FISICA GENERAL 100413

TRABAJO COLABORATIVO - PROBLEMA 3

Presentado por: ALFONSO DARIO MEJIA FERNANDEZ C.C. 72170583 ENYO JOS HUETTO CERVANTESC.C. 72054761

Grupo 100413-113 Tutor: JORGE GUILLERMO YORY

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGIA E INGENIERA Barranquilla, junio 1 de 2014

OBJETIVOS

Explorar y contextualizar los conceptos tericos del contenido programtico del curso. Revisar e investigar los temas y conceptos de la unidad tres del curso, para lograr desarrollar los problemas propuestos en la gua de actividades. Lograr interactuar con los compaeros de grupo colaborativo para alcanzar el mejor desempeo en las actividades propuestas. Realizar propuestas con argumentos slidos que se puedan soportar y defender ante el grupo para establecer acuerdos.

TEMAS A ESTUDIAR.

Movimiento oscilatorio Movimiento ondulatorio Temperatura Primera ley de la termodinmica Teora cintica de los gases

1. RESMENES POR TEMAS

A continuacin se encuentran los resmenes de conceptos y frmulas utilizadas en cada tema para dar solucin a los problemas.

Tema 1: Movimiento oscilatorio, se seleccion el siguiente problema:

2. Un oscilador armnico simple tarda 12.0 s en someterse a cinco vibraciones completas. Encuentre a) el periodo de su movimiento, b) la frecuencia en hertz y c) la frecuencia angular en radianes por segundo.Para resolver este problema se deben estudiar los conceptos concernientes a: Movimiento Armnico SimpleDefinicin:

Fuente: http://fafisica114.wikispaces.com/MOVIMIENTOS+OSCILATORIOSUna partcula describe un Movimiento Armnico Simple (M.A.S.) cuando se mueve a lo largo del eje X, estando su posicin x dada en funcin del tiempo t por la ecuacin:x=Asin (t+) donde,A es la amplitud. la frecuencia angular. t+ la fase. la fase inicial.Las caractersticas de un M.A.S. son: Como los valores mximo y mnimo de la funcin seno son +1 y -1, el movimiento se realiza en una regin del eje X comprendida entre -A y +A. La funcin seno es peridica y se repite cada 2, por tanto, el movimiento se repite cuando el argumento de la funcin seno se incrementa en 2, es decir, cuando transcurre un tiempo P tal que (t+P)+= t++2 .[footnoteRef:2] [2: Garca, Franco, . (2013). El Curso Interactivo de Fsica en Internet. Retrieved from http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/oscilaciones/oscilacion.html]

P=2/ .El movimiento peridico u oscilatorio es un movimiento entorno a un punto de equilibrio estable. Si el equilibrio es estable, pequeos desplazamientos darn lugar a la aparicin de una fuerza que tender a lleva a la partcula devuelta hacia el punto de equilibrio. Tal fuerza se denomina restauradora.

Tema 2: Movimiento ondulatorio, consultamos el siguiente problema:Se agita el extremo de una cuerda con una frecuencia de 2 Hz y una amplitud de3 cm. Si la perturbacin se propaga con una velocidad de 0;5 m/s, escribe la expresinque representa el movimiento por la cuerda.[footnoteRef:3] [3: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/41008970/helvia/sitio/upload/boletin_problemas_4.pdf]

Para resolver este problema se deben estudiar los conceptos concernientes a: Onda: Se denominar onda al proceso mediante el cual una perturbacin se propaga con velocidad finita de un punto al otro del espacio sin que se produzca transporte neto de materia. Se clasificarn las ondas segn el medio en el que se propagan (vaco o en un medio material), segn la direccin de vibracin (transversales y longitudinales), y si son viajeras o estacionarias.Movimiento ondulatorio:Proceso por el que se propaga energa de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas mecnicas o electromagnticas. En cualquier punto de la trayectoria de propagacin se produce un desplazamiento peridico, u oscilacin, alrededor de una posicin de equilibrio.Caractersticas de las ondas: Todas las ondas tienen unas caractersticas generales: Amplitud - Longitud - Perodo - Frecuencia - Intensidad - Velocidad de propagacin Pero a su vez estn formadas por otras caractersticas: pulso, tren de ondas, frente de ondas, etc.[footnoteRef:4] [4: http://www.slideshare.net/carmengonza/ondas-y-movimientos-ondulatorios]

FRMULAS DEL MOVIMIENTO ONDULATORIOPulsacin:w= 2f (rad/seg)Periodo: T =(seg)Frecuencia: f =(Hz)Velocidad de las ondas transversales en una cuerda:K =(m-1)m: masa por unidad de longitudVelocidad de propagacin: v =lf (m/s)Ecuacin del movimiento ondulatorio armnico o funcin de onda:y (t, x) = A sen

Tema 3: Temperatura, se selecciono el siguiente problema:

13. El punto de fusin del oro es 1 064C, y su punto de ebullicin es 2 660C. a) Exprese estas temperaturas en kelvin. b) Calcule la diferencia entre estas temperaturas en grados Celsius y en kelvin.

Para resolver este problema se deben estudiar los conceptos concernientes a Temperatura, concepto de calor, ley cero de la termodinmica. Adems debemos conocer los factores de conversin de temperatura de escalas Celsius a Kelvin. Como nos piden expresar el punto de fusin y ebullicin en Kelvin, debemos utilizar los factores de conversin.

Fig 1-Fuente:https://www.google.com.co/search?q=temperatura&safe=active&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=SLB8U6KhO-fig3

Temperatura

Generalmente el concepto de temperatura se relaciona empricamente con el grado de calor o frio que posee un cuerpo u objeto cuando se toca. De esta forma, los sentidos nos indican cualitativamente la sensacin de la temperatura, lo cual no siempre es confiable, por lo que se hace necesario realizar la comprobacin cientfica, teniendo en cuenta la propiedad que determina si un objeto esta en equilibrio trmico con otros objetos

Calor Se define el calor como la transferencia de energa. Este flujo de energa siempre viaja desde el cuerpo u objeto de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, desde el cuerpo con mayor masa hacia el cuerpo de menor masa y desde el objeto ms grande hacia el objeto ms pequeoEscalas de temperaturaPara medir la temperatura utilizamos dispositivos llamados termmetros, los cuales se ajustan en diferentes escalas, las ms utilizadas son las escalas Fahrenheit, Celsius (tambin llamada centgrada), y laescala absoluta Kelvin.Escala Kelvin: Es denominada as en honor a William Thompson "Lord Kelvin" (1824-1907). Utiliza como unidad de medida el Kelvin, que se denota como K. Siendo esta unidad la fundamental en el S.I. En esta escala el cero absoluto se considera el inicio de la temperatura, 0 K, el cual corresponde al punto de menor energa interna de un sistema. 273.16 K corresponden a el punto de fusin del agua y 373.16 K corresponden al punto de ebullicin del agua a una presin atmosfrica igual a la presin sobre el nivel del mar. Es la unidad usada en los laboratorios a nivel mundial.Escala Celsius: Llamada de esta forma en honor a Anders Celsius, (1701-1744). Tiene como unidad de medida el grado centgrado, el cual se denota por C. Al punto de fusin del agua le asigna una temperatura de 0 C, y al punto de ebullicin se le asigna un valor de 100 C. En esta escala un grado centgrado es equivalente a un grado Kelvin. Es la unidad mas corrientemente usada. En esta escala el cero absoluto corresponde a -273.16 C. Escala Fahrenheit: Se denomina de esta forma en honor a Gabriel Fahrenheit (1686-1736), tiene como unidad de medida el grado Fahrenheit, el cual se denota como F. Al punto de fusin del hielo se le asigna un valor de 32 F y al punto de ebullicin del agua un valor de 212 F de tal forma que entre los dos puntos de referencia hay en total 180 F. Un grado centgrado o kelvin equivale a 9/5 F. El cero absoluto equivale a -460 F. Es una unidad muy usada en pases anglosajones. [footnoteRef:5] [5: Torres G, Diego A. (2012). Mdulo curso fsica General. recuperado de http://datateca.unad.edu.co/contenidos/100413/MODULO_FISICAGENERAL_ACTUALIZADO_2013_01.zip]

Factores de conversin de temperaturas

1. Para convertir de C a F : F = C x 1.8 + 32.2. Para convertir de F a C : C = (F-32) 1.8.3. Para convertir de K a C :C = K 273.154. Para convertir de C a K: K = C + 273.15.5. Para convertir de F a K: K = 5/9 (F 32) + 273.15.6. Para convertir de K a FF = 1.8(K 273.15) + 32

Tema 4: Primera ley de la termodinmica, se seleccion el siguiente problema:18. La temperatura de una barra de plata se eleva 10.0C cuando absorbe 1.23 kJ de energa por calor. La masa de la barra es 525 g. Determine el calor especfico de la plata.

Para resolver este problema debemos revisar los siguientes conceptos y principios:Primera ley de la Termodinmica La primera ley no es otra cosa que el principio de conservacin de la energa aplicado a un sistema de muchsimas partculas. A cada estado del sistema le corresponde una energa internaU. Cuando el sistema pasa del estado A al estado B, su energa interna cambia enU=UB-UASupongamos que el sistema est en el estado A y realiza un trabajoW, expandindose. Dicho trabajo mecnico da lugar a un cambio (disminucin) de la energa interna de sistemaU=-WTambin podemos cambiar el estado del sistema ponindolo en contacto trmico con otro sistema a diferente temperatura. Si fluye una cantidad de calorQdel segundo al primero, aumenta su energa interna enU=QSi el sistema experimenta una transformacin cclica, el cambio en la energa interna es cero, ya que se parte del estado A y se regresa al mismo estado, U=0.Sin embargo, durante el ciclo el sistema ha efectuado un trabajo, que ha de ser proporcionado por los alrededores en forma de transferencia de calor, para preservar el principio de conservacin de la energa,W=Q. Si la transformacin no es cclica U 0 Si no se realiza trabajo mecnico U=Q Si el sistema est aislado trmicamente U=-W Si el sistema realiza trabajo,Udisminuye Si se realiza trabajo sobre el sistema,Uaumenta Si el sistema absorbe calor al ponerlo en contacto trmico con un foco a temperatura superior,Uaumenta. Si el sistema cede calor al ponerlo en contacto trmico con un foco a una temperatura inferior,Udisminuye.U=Q-W

Todos estos casos, los podemos resumir en una nica ecuacin que describe la conservacin de la energa del sistema.

Cuadro-resumen de las transformaciones termodinmicasEcuacin de estado de un gas idealpV=nRT

Ecuacin de una transformacin adiabticapV=cte

Relacin entre los calores especficoscp-cV=R

ndice adiabtico de un gas ideal=cpcV

Primer Principio de la TermodinmicaU=Q-W

Tema 5: Teora Cintica de los gases, seleccionamos el siguiente Problema:

5. Calcule la masa de un tomo de (a) helio, (b) hierro y (c) plomo. Proporcione sus respuestas en gramos. Las masas atmicas para los tomos indicados son 4.00 u, 55.9 u y 207 u, respectivamente.

Para resolver este problema debemos revisar los siguientes conceptos y formulas:

Numero de Avogadro:

Por nmero de Avogadro se entiende al nmero de entidades elementales (es decir, de tomos, electrones, iones, molculas) que existen en un mol de cualquier sustancia.

Nmero de Avogadro como mol se denomina a la unidad contemplada por el Sistema Internacional de Unidades que permite medir y expresar a una determinada cantidad de sustancia. Se trata de la unidad que emplean los qumicos para dar a conocer el peso de cada tomo, una cifra que equivale a un nmero muy grande de partculas. Un mol, de acuerdo a los expertos, equivale al nmero de tomos que hay en doce gramos de carbono-12 puro. La ecuacin sera la siguiente: 1 mol = 6,022045 x 10 elevado a 23 partculas.Dicha cantidad suele redondearse como 6,022 x 10 elevado a 23 y recibe el nombre de nmero de Avogadro (en ocasiones presentado como constante de Avogadro) en honor al cientfico de nacionalidad italiana Amedeo Avogadro (1776-1856), quien tambin formul la ley que afirma que, en condiciones iguales de temperatura y presin, volmenes idnticos de gases diferentes poseen igual cantidad de partculas. La utilidad de la constante de Avogadro radica en la necesidad de contar partculas o entidades microscpicas a partir de medidas macroscpicas (como la masa).El nmero de Avogadro, por otra parte, permite establecer conversiones entre el gramo y la unidad de masa atmica (uma). Como el mol expresa el nmero de tomos que hay en 12 gramos de carbono-12, es posible afirmar que la masa en gramos de un mol de tomos de un elemento es igual al peso atmico en unidades de masa atmica de dicho elemento.

1 g = NAuma. La teora cintica de los gases recibi su confirmacin definitiva cuando pudo calcularse el nmero de molculas existentes en un volumen dado de gas.Entonces tenemos que Numero de Avogadro es igual a N = 6,023 x 1023 y la masa atmica del helio es 4.00 u, la del hierro es 55.9 u y la del plomo es 207 u.

Con base a esto aplicamos la siguiente frmula:

PROPUESTA Y JUSTIFICACIN A LOS PROBLEMAS

Tema 1: Movimiento oscilatorio

2. Un oscilador armnico simple tarda 12.0 s en someterse a cinco vibraciones completas. Encuentre a) el periodo de su movimiento, b) la frecuencia en hertz y c) la frecuencia angular en radianes por segundo.Solucin:T= periodof= frecuencia en Hertz= frecuencia angular

a) b) c)

Tomado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_arm%C3%B3nico_simple

Problema consultado para el Tema 2: Movimiento ondulatorioSe agita el extremo de una cuerda con una frecuencia de 2 Hz y una amplitud de3 cm. Si la perturbacin se propaga con una velocidad de 0;5 m/s, escribe la expresinque representa el movimiento por la cuerda.[footnoteRef:6] [6: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/41008970/helvia/sitio/upload/boletin_problemas_4.pdf]

Solucin:

Fuente: https://www.google.com.co/search?q=Se+agita+el+extremo+de+una+cuerda+con+una+frecuencia+de+2+Hz&source=lnms&tbm

Tema 3: Temperatura

13. El punto de fusin del oro es 1 064C, y su punto de ebullicin es 2 660C. a) Exprese estas temperaturas en kelvin. b) Calcule la diferencia entre estas temperaturas en grados Celsius y en kelvin.

De acuerdo a los factores de conversin

K= C+273, por tanto tenemos que: 273 + 1064C = 1.337K

273 + 2660C = 2933K

Diferencia en C = 2660 - 1064 = 1596C

Diferencia K = 2933 - 1337= 1596K

Fig Fuente:https://www.google.com.co/search?q=temperatura&safe=active&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=SLB8U6KhO-fig3

Tema 4: Primera ley de la termodinmica

18. La temperatura de una barra de plata se eleva 10.0C cuando absorbe 1.23 kJ de energa por calor. La masa de la barra es 525 g. Determine el calor especfico de la plata.

Q= energa calrica

m= masa

T= diferencia de temperatura

c=calor especifico

Q=mc.T

c=Q/ (m*T)

c=1230/(0,525*10) Realizando las operaciones obtenemos

c=234,28 J/ (kg*K)

SustanciaCalor especfico (J/kgK)

Acero460

Aluminio880

Cobre390

Estao230

Hierro450

Mercurio138

Oro130

Plata235

Fuente: Koshkin N. I., Shirkvich M. G..Manual de Fsica Elemental. Editorial Mir 1975, pg 74-75

Cuestionario tema 4:

1. De las siguiente notaciones, cual es utilizada para referirse al gradiente de temperatura:

a. Dtb. Ctc. T d. Q

2. En que unidades se expresa el calor especifico:

a. J/gr.Cb. N/m2Kc. Kpa/cm2d. J/kg.K

3. Que se representa con la letra Q

a. Temperatura finalb. Energac. Calor especificod. Trabajo realizado

Tema 5: Teora cintica de los gases

24. Calcule la masa de un tomo de (a) helio, (b) hierro y (c) plomo. Proporcione sus respuestas en gramos. Las masas atmicas para los tomos indicados son 4.00 u, 55.9 u y 207 u, respectivamente.

N (numero de Avogadro)=

CONCLUSIONES

Este trabajo nos permiti explorar e investigar toda la temtica propuesta en la unidad 3 del curso de Fisica general.

Mediante las actividades realizadas pudimos redactar preguntas con base al procedimiento de solucin de problemas reales que se dan en la fsica

Este trabajo nos permiti reflexionar en equipo colaborativo, acerca de la utilidad de la Fisica en nuestra vida cotidiana y su aplicacin prctica en la solucin de problemas reales y comunes.

Mediante la solucin a este problema pudimos sustentar textualmente los procedimientos, propiedades, teoremas y formulas utilizadas para llegar al resultado correcto de los problemas propuestos.

Se analiz la importancia de los movimientos oscilatorios, ondulatorio, la funcin del calor en la termodinmica y se explor las teoras de los gases.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Serway, R. A., & Jewett Jr., J. W. (2008). Fsica para ciencias e ingenieras Vol. 1 (p. 723). Obtenido el 24 de febrero de 2014, de http://deymerg.files.wordpress.com/2013/07/fc3adsica-para-ciencia-e-ingenierc3ada_-serway-7ed-vol1.pdf.

Torres, Alejandro. (2012). Modulo de Fsica General. Bogot: Universidad abierta y a distancia UNAD.Koshkin N. I., Shirkvich M. G.(1975).Manual de Fsica Elemental. Editorial Mir 1975, pg. 74-75

Gua ABP U3.(2014). Obtenido de, http://datateca.unad.edu.co/contenidos/100413/Guias/Guia_ABP_U3_100413.pdf

Garca, Franco, . (2013). El Curso Interactivo de Fsica en Internet. Obtenido de, http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/oscilaciones/oscilacion.htmlMovimiento oscilatorio.(s.f.) Obtenido de,, http://www.slideshare.net/juansanmartin71404/movimiento-oscilatorio-16120291Movimientos oscilatorios. (s.f.). Obtenido de,, http://fafisica114.wikispaces.com/MOVIMIENTOS+OSCILATORIOS

Garca, Franco, . (2013). El Curso Interactivo de Fsica en Internet. Obtenido de, http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/estadistica/termodinamica/termo/Termo.htmlNumero de Avogadro. (s.f.). Obtenido de, http://definicion.de/numero-de-avogadro/#ixzz33M7AkAIqMediciones. (s.f.). Obtenido de, http://robles.mayo.uson.mx/Mecanica/Capitulo1Mediciones.pdf