúl en la misma dirección y sentido en que pretenden moverlo.

Una joven arrastra un trineo sobre una pista de hielo horizontal con una fuerza neta de 25 N en elsentido del movimiento. Si despreciamos el rozamiento con el suelo, calcula el trabajo que realizala joven sobre el trineo cuando lo desplaza 10 m.

El kilovatio por hora (kW � h), ¿es unidad de potencia o de trabajo? Calcula su equivalencia en launidad correspondiente del SI.

Un motor de 16 CV eleva un ascensor de 500 kg a 50 m de altura en 25 s. ¿Cuál es el rendimientode esta máquina?

Calcula el trabajo necesario para elevar una maleta de 8 kg desde el suelo hasta 3 m de altura.¿Cuál es la energía potencial de la maleta situada a esa altura?

La velocidad de una bala de 5 g cuando sale de la boca de un rifle es de 600 m/s. Calcula:

a) Su energía cinética.

b) El trabajo realizado por los gases de la pólvora al impulsar la bala.

Calcula la energía potencial de los siguientes cuerpos:

a) Una pelota de 1,5 kg situada a 2 m de altura.

b) Una manzana de 200 g colgada de un manzano a 2,5 m de altura.

c) Un muelle de constante elástica 1 000 N/m comprimido 1 cm.

Queremos levantar un cuerpo una cierta altura y disponemos de varios planos inclinados dediferente longitud. ¿Con cuál de ellos realizaremos la operación con menos esfuerzo? ¿Y conmenos trabajo?

Dos cuerpos de masas diferentes, m1 �m2, se lanzan verticalmente hacia arriba con la mismavelocidad. ¿Cuál de los dos alcanza mayor altura?

Si en las máquinas no hay ganancia de energía, ¿cuál es su utilidad?10

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C A L O R Y E N E R G Í A T É R M I C A61. Calorimetría

Calcula la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un bloque de 100 g de aluminiodesde 20 °C hasta 55 °C. (Datos: caluminio � 910 J/kg °C)

Cuando el bloque de aluminio del problema anterior se encuentra a 55 °C, se sumerge en 250 g de agua a 25 °C. Calcula la temperatura de equilibrio. (Datos: cagua� 4 180 J/kg °C)

Averigua la temperatura que se alcanza al mezclar:

a) 1 kg de agua a 25 °C con 2 kg de agua a 25 °C.

b) 1 kg de agua a 20 °C con 1 kg de agua a 85 °C.

c) 1 kg de hielo a 0 °C con 1 kg de agua a 100 °C. (Datos: Lf � 335 � 103 J/kg)

Para determinar la capacidad calorífica específica de un metal, se calienta un trozo de 40 gsumergiéndolo en agua a 100 °C. Se introduce inmediatamente en un calorímetro, que contiene120 g de agua a 20 °C, y se observa que la temperatura de equilibrio es de 28 °C. ¿Cuál es lacapacidad calorífica específica del metal?

¿Qué masa de hielo a 0 °C se puede fundir con 418 000 J? (Datos: Lf � 335 � 103 J/kg)

¿Qué masa de agua a 100 °C se puede hervir con 418 000 J? (Datos: Lv � 2,2 � 106 J/kg)6

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C A L O R Y E N E R G Í A T É R M I C A62. Reforzando conceptos

¿De qué factores depende la cantidad de energía térmica necesaria para variar la temperatura de un cuerpo?

Diseña un experimento que te permita calcular la capacidad calorífica específica de un sólido.

Determina la temperatura que se alcanza al mezclar 2 kg de agua a 20 °C con 2 kg de agua a 85 °C,sabiendo que cagua líquida es 4 180 J/kg °C.

Calcula la capacidad calorífica específica de una sustancia si se sabe que para aumentar 10 °C la temperatura de 2 kg de esta sustancia se necesitan 83 600 J.

Un bloque de aluminio de 80 g de masa se encuentra a 16 °C y se introduce en 120 g de agua a 40 °C. Calcula la temperatura de equilibrio.

Datos: caluminio 910 J/kg °C; cagua líquida 4 180 J/kg °C

Enumera los estados en que se presenta la materia y nombra los correspondientes cambios de estado.

¿Por qué los tramos de las vías del ferrocarril están ligeramente separados cada cierta distancia?

¿Qué les ocurre a los gases cuando se modifica su temperatura?

¿Qué cantidad de energía térmica es necesaria para convertir 500 g de hielo a 0 °C en vapor de agua a 100 °C?

Datos: Lf � 335 � 103 J/kg; Lv � 2,2 � 106 J/kg; cagua líquida � 4 180 J/kg °C

¿Cuál es el rendimiento de una máquina térmica que consume 4,18� 104 kJ para producir untrabajo de 2� 104 kJ?

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L A E N E R G Í A D E L A S O N D A S71. Dibujado ondas

En este dibujo se representan una compresión que se propaga a lo largo de un muelle.

a) ¿Qué nombre reciben las ondas que se propagan mediante compresiones y alargamientos?

b) ¿Cómo son entre sí las direcciones de propagación y de vibración en una onda de este tipo?

c) Dibuja varias compresiones y alargamientos propagándose por un muelle.

En este dibujo se representan las ondas que se propagan por una cuerda que se agita por un extremo.

a) ¿Cómo clasificarías este tipo de ondas?

b) ¿Cómo son entre sí las direcciones de propagación y de vibración en una onda de este tipo?

c) Dibuja el perfil de las ondas que se producen al caer una piedra al agua.

d) ¿Cómo clasificarías este tipo de ondas?

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propagación de la ondavibración de las partículas


L A E N E R G Í A D E L A S O N D A S72. Fenómenos ondulatorios

Dibuja lo que sucede cuando las ondas que se propagan por la superficie del agua de unestanque chocan contra su borde.

a) ¿Qué nombre recibe este fenómeno?

b) ¿Se modifica la velocidad de la onda cuando choca contra el borde del estanque?

En este dibujo se representan ondas en la superficie del agua que pasan de una zona muyprofunda a otra de menor profundidad.

a) Observa la separación entre las ondas al pasar de una zona a la otra y explica lo que hasucedido.

b) ¿Qué le ocurre a la dirección de las ondas al pasar a la zona menos profunda?

c) ¿Qué nombre recibe este fenómeno?

d) ¿Qué le sucede a la velocidad de las ondas cuando pasan de la zona profunda a la de menorprofundidad?

En este dibujo se representan las olas cuando llegan a la entrada de un puerto.

a) ¿Qué les sucede a las ondas cuando atraviesan la entrada del puerto?

b) ¿Cómo es la separación entre las ondas al pasar del mar abierto al puerto?

c) ¿Qué nombre recibe este fenómeno?

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zona profunda

zona superficial

mar

olas

puerto


E L Á T O M O Y E L S I S T E M A P E R I Ó D I C O81. El sistema periódico

Numera los grupos y los períodos.

Indica qué elemento o elementos de la tabla:

a) Es un metal líquido a temperatura ambiente.

b) Tiene un único electrón en la última capa.

c) Son metales.

d) Tienen dos electrones en su última capa.

e) Son no metales.

f) Tiene 8 electrones en su capa más externa.

g) Le falta un electrón para tener la capa externa completa.

Traza una línea que separe los metales de los no metales.

Sitúa los símbolos de cinco metales y cinco no metales.4

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Mg

Ca Br

ClAl

C

Cu

Hg

K


E L E N L A C E Q U Í M I C O91. El enlace en los compuestos químicos

A continuación se representan los modelos de varios compuestos químicos.

Clasifícalos según el tipo de enlace que presenten.

Explica la formación del enlace en la molécula de cloruro de hidrógeno.

¿Cuáles son las propiedades de los compuestos covalentes reticulares?

¿Qué propiedades características presenta el agua?

¿Cómo se explican estas propiedades de acuerdo con el enlace en la molécula de agua?

¿Qué propiedades presentan los compuestos iónicos?

¿Cómo se justifican estas propiedades de acuerdo con la estructura del enlace?7

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ClH

silicio oxígeno

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��

��

��

anión

catión

(a)

(c)

(b) (d)


E L E N L A C E Q U Í M I C O92. El enlace en los elementos químicos

Los metales¿Cómo están situados los átomos en un cristal metálico?

Explica mediante un dibujo por qué los metales son dúctiles y maleables.

Tacha la palabra errónea para que las frases sean correctas:

Los elementos de los grupos 1 a 12 son metálicos/no metálicos. Constituyen sustanciasduras/blandas y son buenos/malos conductores de la electricidad y buenos/malos conductorestérmicos.

Los no metales¿Cómo se encuentra en la naturaleza el helio?

¿Cómo se encuentra en la naturaleza el cloro?

Dibuja la molécula de cloro y explica la formación del enlace.

¿En qué formas se presenta el carbono en la naturaleza? Dibuja sus estructuras y explica el tipo de enlace.

Tacha la palabra errónea para que las frases sean correctas:

Los elementos del grupo 17 son llamados gases nobles/halógenos. Todos son elementosmetálicos/no metálicos formados por cristales atómicos/moléculas diatómicas y sonconductores/no conductores de la electricidad.

En los diagramas se representan diferentes moléculas diatómicas. Simboliza las posibles fuerzas de atracción mediante puntas de flecha →← y las fuerzas de repulsión mediante ↔.

Los sólidos como el yodo y el diamante están constituidos por enlaces covalentes. Sin embargo el yodo es blando y el diamante es muy duro. Intenta explicar la razón de este hecho.

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HH ClCl


Q U Í M I C A D E L C A R B O N O101. El átomo de carbono y las cadenas

carbonadasEl número atómico del carbono es Z � 6. Escribe su configuración electrónica.

¿Cuántos electrones le faltan al átomo de carbono para tener la estructura electrónica de un gasnoble?

El átomo de carbono puede completar su última capa compartiendo sus electrones con otrosátomos de carbono. ¿Qué nombre recibe este tipo de enlace?

Dibuja los enlaces que forma un átomo de carbono que comparte sus electrones con cuatroátomos de hidrógeno.

Dibuja dos átomos de carbono unidos por enlace simple. Completa con hidrógenos el resto de los enlaces del carbono. ¿Cómo se llama esta molécula?

Dibuja dos átomos de carbono unidos por un doble enlace. Completa con hidrógenos el resto de los enlaces del carbono. ¿Cómo se llama esta molécula?

Dibuja dos átomos de carbono unidos por un triple enlace. Completa con hidrógenos el resto delos enlaces del carbono. ¿Cómo se llama esta molécula?

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Q U Í M I C A D E L C A R B O N O102. Formulación de los compuestos

del carbonoFormula los compuestos siguientes:

a) 2-penteno

b) 3-metil-1-buteno

c) 2-metil-1-buteno

d) 1-butanol

e) 2-metil-1-propanol

f) 2,3-dimetilpentano

g) 3,3-dimetilpentano

h) 3-etilhexano

i) 2-metilbutanal

j) 3-pentanona

k) Ácido butanoico

Nombra los compuestos siguientes:

a) CH3–CH–CH=CH–CH2–CH3

�CH3

b) CH3–CH–CH–CH3

� �CH3 CH3

c) CH3–CH2–CH–CH2OH�CH3

d) CH3–CH2–CO–CH3

e) CH3–CH2–COOH

f) CHO–CH2–CH2–CH3

g) CH3–C�C–CH2–CH3

h) CH3–CH=CH–CH3

i) CH3–CH–CH2–CHO�CH3

j) CHO–CH2–CH–CH–CH2–CH3

� �CH3 CH3

k) CH3–CH–CH2–COOH�CH3

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Q U Í M I C A D E L C A R B O N O103. Reforzando conceptos

¿Qué son los alcoholes? Cita algunas de sus propiedades características.

Distingue entre aldehídos y cetonas.

Indica cuál es el grupo funcional de los ácidos carboxílicos.

¿Qué son los glúcidos? ¿Para qué sirven?

¿Qué son los lípidos? ¿Para qué sirven?

Distingue entre polímero y monómero.

¿A qué se llama polimerización?

Cita tres polímeros naturales y tres artificiales.

Distingue entre polímeros termoestables y termoplásticos.

¿Dónde se realiza la destilación fraccionada del petróleo? ¿Cuál es el componente fundamentaldel gas natural?

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L A S R E A C C I O N E S Q U Í M I C A S111. Repasando conceptos

Define reacción química. ¿Qué indica la ley de conservación de la masa en una reacción química?

Calcula la cantidad de amoníaco, NH3, en mol, que hay en 42,5 g de esta sustancia. ¿Cuántasmoléculas hay? ¿Cuántos átomos de nitrógeno y de hidrógeno hay en dicha cantidad desustancia?

Define volumen molar. ¿Qué volumen ocupan 2 mol de amoníaco medidos en condicionesnormales de presión y temperatura?

Escribe la ecuación química ajustada de la reacción de formación del amoníaco a partir delnitrógeno y el hidrógeno (todas las sustancias están en estado gaseoso). Calcula el volumen de amoníaco que se obtiene si reaccionan 22,4 L de nitrógeno con la cantidad necesaria dehidrógeno.

¿Qué cantidad de hidrógeno es necesaria para que reaccione completamente con 28 g de nitrógeno? ¿Y con 42 g de nitrógeno?

¿Cómo influye la concentración de los reactivos en la velocidad de reacción?

¿Cómo afecta a la velocidad de una reacción química un aumento de temperatura?

Clasifica las siguientes reacciones químicas:

a) 2 Na (s) � Cl2 (g) → 2 NaCl (s)

b) CaCO3 (s) → CaO (s) � CO2 (g)

c) AgNO3 � NaCl → NaNO3 � AgCl

d) CuCO3 (s) → CuO (s) � CO2 (g)

e) C (s) � O2 (g) → CO2 (g)

f) HCl � NaOH → NaCl � H2O

g) 2 Fe (s) � O2 (g) → 2 FeO (s)

Clasifica las sustancias siguientes en ácidos o bases y escribe las correspondientes ecuaciones de disociación:

a) HCl

b) NaOH

c) Mg(OH)2

d) HBr

e) KOH

Responde verdadero o falso y convierte en verdaderas las afirmaciones falsas:

a) Si una sustancia tiene un pH igual a 7 se dice que es neutra.

b) Si una sustancia tiene un pH menor que 7 se dice que es básica.

c) Una reacción de reducción es aquella en la que un compuesto gana oxígeno.

d) El agente oxidante es la sustancia que se oxida.

e) Los indicadores cambian de color según sea el pH del medio.

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S O L U C I O N A R I O

E S T U D I O D E L M O V I M I E N T O

1. Velocidad media e instantánea (Pág. 5)

a) � Entre 2 s y 3 s

s2 � 6 m

s3� 11 m

v � � 5 m/s

� Entre 2 s y 2,1 s

s2 � 6 m

s2,1 � 6,41

v � � 4,1 m/s

� Entre 2 s y 2,01 s

s2 � 6 m

s2,01 � 6,04 m

v � � 4 m/s

� Entre 2 s y 2,001 s

s2 �6 m

s2,001 �6,004 m

v � � 4 m/s

b) La velocidad media tiende a 4 m/s.

c) La velocidad instantánea será 3 m/s.

a) vA �5,09 m/s y vC �3,6 m/s

b) vA �5,01 m/s y vB �4,3 m/s

c) vC �3,65 m/s

d) vD meta�3,15 m/s; vD km 30�3,26 m/s;

vD km 21,097�3,32 m/s; vD km 10�3,23 m/s

2. Ejercicios de refuerzo (Pág. 6)

a)

b) Entre los puntos 100 y 105.

c) La velocidad media es 9,25 m/s.

d) La velocidad media es 5,55 m/s.

120

115

110

105

100

5 10 15 20 25 30 35

t (min)

distancia (km)

1

2

(6,004 � 6) m

0,001 s

(6,04 � 6) m

0,001 s

(6,41 � 6) m

0,1 s

(11 � 6) m

1 s

1

1a) 13,89 m/s

b) Sí, es posible que en algunos momentos su velocidadhaya sido de 16 m/s o de 12 m/s.

40,45 km/h

La gráfica a) no puede ser correcta, porque retrocede en eltiempo.

1 m/s2

3. La caída de los cuerpos (Pág. 8)

Los cuerpos en caída libre no recorren el mismo espacioen el primer segundo que en el tercero.

No se mantiene constante la distancia entre ambos.

Debe caer desde 80 m de altura.

a) 9,8 m/s2

b) 44,1 m

c) 2,5 s

El objeto cae desde 2 602,5 m y llega al suelo a 247 m/s.

La gráfica b).

I N T E R A C C I O N E SE N T R E L O S C U E R P O S

1. Composición de fuerzas (Pág. 9)

a)

b)

c)

F1 �18 N y F2 �27 N

2. Fuerzas paralelas (Pág. 10)

Uno mide 12 cm y el otro 24 cm.

El peso debe situarse a 1/3 de donde esté situado el hom-bre y a 2/3 de donde esté situado el chico.

2

1

2

1

2

6

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4

3

2

1

5

4

3

2

F1 � 2 N F2 � 8 N

R � F1 � F2 � 10 N

R � F1 � F2 � 6 N

F1 � 8 N

F2 � 2 N

F1 � 100 N

F2 � 5 N R � F1 � F2 � 100,2 N

0S4FQCEje_Prob_08.SOLUCIONARIO 14/8/08 16:19 Página 33

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aS O L U C I O N A R I O

12�x�8 (20 � x); 12�x�160�8�x; x� 160/4�40 cm

F1 �1 � F2 �0,4; F1�F2 � 700

700�F2 � F2 �0,4; 700 � 1,4�F2; F2 � 500 N y F1 �200 N

El padre soporta 500 N y el chico 200 N.

3. Descomposición de fuerzas (Pág. 11)

P �

Para que la resultante tenga la dirección del canal.

4. La fuerza de rozamiento (Pág. 12)

Se cumple el segundo principio de la dinámica, pero hayque tener en cuenta la fuerza de rozamiento.

1

�Pt2 � P 2

n

4

3

2

1

F

Y

X

F2

F1

F

Y

XF2

F1

F

Y

XF2

F1

4

3 Fneta �Faplicada �Frozamiento �m�a

En superficies horizontales depende del peso del cuerpo,de la naturaleza de las superficies en contacto y del gradode pulimento de las mismas.

La fuerza de rozamiento tiene la misma dirección, pero elsentido es opuesto al movimiento.

Fneta �m�a�Faplicada �Frozamiento

m�a�100�0,2�10�9,8�80,4

despejando la aceleración tenemos:

a�8,04 m/s2

a) Fneta �m�a�F1 �F2 �Frozamiento

m�a�50�25�0,1�5�9,8�70,1


a�14,02 m/s2

b) Fneta �m�a�F1 �F2 �Frozamiento

m�a�50�25�0,1�5�98�20,1


a�4,02 m/s2

M O V I M I E N T O C I R C U L A RY G R A V I T A C I Ó N U N I V E R S A L

1. A vueltas con la fuerza centrípeta (Pág. 13)

Sí, actúa la fuerza centrípeta.

La fuerza centrípeta obliga al agua a describir una circun-ferencia.

Porque la aceleración centrípeta solo existe en los movi-mientos circulares.

Porque la fuerza centrípeta es mayor, y si no se aplica, elvehículo continúa en línea recta.

El peralte proporciona una fuerza centrípeta que ayuda alvehículo a describir la curva.

Fc � m � v2/r � m � �2 � r � 0,250 kg � (� rad/s)2 � 1 m � 2,47 N

T � 1/f � 1/10 � 0,1 s

La fuerza de atracción entre el electrón y el núcleo.7

6

5

4

3

2

1

3

5

4

3

2

R � 4

8 N

12 N

B x � 40 cm

AO

FFrozamiento


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No, también puede moverse perpendicularmente a la fuerzaaplicada.

La piedra sale tangencialmente en línea recta.

2. Modelos planetarios (Pág. 14)

4, 1, 2 y 3

El autor del texto es Johannes Kepler.

3. Fuerzas y movimientos circulares (Pág. 15)

��

� 31,4 rad/s

a) ��

� 100,1 rad/s

b) v� � � r� 100,1 rad/s�0,3 m� 30,03 m/s

c) a� � � 3 006,0 m/s2

No es realmente uniforme, porque tiene aceleración: laaceleración centrípeta.

v� � � 1 065 m/s

Por lo que la velocidad angular será:

�� 2,6�10�6 rad/s

ac � � � 2,8�10�3 m/s2

El giro del tambor de la lavadora proporciona la fuerzacentrípeta que mantiene la ropa «pegada» a su pared in-terna, pero en los agujeros del tambor no existe tal fuerza,y el agua escapa por ellos siguiendo el movimiento rectilí-neo de los cuerpos sobre los que no se aplican fuerzas.

Lo primero que tenemos que hacer es calcular la velocidadlineal:

v� � � r� � �0,4 m�

� 10,05 m/s

Fc � m� � 2 kg� � 505,0 N

A partir de la ecuación g� G� , obtenemos la mT:

mT � 6� 1024 kg

El satélite se halla sometido a una fuerza centrípeta, que esla fuerza de atracción gravitatoria cuando gira alrededorde la Tierra, por tanto:

Fcentrípeta � Fgravitatoria

m� � G�

de donde:

v� �7 632,4 m/s

mT �m

r2

v2

r

mT

rT2

(10,05 m/s)2

0,4 m

v2

r

2� rad

1 revolución

4 revoluciones

1 s

9

8

7

2��4�108 m

(2,6�106 s)2

4�� r

T 25

1 065 m/s

4�108 m

v

r

2��4�108 m

2,6�106 s

2�� r

T

(30,03 m/s)2

0,3 m

v2

r

1 minuto

60 s

2� rad

1 revolución

956 revoluciones

1 minuto

1 minuto

60 s

2� rad

1 revolución

300 revoluciones

1 minuto

6

4

3

2

1

2

1

9

8 mL � � mT y rL � � rT

gL � G� �G� � � gT � 1,94 m/s2

F U E R Z A S E N L O S F L U I D O S

1. Veinte mil leguas de viaje submarino(Pág. 16)

p �ρ�g�h � 1 030 kg/m3 �9,8 m/s2 �11 000 m�

� 111 034 000 Pa

p �ρ�g�h� 1 030 kg/m3�9,8 m/s2�1 000 m� 10 094 000 Pa

p�F/S; de donde, F�p�S�10 094 000 Pa�� (7,5�10�2) m2��178 285,3 N

p �ρ�g�h� 1 030 kg/m3 �9,8 m/s2 �20 m � 201 880 Pa

F � p�S � 201 880 Pa�1,5 m2 � 178 285,3 N

p �ρ�g�h � 1 030 kg/m3 �9,8 m/s2 �1,5 m � 15 141 Pa

F � p�S � 15 141 Pa�10�10�2 m2 � 1 514 N

Sabiendo que la densidad del agua es 1 000 kg/m3.

p1 � ρ1 �g�h1 � 1 000 kg/m3 �9,8 m/s2 �0,6 m� 5 880 Pa

p1 � ρ2 �g�h2; de donde, ρ2 � 5 880 Pa/9,8 m/s2 �0,5 m�

� 1 200 kg/m3

2. Peso y empuje (Pág. 17)

Vhielo �

Vsumergido �

� � 0,90

Vsumergido � 90 %�Vhielo

Porque solo se ve el 10 % del total y la mayor parte estáoculta.

Volumen corona� 5,66�10�4 m3

densidad corona� �15 901 kg/m3

% oro puro� 61,4 %

% plata pura� 38,6 %

0,1� 6 400� 19 300�x � 2 600� (0,1 � x)

640� 19 300x � 260 � 2 600x

900� 16 700x; x�0,05 kg; donde x es la masa de oro

F� P � E� � (3� 10�2)3 �9,8 (9 000 � 1 000)� 8,8 N

F� m� a; a� 8,7 m/s2

60 N�100 N�800 kg/m3 ·9,8 m/s2 · Vsólido

Vsólido � 5,1�10�3 m3

densidad� � 2 000,8 kg/m3100 N��9,8 m/s2 � 5,1� 10�3 m3

6

54

3

4

9 kg

5,66�10�4 m3

3

2

Vsumergido

Vhielo

930

1 030

masa hielo

1 030 kg/m3

1masa hielo

930 kg/m3

6

5

4

3

2

1

4

mT

rT2

1/81 mT

1/16 rT2

1/81

1/16

101

81

1

4

�G�mT

rT2


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mic


3. Repasando conceptos (Pág. 18)

Sí, basta con que actúe sobre una superficie pequeña. Unafuerza grande puede producir una presión pequeña cuan-do actúa sobre una superficie grande.

Porque la presión aumenta con la profundidad.

Los dos ejercen la misma presión.

p1 �V1 � p2 �V2; 4 000 Pa�2 m3 � 6 000 Pa�V2;

V2 � 1,33 m3

Se necesita conocer la densidad del líquido desalojado.

Según el principio de Arquímedes: Pa � P� E

Luego:Pa � Vsólido �g�sólido � Vsólido �g�líquido �

� 1,47�10�2 N

Sustituyendo los datos, tenemos:

Vsólido � 1,58�10�7 m3

A partir de la ecuación de la densidad, podemos obtenerla masa, por lo que:

m� 1,66 g

Flotamos mejor en el mar, porque la densidad del agua esmayor y el empuje también.

Está sometido a la fuerza del peso que está aplicada en elcentro de gravedad del cuerpo, y a la fuerza de empujeque está aplicada en el centro de empuje.

Se debe cumplir que el centro de gravedad y el centro deempuje estén en la misma vertical.

T R A B A J O Y E N E R G Í A M E C Á N I C A

1. Fuerzas y trabajo (Pág. 19)

a) W� 25 N� 2 m� 50 J

b) W � 20 N�3 m� 60 J

c) W� 26 N� 2 m� 52 J

d) W� 15 N� 5 m� 75 J

e) W� 14 N� 1 m� 14 J

2. La jungla de las unidades (Pág. 20)

Son unidades de trabajo y energía: J, kW� h y kJ.

Son unidades de potencia: W, MW y CV.

300 CV� 736 W/CV� 220 800 W

2� 1011 W� 2� 105 MW

200 kJ� 200 000 J

P� 5 000 W� 6,8 CV

Cuesta 1 euro.6

5

4

3

2

1

1

5

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

3. Reforzando conceptos (Pág. 21)

a) No se realiza trabajo.

b) No se realiza trabajo.

c) Sí se realiza trabajo.

W� F� x� 25 N� 10 m� 250 J

El kilovatio por hora es unidad de trabajo.

1 kW� h� 3 600 000 J

Potencia teórica � 16 CV� 736 W/CV� 11 776 W

Rendimiento � � 100 �

� � 100 � 83,2 %

W� m� g� h� 8 kg� 9,8 m/s2 � 3 m� 235,2 J

Ep � m� g� h� 8 kg� 9,8 m/s2 � 3 m� 235,2 J

a) Ec � � 5� 10�3 kg� (600 m/s)2 � 900 J

b) W� Ec � 900 J

a) Ep � m� g� h� 1,5 kg� 9,8 m/s2 � 2 m� 29,4 J

b) Ep � m� g� h� 0,2 kg� 9,8 m/s2 � 2,5 m� 4,9 J

c) Ep � � k� x2 � � 1 000 N/m� (0,01 m)2 � 0,05 J

Se realiza menos esfuerzo si se lleva por el plano inclinadode mayor longitud. El trabajo realizado es el mismo encualquier caso.

Alcanzan la misma altura, ya que se lanzan con la mismavelocidad: por el principio de conservación de la energíamecánica, la energía potencial en la altura alcanzada esigual a la energía cinética con la que se lanza, entonces:

v �

Con las máquinas se pretende realizar menos esfuerzo,aunque el trabajo obtenido es el mismo.

C A L O R Y E N E R G Í A T É R M I C A

1. Calorimetría (Pág. 22)

Q � 0,100 kg� 910 J/kg °C� (55 � 20) °C� 3 185 J

0,100 kg� 910 J/kg °C (55� teq) °C�

� 0,250 kg� 4 180 J/kg °C� (teq � 25); teq � 27,4 °C

2

1

6

�2gh

1

2

1

2

1

2

9 800 W

11 776 W

potencia real

potencia teórica

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

7

Fuerza

2 N

Superficie

1 m2

Presión

2 Pa

0,04 N 4 cm2 100 Pa

1,5 N 0,3 m2 5 Pa

3 N 0,75 m2 4 Pa

Aparato

Tostador de pan

Potencia Tiempo defuncionamiento

Kilovatiospor hora

consumidos

2 000 W 10 minutos 0,33

Lámpara de mesa

Secador de pelo

Horno microondas

Televisor color

100 W 6 horas 0,60

1 000 W 45 minutos 0,75

2 000 W

400 W

15 minutos

5 horas

0,50

2,00

Potencia real � � � 9 800 K�W

t500 kg� 9,8 m/s2 � 50 m

25 s


37

Físi

ca y

Quí

mic

a


a) La temperatura de la mezcla es 25 °C.

b) 1 kg� 4 180 J/kg °C (teq � 20) °C�

�1 kg� 4 180 J/kg °C (85� teq); teq � 52,5 °C

c) 1 kg� 335� 103 J/kg � 1 kg� 4 180 J/kg °C (teq � 0) °C�

�1 kg� 4 180 J/kg °C (100� teq); teq � 10 °C

0,04 kg� c� (100� 28) °C�

� 0,120 kg� 4 180 J/kg °C � (28� 20) °C

c� 1 393,3 J/kg °C

418 000 J� m� 335� 103 J/kg; m� 1,25 kg

418 000 J� m� 2,2� 106 J/kg; m� 0,19 kg


Depende de la masa del cuerpo, de su capacidad caloríficaespecífica y de la variación de la temperatura.

RESPUESTA LIBRE. El experimento se llevaría a cabo con un calo-rímetro.

La temperatura que se alcanza es la de equilibrio, luego enel equilibrio térmico la energía cedida por el agua a 85 °Ces igual a la energía absorbida por el agua a 20 °C:

2 kg� 4 180 J/kg °C� (85 °C� tequilibrio °C)�

� 2 kg� 4 180 J/kg °C� (tequilibrio °C� 20 °C)

Despejando la temperatura de equilibrio, tenemos:

tequilibrio � 52,5 °C

Para ello, partimos de la expresión de la energía caloríficasuministrada:

Q� m � c � t

Sustituyendo los datos y despejando c, tenemos:

83 600 J� 2 kg � c � 10 °C; c� 4 180 J/kg °C

En el equilibrio térmico, la energía cedida por el agua a40 °C es igual que la energía absorbida por el bloque dealuminio a 16 °C. Luego:

0,080 kg � 910 J/kg °C � (tequilibrio � 16 °C)�

� 0,120 kg � 4 180 J/kg °C � (40 °C � tequilibrio)

Despejando la temperatura de equilibrio, tenemos:

tequilibrio � 36,96 °C

Los estados en los que se presenta la materia son: sólido,líquido y gas. Los cambios de estado son: fusión, vaporiza-ción, solidificación, condensación, sublimación y sublima-ción inversa.

Porque de no ser así, al dilatarse y aumentar de longitudlos tramos de vía por el calor del verano podrían combarsee incluso romperse.

Cuando se modifica la temperatura de los gases puedeocurrir, o bien que el volumen varíe al mantenerse cons-tante la presión, o que la presión varíe al mantenerse cons-tante el volumen.

Se trata de calcular la cantidad de calor transferido en losdiferentes pasos, desde que el hielo está a 0 °C hasta quese convierte en vapor de agua a 100 °C:

Primer paso: de hielo a 0 °C a agua líquida a 0 °C. En estaetapa se produce un cambio de estado de sólido a líquidomientras la temperatura permanece constante. La canti-dad de calor transferida será:

Q1 � m � Lf � 0,500 kg � 335 � 103 J/kg� 167 500 J

9

8

7

6

5

4

3

2

1

6

5

4

3 Segundo paso: de agua líquida a 0 °C a agua líquida a100 °C. La cantidad de calor que se transfiere es:

Q2 � m � cagua líquida � (t� t’)�

� 0,500 kg � 4 180 J/kg °C � 100 °C� 209 000 J

Tercer y último paso: de agua líquida a 100 °C a vapor deagua a 100 °C; se produce el cambio de estado de líquido agas. La cantidad de calor transferido viene dada por la ex-presión:

Q3 � m � Lv � 0,500 kg � 2,2 � 106 J/kg� 1,1 � 106 J

La cantidad de energía térmica necesaria para convertir500 g de hielo a 0 °C en vapor de agua a 100 °C es:

Q� Q1 � Q2 � Q3 � 1 476 500 J

Rendimiento � � 100 �

� � 100� 47,8 %

L A E N E R G Í A D E L A S O N D A S

1. Dibujando ondas (Pág. 24)

a) Reciben el nombre de ondas longitudinales.

b) Las direcciones de propagación y de vibración son pa-ralelas entre sí.

c) RESPUESTA LIBRE.

a) Son ondas mecánicas transversales.

b) Son perpendiculares entre sí.

c)

b) Son ondas mecánicas y transversales.

2. Fenómenos ondulatorios (Pág. 25)

a) Recibe el nombre de reflexión de las ondas.

b) La onda incidente y la reflejada se propagan con lamisma velocidad.

a) Las ondas se aproximan entre sí en la zona donde laprofundidad del agua es menor.

b) Se produce un cambio de dirección.

c) Recibe el nombre de refracción de las ondas.

d) La velocidad de las ondas es menor.

2

1

2

1

7

2�104 J

4,18�104 J

energía útil

energía total10


38

Físi

ca y

Quí

mic


a) Las ondas se distorsionan y parece que su origen o fo-co está en el centro de la entrada del puerto.

b) Es la misma.

c) Recibe el nombre de difracción de las ondas.

E L ÁT O M O Y E L S I S T E M A P E R I Ó D I C O

1. El sistema periódico (Pág. 26)

1 18

1 2 13 14 15 16 17

2 C

3 Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Cl Ar

4 K Ca Cu Br

5

6 Hg

7

a) El mercurio.

b) El potasio.

c) Mercurio, potasio, magnesio, calcio, cobre y aluminio.

d) Magnesio y calcio.

e) Carbono, cloro, bromo y argón.

f) Argón.

g) Cloro y bromo.

1 18

1 2 13 14 15 16 17

2 C

3 Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Cl Ar

4 K Ca Cu Br

5

6 Hg

7

Pueden ser cualquier metal y no metal.

E L E N L A C E Q U Í M I C O

1. El enlace en los compuestos químicos(Pág. 27)

(a) Compuesto covalente molecular; (b) compuesto cova-lente reticular; (c) compuesto covalente molecular con fuer-zas intermoleculares entre las moléculas; (d) cristal iónico.

La fórmula del cloruro de hidrógeno es HCl. Un átomo decloro tiene 7 electrones en la última capa; le falta, pues, 1electrón para completarla. El átomo de hidrógeno, por suparte, tiene 1 solo electrón en su capa, de modo que tam-bién necesita 1 electrón para completarla y tener la estruc-tura electrónica del helio. Mediante la formación de un en-lace covalente, al compartir un par de electrones, se formala molécula de HCl, mucho más estable que los 2 átomosque la integran por separado.

2

1

9

4

3

2

1

8

3 Son sólidos duros, de elevados puntos de fusión y ebulli-ción, son insolubles en todos los disolventes y no condu-cen la corriente eléctrica ni el calor.

Permanece líquida a temperaturas a las que otras sustan-cias parecidas se transforman en gases.

Su densidad aumenta anormalmente al elevar la tempera-tura de 0 °C a 4 °C, a la que alcanza su valor máximo de 1 000 kg/m3. Por encima o por debajo de estas temperatu-ras, el agua se dilata y la densidad disminuye.

En estado sólido (hielo) flota sobre el agua líquida, al con-trario de lo que sucede con el resto de las sustancias.

Es un excelente acumulador de calor. Su resistencia a au-mentar o disminuir su temperatura es superior a la deotros líquidos o sólidos.

Es capaz de mantener flotando en su superficie líquida in-sectos u objetos, como agujas o alfileres, mucho más den-sos que ella.

Se descomponen en sus elementos a 1 500 °C.

Es el mejor disolvente y el mejor transportador de sustan-cias tales como el cloruro de sodio, los nitratos, los fosfa-tos, etcétera.

Un átomo de oxígeno tiene 6 electrones en la última capa.Le faltan, por tanto, 2 para completarla, por lo que se unecon 2 átomos de hidrógeno, que poseen cada uno 1 elec-trón. El resultado es la formación de una molécula de aguade fórmula H2O, en la que hay 2 enlaces covalentes oxíge-no-hidrógeno.

Los pares de electrones no están situados simétricamente.Son atraídos con más fuerza por el núcleo de oxígenoque por el de hidrógeno. Como consecuencia, el oxíge-no queda con una carga parcial negativa, y los hidróge-nos, con carga positiva. El agua es, por ello, una molécu-la dipolar.

Son sólidos cristalinos a temperatura ambiente. Tienenelevados puntos de fusión y ebullición. Presentan grandureza o resistencia a ser rayados. Son frágiles y quebra-dizos. Son buenos conductores de la electricidad cuan-do están fundidos. Son malos conductores de la electri-cidad en estado sólido. La mayoría son muy solubles enagua.

La intensa fuerza de atracción electrostática que se produ-ce en los compuestos iónicos se extiende en todas direc-ciones; los sólidos iónicos son sustancias cristalinas dondecada ion está rodeado por otros iones de carga opuestaque forman una red cristalina.

Todos los cambios que precisen romper la distribuciónde los iones en un compuesto iónico requieren gran can-tidad de energía; por ello, los iones siguen ocupando susposiciones en la red cristalina incluso a centenares degrados.

Rayar un sólido iónico supone romper un cierto númerode enlaces.

Los sólidos iónicos son frágiles, ya que cuando se golpeansuficientemente fuerte se rompen a lo largo de los planosque pasan entre las filas de iones. Esto se debe a que losiones del mismo signo coinciden.

Cuando el sólido se funde o se disuelve deja iones en liber-tad que pueden transportar la corriente eléctrica. No con-ducen la electricidad en estado sólido debido a que loselectrones que intervienen en el enlace están situados enlos iones, sin poderse mover dentro del cristal.

7

6

5

4

3


39

Físi

ca y

Quí

mic

a


Las moléculas de agua envuelven los iones y consiguen li-berarlos de la red cristalina. Los dipolos del agua se orien-tan de modo distinto según envuelvan un anión o un ca-tión. Los compuestos iónicos en agua se disocian encationes y aniones. Estas disoluciones conducen la corrien-te eléctrica.

2. El enlace en los elementos químicos(Pág. 28)

Los metales

Un cristal metálico está formado por átomos fijos cargadospositivamente y sumergidos en un mar de electrones queestán deslocalizados y, por tanto, no pertenecen a ningúnátomo concreto.

Los elementos de los grupos 1 a 12 son metálicos. Consti-tuyen sustancias duras y son buenos conductores de laelectricidad y buenos conductores térmicos.

Los no metales

El helio se encuentra en la naturaleza en forma de átomosaislados.

El cloro se encuentra en forma de moléculas diatómicas.

Cuando dos átomos de cloro se aproximan entre sí y unensus capas electrónicas comparten un par de electrones.

El carbono se puede encontrar como grafito y como dia-mante. Se trata de cristales atómicos covalentes.

Los elementos del grupo 17 son llamados halógenos. Todosson elementos no metálicos formados por moléculasdiatómicas y son no conductores de la electricidad.

5

4

3

2

1

3

2

1

El yodo está formado por moléculas de yodo unidas porfuerzas intermoleculares formando un cristal. En el dia-mante, los átomos de carbono se sitúan en forma de redtridimensional resistente en todas las direcciones.

Q U Í M I C A D E L C A R B O N O

1. El átomo de carbono y las cadenas carbonadas (Pág. 29)

1s2 2s2 2p2

Le faltan cuatro electrones para tener la estructura de ungas noble.

Recibe el nombre de enlace covalente.

H⎜

H — C — H⎜

H H —

La molécula se llama etano.

H H

⎜ ⎜

H — C — C — H

⎜ ⎜

H H

La molécula se llama eteno.

H C � C H

H C � C H

H C � C H

La molécula se llama etino.

H — C � C — H

2. Formulación de los compuestos del carbono (Pág. 30)

a) CH3 � CH � CH � CH2 � CH3

b) CH2 � CH � CH � CH3

⎜CH3

c) CH2 � C � CH2 � CH3

⎜CH3

d) CH2OH � CH2 � CH2 � CH3

e) CH2OH � CH � CH3

⎜CH3

1

7

6

5

4

3

2

1

10

7

6

fuerza

ClCl

HH ClCl


40

Físi

ca y

Quí

mic


f) CH3 � CH � CH � CH2 � CH3

⎜ ⎜CH3 CH3

CH3

⎜g) CH3 � CH2 � C � CH2 � CH3

⎜CH3

h) CH3 � CH2 � CH � CH2 � CH2 � CH3

⎜CH2

⎜CH3

i) CHO � CH � CH2 � CH3

⎜CH3

j) CH2 � CH2 � CO � CH2 � CH3

k) CH3 � CH2 � CH2 � COOH

a) 2-metil-3-hexeno

b) 2,3-dimetilbutano

c) 2-metil-1-butanol

d) Butanona

e) Ácido propanoico

f) Butanal

g) 2-pentino

h) 2-buteno

i) 3-metilbutanal

j) 3,4-dimetilhexanal

k) Ácido 3-metilbutanoico


Los alcoholes son compuestos derivados de los hidrocar-buros en los que uno o más hidrógenos están sustituidospor grupos �OH. Los alcoholes son solubles en agua encualquier proporción, aunque los alcoholes de cadena lar-ga son sólidos e insolubles en agua.

En los aldehídos y las cetonas el grupo funcional es el car-bonilo �C�O, pero en los aldehídos este grupo funcionalestá situado en el extremo de la cadena, y en las cetonas,en el interior de la cadena.

El grupo funcional de los ácidos carboxílicos es el grupocarboxilo (�COOH).

Los glúcidos están formados por carbono, hidrógeno yoxígeno. Los glúcidos de cadena corta son los azúcares.Los glúcidos son la principal fuente de energía de los se-res vivos.

Los lípidos están formados por carbono, hidrógeno y oxí-geno. Los lípidos más comunes son las grasas y aceites.Son sustancias de reserva en el organismo.

Un polímero o macromolécula es una sustancia formadapor la unión de otras sustancias más sencillas o monó-meros.

La polimerización es la unión sucesiva de muchas unida-des de una molécula sencilla (monómeros) para obteneruna macromolécula.

7

6

5

4

3

2

1

2

Tres polímeros naturales son: almidón, glucógeno y la ce-lulosa.

Tres polímeros artificiales son: la baquelita, el PVC y el neo-preno.

Los polímeros termoestables son los que una vez que sehan endurecido, por mucho que se calienten, no se reblan-decen nuevamente.

Los polímeros termoplásticos se reblandecen al calentar-los y su forma se estabiliza al enfriarlos de nuevo.

La destilación fraccionada del petróleo se realiza en las to-rres de fraccionamiento.

El componente fundamental del gas natural es el metano.

L A S R E A C C I O N E S Q U Í M I C A S

1. Repasando conceptos (Pág. 32)

Una reacción química es el proceso por el que una o mássustancias iniciales se transforman en otras distintas me-diante una reorganización de enlaces y átomos. La masatotal de un sistema permanece constante, cualquiera quesea la transformación que tenga lugar en él.

Como la masa molar del NH3 es 17 g/mol, la cantidad desustancia, en mol, que hay en 42,5 g de amoníaco es:

� 2,5 mol

Es decir:2,5 mol � 6,022 � 1023 moléculas/mol�

� 1,505� 1024 moléculas de NH3

Y, por tanto, tendríamos 1,505� 1024 átomos de nitrógeno y4,516� 1024 átomos de hidrógeno.

Volumen molar es el volumen que ocupa un mol de cual-quier gas medido en condiciones normales de presión ytemperatura (1 atm y 0 °C).

2 mol de amoníaco ocupan 44,8 L.

3 H2 (g) � N2 (g) � 2 NH3 (g)

Según la estequiometría de la reacción, 3 mol de hidróge-no reaccionan con 1 mol de nitrógeno para dar 2 de amo-níaco, por tanto, si reaccionan 22,4 L de nitrógeno se ob-tienen 44,8 L de amoníaco.

La proporción entre hidrógeno y nitrógeno en la reacciónes 3:1, luego 28 g de nitrógeno son 1 mol de nitrógenoque reaccionarán con 3 mol de hidrógeno, es decir, con 6 gde hidrógeno.

42 g de nitrógeno son 1,5 mol que reaccionarán con 4,5mol de hidrógeno, es decir, con 9 g de hidrógeno.

La velocidad de reacción se incrementa cuando aumentala concentración de los reactivos.

La velocidad de reacción se incrementa al aumentar latemperatura.

a) Combinación o síntesis.

b) Descomposición.

c) Sustitución o desplazamiento.

d) Descomposición.

e) Combustión.

42,5 g

17 g/mol

8

7

6

5

4

3

2

1

11

10

9

8


41

Físi

ca y

Quí

mic

a


f) Neutralización.

g) Oxidación y combinación.

a) HCl (ácido) � H� � Cl�

b) NaOH (base) � Na� � OH�

c) Mg(OH)2 (base) � Mg2� � 2 OH�

d) HBr (ácido) � H� � Br�

e) KOH (base) � K� � OH�

9

a) Verdadero.

b) Falso. Si una sustancia tiene un pH menor que 7 se di-ce que es ácida.

c) Falso. Una reacción de reducción es aquella en la queun compuesto pierde oxígeno.

d) Falso. El agente oxidante es la sustancia que se reduce.

e) Verdadero.

10


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