UNIVERSIDAD DON VASCO A. C. CLAVE 7727Colegio de Ciencias y Humanidades

2012-2013/1

GUÍA DE ESTUDIOS TERCER SEMESTRE

Clave: 1302

Profesor: Ing. Carlos Rocha Ghenno N° de expediente: 05043196

Uruapan, Mich a 13 de Agosto de 2012.

FÍSICA IFÍSICA I

Unidad 1 ACERCA DE LA FÍSICA.Aprendizajes:

Relacionará la física con la tecnología y la sociedad. Describirá diferentes sistemas y fenómenos físicos e identificará las

magnitudes físicas que permiten una mejor descripción y su estudio. Conocerá elementos de la metodología experimental que utiliza la física para

explicar fenómenos. Conocerá algunos hechos relevantes del desarrollo de la física.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. Define Física.2. ¿Qué relación tiene la física con la tecnología y la sociedad?3. Enuncia los siguientes términos: Sistema, fenómeno, magnitud, magnitud

fundamental, magnitud derivada y medir.4. ¿Qué es el Sistema Internacional de unidades?5. Describe cada una de las magnitudes fundamentales del sistema

internacional.6. Describe los pasos principales que sigue el método científico. (Observación,

Planteamiento de problema, Hipótesis, experimentación, tesis y/o conclusión)7. Investiga la biografía de los personajes que hicieron aportaciones

importantes para el desarrollo de la física: Aristóteles, Galileo Galilei, Isaac Newton, J. Kepler, J Maxwell, N. Copérnico, A. Ampere. C. Coulomb, B Franklin, A. Volta, J. P. Joule, A Celsius, Lord Kelvin, Fahrenheit, A. Einstein, M. Planck, M. Faraday y Niels Bohr.

8. Describir un método para realizar conversiones entre sistemas y entre múltiplos de las mismas.

Unidad 2 FENÓMENOS MECÁNICOS

TEMA 1: PRIMERA LEY DE NEWTONAprendizajes:

Ejemplificará el principio de inercia, empleando adecuadamente los conceptos de partícula, posición, desplazamiento, rapidez media, inercia, sistema de referencia, velocidad y aceleración, en una dimensión.

Reconocerá en un sistema las interacciones y las fuerzas y aplicará el principio de superposición de fuerzas de forma cualitativa.

Asociará el MRU con la fuerza resultante igual a cero (Forma vectorial) y con la inercia, describirá las características del MRU a partir de sus observaciones, mediciones y gráficas y resolverá problemas sencillos relativos al MRU.

Definirá operacionalmente el ímpetu y calculará el ímpetu de algunos objetos.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. Define los siguientes términos: Inercia, sistema de referencia, partícula,

posición, rapidez, velocidad, aceleración, interacción, fuerza fundamental, fuerza, impulso e ímpetu.

2. Describe una magnitud escalar y una magnitud vectorial.3. Enuncia los pasos para obtener el vector resultante en un sistema de

vectores.4. ¿Qué se debe entender de las gráficas de posición, velocidad y aceleración?5. Explica los métodos para resolver un conjunto de vectores (gráfico y

analítico)6. Describe las características principales del movimiento rectilíneo uniforme.7. Explica la primera ley de Newton.

8. Enuncia las diferencias entre sistemas de referencia inercial y no inercial.9. Menciona ejemplos donde sea apreciable la primera ley de Newton.10. Sugiere situaciones donde exista impulso a un cuerpo.

EJERCICIOS PROPUESTOS.1. Utiliza el método del polígono y el analítico para encontrar la fuerza

resultante de los siguientes vectores: V1 = 3 N a 25°, V2 = 6 N a 85°, V3 = 4 N a 225° y V4 = 2 N a 330 °Sol. VR = 4 N a 57.87°

2. ¿Cuál es la rapidez si la distancia recorrida es de 50 metros en 20 segundos?Sol v = 2.5 m/s

3. La rapidez de un móvil es de 30 Km/h durante 45 minutos. Determina la distancia recorrida.Sol. d = 22.50 Km

4. Interpreta el siguiente grafico de movimiento:a. La velocidad de los diferentes puntos.b. La aceleración.c. La distancia y el desplazamiento.

PROBLEMAS DE APLICACIÓN.1. Un cuerpo de 500 N se encuentra suspendido del teche por medio de dos

cuerdas como se muestra en la figura. Determina la tensión en cada cuerda.

2. Un automóvil recorre una distancia de 86 km a una rapidez promedio de 8 m/s. ¿Cuántas horas requirió para completar el viaje?

3. Un ciclista termino su recorrido 100 millas en 2 horas y 20 minutos. Encontrar su velocidad y expresarla en m/s.

4. Calcular el ímpetu de un vehículo de 2000 kg. Si su velocidad es de 50 Km/h y cambia a 80 Km/h.

5. Una pelota de 160 g se desplaza de izquierda a derecha a 30 m/s. Un bate impulsa a la pelota en la dirección opuesta a una velocidad de 50 m/s. El tiempo de contacto fue de 0.003 s. ¿Cuál fue la fuerza promedio sobre la pelota?

TEMA 2: SEGUNDA LEY DE NEWTONAprendizajes:

Comprenderá que fuerzas no equilibradas producen cambio en el ímpetu de los objetos y que se cuantifica con F = p/t.

Describirá las características del MRUA y resolverá problemas sencillos del MRUA.

Reconocerá que la fuerza puede provocar cambios en la dirección de la velocidad, describirá las características del MCU, empleará adecuadamente los conceptos relativos al MCU y calculará la aceleración centrípeta y la fuerza sobre la partícula.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. Define cantidad de movimiento, impulso, aceleración, masa, peso y

gravedad.

2. Enuncia las principales características del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA)

3. Representa gráficamente una aceleración constante.4. Define velocidad angular, radian, desplazamiento angular, frecuencia,

periodo, revolución, ángulo y aceleración angular.5. Describe brevemente las características de movimiento circular uniforme

(MCU)6. Ilustra en un esquema la acción de la fuerza y la aceleración centrípeta del

movimiento circular.

EJERCICIOS PROPUESTOS.1. Una velocidad cambia de 10 a 40 m/s en 0.5 s ¿cuál es la aceleración

promedio?Sol. a = 60 m/s2

2. Determina la fuerza que le produce una aceleración de 10 m/s2 a una masa de 5 Kg.Sol. F = 50 N

3. Un tren monorriel que viaja a 80 km/h debe detenerse en una distancia de 40 m. ¿Qué aceleración promedio se requiere y cuál es el tiempo de frenado?Sol. a = 6.18 m/s2 y t = 3.6 s

4. Hallar la velocidad angular y el periodo de una rueda que gira con una frecuencia de 300 revoluciones por minuto. Sol. = 31.42 rad/s, T = 0.2 s/rev

5. Determinar la distancia que recorre una rueda de 50 cm de diámetro en 2 min, si lleva una velocidad angular de 15 rad/s.Sol. d = 900 m

PROBLEMAS DE APLICACIÓN.1. Se deja caer un cuerpo desde una altura de 50 m. Determina su velocidad

final, el tiempo en el aire y grafica el resultado. Sol.

2. Una flecha se dispara verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de

80 ft/s. ¿Cuál es su altura máxima?3. Una lancha de motor parte del reposo hacia el sur y en 0.3 min alcanza una

velocidad de 50 km/h. ¿Cuál fue su aceleración en m/s2? ¿Cuántos metros se desplazo en ese tiempo?

4. Una pelota está unida al extremo de una cuerda de 1.5 m y gira en círculos con rapidez constante de 8 m/s. Hallar: a) la aceleración centrípeta. b) el periodo y la frecuencia.

5. Un objeto de 5 kg gira con una frecuencia de 60 ciclos por minuto en un radio de 15 pulgadas. ¿Qué valor tiene la aceleración y fuerza centrípeta sobre el objeto?

TEMA 3: TERCERA LEY DE NEWTONAprendizajes:

Identificará, en diversos sistemas, las fuerzas de acción y reacción entre dos objetos que interactúan.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. Enuncia la tercera ley de Newton.2. Representa esquemas de la acción y reacción de una fuerza.3. Define acción y reacción de una fuerza.4. Describe la conservación de la cantidad de movimiento a través de choque

elásticos e inelásticos y explosiones.

TEMA 4: GRAVITACIÓN UNIVERSAL Y SÍNTESIS NEWTONIANAAprendizajes:

Identificará a la fuerza gravitacional como una de las fuerzas fundamentales y la reconocerá como la causa de la caída libre y del movimiento de planetas, satélites y cometas.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. ¿Qué entiendes por fuerza de atracción entre los cuerpos?2. Enuncia la ley de la gravitación universal.3. Establece una relación entre la ley de la gravitación universal y la caída de los

cuerpos.4. Enuncia la teoría del movimiento planetario de Copérnico. 5. Describe el movimiento de satélites alrededor de la tierra.6. Explica las tres leyes del Kepler.

EJERCICIOS PROPUESTOS.1. Una masa de 100 kg está colocada a 20 mm de una masa de 50 Kg ¿Cuál es

la fuerza gravitacional resultante? Sol. F = 8.34 x 10 –4 N

2. Calcular la velocidad lineal necesaria para que un satélite que se encuentra a 800 km de la superficie terrestre mantenga su movimiento circular. Sol VL = 7.47 x 103 m/s

PROBLEMAS DE APLICACIÓN.1. La fuerza de atracción del sol sobre la tierra vale aproximadamente 4 x 1022

N. Diga cuál es el valor de la fuerza suponiendo que:a) La masa de la tierra fuera tres veces mayor.b) La masa del sol fuese dos veces mayor.c) La distancia entre el sol y la tierra fuera del doble.

2. La aceleración debida a la gravedad en un planeta distante es de 5 m/s2 y el

radio del planeta es de 4,560 km aproximadamente. Use la ley de la gravitación universal para estimar la masa del planeta.

TEMA 5: ENERGÍA MECÁNICA Y TRABAJOAprendizajes:

Asociará la interacción entre objetos con procesos de transferencia de energía y a éstos con el trabajo y resolverá ejercicios de cálculo de energía mecánica, trabajo y fuerza.

Comprenderá los conceptos de energía cinética y potencial y las calculará en diversos sistemas. Calculará la energía mecánica total de un sistema y aplicará el principio de conservación de la energía en el análisis de diferentes movimientos.

Conocerá el concepto de potencia.

Fuerza de atracción

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. Define energía, energía mecánica, energía cinética, energía potencial,

trabajo y potencia mecánica.2. Compare las energías potenciales de A y B sí:

a) A tiene el doble de altura que B, pero los dos tienen la misma masa.b) B tiene el doble de masa que A pero ambos tienen la misma altura.c) A tiene el doble de masa que B, pero B tiene el doble de altura que A

3. Compare las energías cinéticas de dos cuerpos A y B sí:a) A tiene el doble de velocidad que B.b) A tiene la mitad de masa que B.c) A tiene el doble de masa y la mitad de la velocidad que B.

EJERCICIOS PROPUESTOS.1. ¿Cuál es el trabajo realizado por una fuerza de 15 N que actúa a través de

una distancia paralela de 10 m? Si la fuerza se aplica en una dirección de 45° ¿Cuál es el valor del trabajo?Sol. T = 150 Nm = 150 J, T = 114.06 Nm = 114.06 J

2. ¿Qué valor tiene la energía cinética de cuerpo de 400 g en el instante en que su velocidad de 36 km/h? Sol. E = 2 J

3. Un martillo de 5 kg es levantado hasta una altura de 3 m. ¿Cuál es el trabajo mínimo requerido para hacerlo? ¿Cual es el valor de la energía potencial? Sol. T = 147.15 J, Ep = 147.15 J

4. ¿Qué fuerza promedio se necesita para incrementar la velocidad de un cuerpo de 2 kg desde 5 m/s hasta 12 m/s en una distancia de 10 m? Sol. F = 11.9 N

PROBLEMAS DE APLICACIÓN.1. ¿Qué velocidad inicial se le debe impartir a una masa de 5 kg para elevarla

hasta una altura de 10 m? ¿Cuál es la energía total en cualquiera de sus puntos?

2. Calcular la energía cinética traslacional de una bala de 8 g, si su velocidad es de 400 m/s.

3. A un bloque de 3 kg se la aplica una fuerza constante de 20 N con una dirección de 30°. Si a partir del reposo sea ha desplazado 4 m, ¿Qué velocidad llevará en ese instante?

4. Calcular la altura de una persona cuya masa es de 60 kg para que su energía cinética sea de 5,000 J.

5. Una camioneta lleva una energía cinética de 4 x 104 J y se detiene después de recorrer 20 m. Calcular la fuerza media para detenerla.

Unidad 3 FENÓMENOS TERMODINÁMICOS

TEMA 1: TRANSFORMACIONES Y TRANSFERENCIA DE LA ENERGÍA Desarrollará actitudes positivas hacia el buen uso de la energía y su

aprovechamiento. Adquirirá un panorama general de las fuentes primarias de la energía, sus

principales formas y su uso.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. Define energía interna y fuente de energía2. ¿Qué es una fuente primaria de energía?3. Enlistas las diferentes formas de energía de consumo domestico, comercial e

industrial.

4. ¿Por qué es importante hacer uso racional de la energía?

TEMA 2: PROPIEDADES TÉRMICAS Comprenderá los conceptos de equilibrio térmico, temperatura y calor. Describirá los cambios de temperatura producido por intercambio de energía. Usará el calor específico y latente para calcular cambios en la energía

transferida a un sistema. Identificará las formas del calor: conducción, convección, radiación y

conocerá algunas situaciones prácticas.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. ¿Qué diferencia existe entre calor y temperatura?2. Describe el equilibrio térmico entre dos sustancias a diferente temperatura.3. Menciona las escalas principales para medir temperatura.4. ¿Qué es el cero absoluto?5. ¿Qué entiendes por intercambio de energía?6. ¿Por qué se dilatan los cuerpos?7. ¿Qué es coeficiente de dilatación térmico lineal y volumétrico?8. Define cantidad de calor, calor específico y calor latente.9. ¿Por qué la temperatura no cambia cuando se realiza un cambio de fase?10.Menciona algunos ejemplos de cada una de las distintas formas de

transferencia de calor (conducción, convección y radiación)

EJERCICIOS PROPUESTOS.1. Convierte según se indique las siguientes temperaturas.

a) 56°C a grados Fahrenheit y grados Kelvin. Sol. 132.8°F, 329.15 Kb) 180°F a grados Celsius y grados Kelvin. Sol. 82.22°C, 355.37 K c) 400 K a grados Celsius y grados Kelvin. Sol. 126.85°C, 260.33 K

2. Cierto proceso requiere 500 J de calor. Exprese esta energía en calorías y BTU.Sol. 0.474 BTU, 119.42 cal

3. ¿Qué cantidad de calor es necesario aplicar para cambiar la temperatura de 500 g aluminio, de 20°C a 96°? Expresar en joules y Btu. Ce aluminio = 0.217 cal/g°C. Sol Q = 8,246 cal = 32.72 BTU = 34,524 J

4. ¿Cuántos gramos de hierro a 20°C será necesario calentar a 100°C para liberar 1800 cal de calor durante un proceso de liberación de energía? Sol. m = 199.12 g

5. Un trozo de 4 kg de metal (Ce = 0.217 cal/g °C) se encuentra inicialmente a 300°C ¿Cuál será su temperatura final si pierde 50 kJ? Sol. T = 242.4°C

PROBLEMAS DE APLICACIÓN.1. ¿A qué temperatura la escala Celsius y la escala Fahrenheit coinciden en una

misma lectura numérica?2. Un tubo de cobre de 400 g que se encuentra inicialmente a 200°C se

sumerge en un recipiente que contiene 3 kg de agua a 20 °C. ¿Cuál será la temperatura de equilibrio de la mezcla?

3. ¿Cuánto calor se requiere para fundir totalmente 40 g de plomo que se encuentra a 20°C?

4. Un panel de vidrio de una ventana mide 10 in de ancho, 16 de largo y 1/8 de espesor. La superficie interior se encuentra a 60°F y la superficie exterior a 20°F. ¿Cuántas calorías y joules se transfieren al exterior en 2 h?

TEMA 3: PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

Reconocerá y ejemplificará las transformaciones de la energía. Reconocerá y analizará dos formas en la transferencia de energía: trabajo y

calor. Reconocerá y ejemplificará la primera ley de la termodinámica en procesos

simples.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. Define termodinámica2. Enuncia la primera ley de la termodinámica.3. Define los siguientes términos: sistema abierto y sistema cerrado; proceso

adiabático, proceso isobárico, proceso isocórico, entropía, presión y trabajo.

EJERCICIOS PROPUESTOS.1. En un proceso químico industrial, a un sistema se le proporcionan 900 J de

calor y 300 J de trabajo son realizados por el sistema. ¿Cuál es el cambio registrado en la energía interna de este sistema?Sol. U = 600 J

2. En un proceso termodinámico, la energía interna del sistema se incrementa en 700 J. ¿Cuánto trabajo fue realizado por el gas si en el proceso fueron absorbidos 1800 J de calor? Sol. W = 1100 J

PROBLEMAS DE APLICACIÓN.1. El diámetro de un pistón es de 6 cm y la longitud de su carrera es de 12 cm.

Suponga que una fuerza constante de 340 N mueve el pistón a lo largo de toda su carrera. Calcule el trabajo primero en función de su desplazamiento y la fuerza aplicada. Compruebe su respuesta considerando la presión y el volumen.

2. El trabajo realizado durante una compresión adiabática es de 140 J. Calcule el incremento de la energía interna del sistema y expréselo en calorías.

TEMA 4: SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA Conocerá el principio de funcionamiento de una máquina térmica. Analizará la transferencia de la energía por medio del calor y el trabajo. Conocerá las implicaciones de la segunda ley de la termodinámica. Relacionará la irreversibilidad de los procesos y su relación con la entropía. Reconocerá el impacto de la energía no aprovechable como fuente de

contaminación.

CUESTIONARIO TEÓRICO.1. Enuncia la segunda ley de la termodinámica.2. ¿Qué entiendes por máquina térmica?3. Dibuja el esquema general de una máquina térmica4. Enuncia los procesos termodinámicos5. ¿En qué consiste la entropía?|6. Describe un proceso irreversible.7. ¿Qué entiendes por cambio climático?8. Menciona algunos procesos térmicos realizados en industria, el comercio y en

el hogar que generan contaminación9. ¿Cómo afectan los fenómenos térmicos al clima?10.Describe el efecto invernadero y como nos afecta.