UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN ÁREA: CIENCIA, …€¦ · FÍSICA APLICADA - Diseño Industrial....

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN JUAN

CARRERA: DISEÑO INDUSTRIAL

DEPARTAMENTO: DISEÑO INDUSTRIAL

ÁREA: CIENCIA, TECNOLOGÍA Y PROCESOS PRODUCTIVOS

CÁTEDRA: FÍSICA APLICADA

RÉGIMEN: SEMESTRAL

NIVEL DE EVALUACIÓN: Certificación definitiva y

Examen Final

CARGA HORARIA: 60 horas

CLASES: Jueves 8.00 a 12.00hs

PROFESORES:

Arq. María Cecilia Gil

Arq. Raúl Polentarutti

Arq. Horacio Vives

FÍSICA APLICADA - GUÍA DE EJERCICIOS

2020

GUÍA DE EJERCICIOS 2020 FÍSICA APLICADA - Diseño Industrial. FAUD - UNSJ 2

GUÍA DE EJERCICIOS:

CINEMÁTICA

Ejercicio N° 1:

Un vehículo se desplaza a 86km/h. Expresa dicha velocidad en: km/s; m/s; cm/s.

Realizar las gráficas v-t y x-t

Ejercicio N° 2:

Una moto recorre 120km en 1h 23min 12 s, ¿cuál es su velocidad en km/s?

Ejercicio Nº 3:

El gráfico de este ejercicio representa la posición de un au-

tomóvil, contada a partir del origen cero de la carretera, en

función del tiempo.

a) ¿Cuál es la posición del auto al principio del movimiento

(t=0)?

b) ¿Cuál era en el instante t= 1h?

c) ¿Qué velocidad desarrolló en esta primera hora de viaje?

d) ¿En qué posición y durante cuánto tiempo permaneció

parado?

e) ¿Cuál es su posición a las 4 horas de viaje?

f) ¿Cuál es su velocidad en el viaje de regreso?

RESOLUCIÓN

a) Cuando t=0 d=50km. Al inicio del viaje el auto se encontraba a 50km del inicio

de la carretera.

b) Para t=1h d=120km.

c) Desarrolló una distancia igual a 70km en un tiempo de 1 hora.

d) El auto permaneció parado durante 1hora en el kilómetro 120.

e) En el tiempo t=4hs la distancia es cero. En ese instante el auto se encontraba

en el kilómetro cero.

f) El viaje de regreso se hace en un tiempo de 2 horas y recorre una distancia de

120km. Como el auto se mueve en sentido negativo se tiene:

Ejercicio Nº 4:

La siguiente tabla nos proporciona, para varios instantes, los valores de la velocidad de

un cuerpo que se desplaza en línea recta.

t (s) 1 2 3 4 5

v (m/s) 5 8 11 14 17

a) ¿De qué tipo es el movimiento del cuerpo?

b) ¿Cuál es el valor de su aceleración?

c) ¿Cuál es la velocidad del cuerpo en el instante t=0?

d) ¿Cuál es la distancia que recorre el cuerpo desde el inicio hasta los 4s?

Ejercicio Nº 5:

Un chico se deja deslizar por un tobogán, adquiriendo una aceleración de 8 m/s² durante

1/20 de minuto. Calcular la longitud del tobogán en metros.

hkmh

km

t

dv /70

1

70

hkmh

kmv /60

2

120


st

sm

smsm

g

vvttgvv

of

of

28,2

/8,9

/15/43,37*

2

smvms

ms

mv

hgvv

ff

if

/43,3760*8,9*215

**2

22

222

22

Ejercicio Nº 6:

Un auto circula con una velocidad de 10m/s en el momento en que el conductor pisa el

acelerador. Esto ejercerá sobre el auto una aceleración constante que aumenta su ve-

locidad a 20m/s en 5 segundos. Considere t=0 el instante en que el conductor pisa el

acelerador. De manera que:

a. ¿Cuál es la aceleración del automóvil?

b. Suponiendo que el auto mantuviese esta aceleración hasta el instante t=10s, ¿cuál

es la velocidad en este momento?

c. ¿Cuál es la distancia recorrida por el auto desde el inicio de la aceleración hasta el

instante t=10s?

RESOLUCIÓN

a) En el instante t=0 tenemos vo=10m/s, y en el instante t=5s, se tiene que v= 20m/s.

Entonces, reemplazamos:

b) Empleamos la siguiente ecuación:

c) La distancia recorrida la calculamos por la siguiente ecuación:

Ejercicio Nº 7:

Un automóvil se desplaza a una velocidad de 12 m/s. En un instante t=0 el conductor

aplica los frenos, haciendo que el auto adquiera un movimiento uniformemente retar-

dado, con una aceleración cuyo valor numérico es 1 m/s2. Calcule la velocidad del auto

después que recorre una distancia de 40m a partir del inicio del frenado.

Ejercicio Nº 8:

Una persona parada en un puente que esta a 60 m de altura sobre un río, arroja una

piedra hacia abajo con una velocidad de 54 km/h. Calcular:

a) la velocidad con que choca contra el río

b) el tiempo que tarda en caer.

RESOLUCIÓN

h=60m Caída libre

vo=54km/h=15m/s

vf= ?

t= ?

a)

b)

2

o

s/m2as5*as/m10s/m20

t*avv

s/m30vs10*s/m2s/m10v

t*avv

2

o

m200s10*s/m2*2

1s10*s/m10d

t*a*2

1t*vd

222

2o


wsradsT

w /1,060

14,3*22

vscms

cm

scmcmsradRwv

/2,060

2*14,3*2

T

R2=v

:obtener puede se tambien o

/2,02*/1,0*

cc ascm

cm

scm

R

va 2

22

/02,02

/2,0

Ejercicio Nº9:

Se lanza hacia arriba verticalmente una pelota con una velocidad inicial de 40 m/s.

Calcular

a) la altura máxima alcanzada

b) el tiempo que tarda entre salir y llegar

Ejercicio Nº10:

El segundero de un reloj tiene 2cm de longitud. Determine, para un punto en el extremo

libre de la manecilla:

a) el período de rotación

b) la velocidad angular

c) la velocidad lineal o tangencial

d) la aceleración centrípeta

e) la aceleración tangencial

RESOLUCIÓN

a) La aguja de los “segundos” de un reloj efectúa una vuelta completa en 60s (1 mi-

nuto). Así el período de cualquier punto de esta aguja es de T = 60s

b) Cualquier punto de la aguja describe un ángulo de 2rad en un tiempo de T = 60s. Así la velocidad angular de cualquier punto de la manecilla será :

c) Como el punto de la extremidad describe una circunferencia de radio R = 2cm, tene-mos :

d) Aparece aceleración centrípeta debido al cambio de posición del vector velocidad.

e) Como el movimiento de la manecilla es uniforme, el módulo de la velocidad lineal del punto de la extremidad no varía y, por lo tanto su aceleración tangencial es nula.

Ejercicio N° 11:

Considere las ruedas dentadas A y B de una bicicleta. Si puede trate de realizar las

observaciones en una bicicleta que se encuentre a su alcance. Así podrá ver que el

engranaje B está unido con la rueda trasera C, y gira junto con ella cuando un ciclista

pedalea.

Suponga que esto sucede. Analice y determine las siguientes opciones:

a) La velocidad lineal de un punto en la periferia de A, es mayor, menor o igual que la

de un punto en la periferia de B. Por favor, defina primero lo que entiende por velo-

cidad lineal.

b) La velocidad angular de A es mayor, menor o igual que la velocidad angular de B.

Para ayudarse mejor, conceptualice por escrito su interpretación de velocidad angu-

lar.

c) La velocidad angular de B es mayor, menor o igual que la velocidad angular de C.


kgFc

kgs

mxm

skgRwm

R

vmFc

mskkg

sm

kg

g

PmgmP

acsmms

radRwR

vac

01,1

01,175,6.

15,0**

.15,0

/8,9

15*

/75,675,0*3*

2

22

2

2

2

22

222

2

d) ¿Cómo era la relación entre velocidad angular y lineal que tenían las bicicletas anti-

guas con las ruedas de distinto tamaño?

e) ¿Qué otro aspecto relacionado con el movimiento circular cree que es distinto?

Ejercicio Nº12:

Un bloque de hierro que pesa 1,5 kg está atado al extremo de una cuerda de 75cm de

largo, y describe una circunferencia horizontal a razón de 3rad/s. Calcular:

1. la aceleración centrípeta de dicho bloque

2. la fuerza centrípeta

RESOLUCIÓN

P = 1,5kg R = 0,75m w = 3 rad/s

ac = ? Fc = ?

Ejercicio Nº 13:

Una piedra de 2 kgf se desliza sobre un piso helado con una velocidad de 45 m/s

deteniéndose en 12 s. Calcular la fuerza retardadora que actúa sobre la misma.

Ejercicio Nº 14:

Un cuerpo cuyo peso es de 60 kg fuerza, está apoyado sobre un plano inclinado que

forma un ángulo de 20º con la horizontal. Si se tira del cuerpo hacia arriba con una

fuerza de 294N paralelamente a dicho plano. ¿Cuál será la aceleración en m/s² que

adquiere ese cuerpo?


mxxRyFFM

Rx

Ryinvtg

kgRRR

kgFFFy

kgFFFFx

GGYY

YX

YY

XX

34.6.2.

3,32

93,0

5,0

79,0

31

22

31

321

ESTÁTICA

Ejercicio N° 15:

Hallar la resultante del siguiente sistema de fuerzas en forma gráfica y analítica.

F1= 5kg

30º F2= 7kg

30º

F3= 4kg

2m 6m

Ejercicio Nº 16:

Si los niños que están en los columpios tienen el mismo

peso. ¿Cuál de los dos columpios tiene mayor probabi-

lidad de romperse? Justifique.

Ejercicio N° 17:

Un bloque cuyo peso es P= 100kg se encuentra en reposo sobre un plano inclinado,

siendo el ángulo = 30º.

a) ¿Cuál es el valor de la componente PN del peso del bloque, en la dirección perpendi-

cular al plano?

b) ¿Cuál es el valor de la reacción normal N del plano sobre el bloque?

c) ¿Cuál es el valor de la componente PT del peso del bloque en la dirección paralela al

plano?

d) ¿Cuál es el valor de la fuerza de fric-

ción estática que el plano ejerce sobre

el bloque?

e) Si se conociera el valor de e entre el

bloque y el plano, ¿cómo calcula el va-

lor de la fuerza fe?

f) Suponga que una persona empieza a

empujar el bloque con una fuerza F

creciente paralela al plano y dirigida

hacia abajo. Siendo e = 0.70 el calor

del coeficiente de fricción estática en-

tre el plano y el bloque, ¿para qué va-

lor de F comenzará el cuerpo a des-

cender por el plano?


RESOLUCIÓN

a) El ángulo entre P y PN es igual al ángulo del plano inclinado, porque sus lados son

perpendiculares entre sí. PN es el cateto adyacente de , y que P es la hipotenusa;

entonces podemos escribir: PN = P* cos = 100*cos 30º = 87kg

b) Como el bloque esta en reposo, podemos decir que N y PN se equilibran. (Por lo tanto,

la compresión del bloque sobre el plano es también de 87kg) Es decir:

N = PN = 87kg

c) El valor de PT es igual al del cateto opuesto al ángulo entonces:

PT = P* sen = 100*sen 30º = 50kg

d) La componente PT tiende a hacer que el bloque descienda por el plano. Como per-

manece en reposo decimos que la fuerza de fricción estática fe esta equilibrando a

PT. fe = PT, de donde fe = 50kg

e) fe = e N. Esa relación nos permite calcular la máxima fuerza de fricción estática, es

decir cuando el rozamiento alcanza su máximo valor.

f) Cuando el movimiento del cuerpo sea inminente, la fuerza de fricción sobre el bloque

habrá alcanzado su valor máximo. Sabemos que: fe = e N. Entonces: feM = 0.70 x

87kg feM = 61kg. En esta situación, como el cuerpo todavía esta en equilibrio, feM

esta equilibrando a PT y a la fuerza F ejercida por la persona. Por consiguiente:

feM = PT + F 61 = 50+F, de donde F = 11kg

Ejercicio N°18:

Es un hecho bien conocido que la Tierra ejerce una fuerza de atracción sobre la Luna.

Por la tercera Ley de Newton podemos concluir que la Luna también atrae a la Tierra.

La figura de este ejercicio muestra fuerzas de interacción entre la Tierra y la Luna. Hay

un error grave en este dibujo. Diga cuál es y por qué.

F1 es la fuerza con que la Tierra atrae a la Luna, y F2 es la fuerza con que la Luna atrae

a la Tierra. El error es que ambas fuerzas deben ser iguales (y de sentido contrario)

TRABAJO Y ENERGÍA

Ejercicio Nº 19:

Una locomotora de un tren de carga ejerce una fuerza constante de 49000 N sobre el

tren, mientras lo arrastra sobre una vía horizontal a una velocidad de 40 km/h. Calcular:

a) el trabajo realizado por la locomotora en un recorrido de 1 km

b) el tiempo empleado.

Ejercicio Nº 20:

Una persona arrastra un cuerpo sobre una

superficie horizontal, ejerciendo sobre él una

fuerza de 10N. Si el cuerpo se desplaza del

punto A al B, cuya distancia es de 4m:

a) ¿Cuál es el valor del ángulo entre la

fuerza F y el desplazamiento del cuerpo?

b) ¿Cuál fue el trabajo realizado por la per-

sona?

c) Suponiendo que existe una fuerza de fricción f = 2,5N que actúa sobre el bloque,

calcule el trabajo de la fuerza de fricción.


Ejercicio Nº 21:

Un trabajador en una construcción sube, con velocidad cons-

tante, un cuerpo cuya masa es de 20 kg masa hasta una altura

de 3m en un tiempo de 10 segundos.

a) ¿Cuál es el valor de la fuerza F que el trabajador debe ejercer

para que el cuerpo suba con velocidad constante

b) ¿Cuál es el trabajo mecánico que realiza el trabajador en esta

operación?

c) ¿Cuál es la potencia que desarrolla el trabajador?

RESOLUCIÓN

a) Si el movimiento de subida del cuerpo se efectúa con velocidad constante, la resul-

tante de las fuerzas que actúan sobre él deben ser nulas. Entonces, la fuerza F ejer-

cida por el trabajador, debe ser igual y contraria al peso del cuerpo:

b) Sabemos que T = F*d*cos. En éste caso, F será la fuerza ejercida por el operario

que se transmite a través de la cuerda hasta el cuerpo, actuando sobre él en dirección

vertical hacia arriba.

c) La potencia está definida como el trabajo realizado por el trabajador respecto del

intervalo de tiempo empleado:

Ejercicio Nº22:

Un cuerpo que pesa 15 kg fuerza cae libremente desde una altura de 5 m. Calcular:

a) La energía cinética del cuerpo en el momento de tocar el suelo.

b) Demostrar que es igual a la energía potencial que tenía dicho cuerpo antes de caer.

RESOLUCIÓN

Datos:

P =15kg.=147N

h = 5m

a)

b)

Ejercicio Nº 23:

Un cuerpo se desplaza 20m por acción de una fuerza que forma un ángulo de 60º con

el sentido y dirección de desplazamiento y que actúa durante 8 minutos. La potencia

desarrollada es de 540Watt. Calcular:

a) La intensidad de esa fuerza

b) El trabajo desarrollado en Kwh

N196s/m8,9*kg20F

g*mF

J588º0cos*m3*N196cos*d*FT

Joule735s/m98*s/m8,9

N147*

2

1E

s/m98m5*s/m8,9*2h*g*2v

vg

P

2

1v*m*

2

1E

22

2c

2222

22c

p2

c Eh*g*mh*g*2*m*2

1v*m

2

1E


0.80 0.80 0.60

P1

B

q

A

P1P2 P1 P2

0.800.800.60

RESOLUCIÓN

a)

b)

Ejercicio Nº 24:

Una estufa eléctrica de 2,5 kw de potencia permanece encendida 5 h. Calcular su costo

sabiendo que 1 kw cuesta $ 0,25.

RESOLUCIÓN

El kwh es una unidad de trabajo.

El kw en una unidad de potencia.

ESTRUCTURAS RESISTENTES

Ejercicio N25:

Analice en el siguiente objeto los elementos estructurales que lo componen. Primero

realice un gráfico esquemático de la viga en la cual apoyan los asientos y mesas. A

continuación proceda a:

a) Analizar y determinar las cargas que están actuando sobre la viga.

b) Determinar gráfica y analíticamente las reacciones.

c) Graficar los diagramas característicos.

d) Indicar en la gráfica la posición del momento

máximo.

Nd

tWF

t

dFW

25920cos*

*

cos**

KwhJdFT

JKwh

14,04,518*

000.600.31

125,3$kwh5,12

25,0$kwh1

kwh5,12h5*kw5,2T

t*WT t

TW


a) q= peso propio de viga = metal * área = 7200kg/m3 * 0,05*0,02=7,2kg/m

P1 = peso asiento + peso persona = 20kg. + 150kg. = 170kg.

P2 = peso de la mesa + sobrecarga = 10kg. + 100kg. = 110kg

a) Cálculo de reacciones

c) Solicitaciones por tramos Esfuerzo de corte

Continúa en forma simétrica

Momento flector

verifica0RBRAQP3P2y

simetríapor RBRA

kg84,3802,3

6,3*1104,2*1706,1*1708,0*1704,0*1106,1*68,31RB

06,3*P2,3*RB4,2*P6,1*P8,0*P4,0*P6,1*QM

12

21112A

simétrica formaen Continúa

kgm87,235M2,2x

kgm61,165M4,1x)4,1x(P)6,0x(RA)2,0x(P

2

xqM

2,2 x 1,4

kgm61,165M4,1x

kgm29,45M6,0x)6,0x(RA)2,0x(P

2

xqM

1,4 x 0,6

kgm29,45M6,0x

kgm144,0M2,0x)2,0x(P

2

xqM

0,6 x 0,2

kgm144,0M2,0x

0M0x

2

xqM

0,2 x 0

F

E12

2

EF

E

A2

2

AE

A

D2

2

DA

D

C2

CD

kg85T2,2x

kg92,90T4,1xPRAPqxT

2,2 x 1,4

kg76,260T4,1x

kg68,266T6,0xRAPqxT

1,4 x 0,6

kg68,105T6,0x

kg44,111T2,0xPqxT

0,6 x 0,2

kg44,1T2,0x

0T0xqxT

0,2 x 0

F

E12EF

E

A2AE

A

D2DA

D

CCD


A B

q

Esfuerzo Normal

N = 0 en todos los tramos ya que no hay fuerzas horizontales.

b) Momento máximo

MF = 236,18kgm

c) Diagramas

Momento

Corte

Ejercicio Nº26:

Analizar en el siguiente objeto los elementos estructurales que lo componen.

Considere que se trata de un pórtico. A continuación proceda a:

a) Analizar las cargas que están actuando sobre la viga.

b) Determinar las reacciones con la ayuda de las tablas.

c) Graficar los diagramas característicos.

d) Indicar en la gráfica la posición del momento máximo.

a) q = peso propio de la mesa + sobrecarga

900 kg/m3 * área (1,80*0,025) + 200 kg/m = 240,5 kg/m


b) Cálculo de reacciones

c) Cálculo de solicitaciones

Momento flector

Esfuerzo de corte

Esfuerzo Normal

d) Diagramas

Momento

Corte

Esfuerzo Normal

verifica 0QRBRAy

simetríapor RARB

kg05,1208,1

9,0QRB

080,1RB9,0*QM

0x

A

0M

0,75 x 0

0M8,1x

kgm82,10M9,0x0M0x

2

xqx*RAM

1,8 x 0

0M

0,75 x 0

d/BD

D

max

C2

CD

AC

0T

kg25,120T8,1x

0T9,0xkg25,120T0x

x*qRAT

1,8 x 0

0T

d/DB

D

C

CD

d/BC

kg25,120RBN

0T

kg25,120RAN

d/DB

CD

AC


d) Momento máximo

Mmax = 10,82kgm

Ejercicio Nº27:

Analizar en el siguiente objeto los elementos estructurales que lo componen, dividién-

dolo para su análisis en tres partes:

A- Sector de columpios (viga en la que apoyan los dos columpios considerada

como simplemente apoyada)

B- Tobogán (considerada como una viga simplemente apoyada inclinada)

C- Sector de descanso donde se paran los niños (también considerada como ta-

blas apoyadas sobre una viga simplemente apoyada que se vinculan a las co-

lumnas)

Para cada caso proceda a:

a) Determinar las dimensiones y

forma de cada uno de los ele-

mentos de acuerdo a su criterio y

lo que observa en la grafica

b) Analizar las cargas que están ac-

tuando sobre la viga.

c) Determinar las reacciones

d) Graficar los diagramas característicos.

e) Indicar en la gráfica la posición del momento máximo.

Ejercicio N28:

Considere que cada estantería de la figura se encuentra

empotrada en el elemento vertical.

a) Realice un esquema estructural de la misma

b) Proceda al análisis de cargas

c) Determine las reacciones en el empotramiento: Rx, Ry y M

d) Grafique las solicitaciones características

e) Indique posición del momento máximo.

Ejercicio Nº29:

En la viga analizada en el ejercicio 25 proceda ahora a dimensionarla, considerando que

la misma es circular y metálica. Utilice las tablas y busque la información y datos que

necesite.

Ejercicio Nº30

Analice una bicicleta y responda:

1) ¿Cómo estaría formada la estructura principal de la

bicicleta? Esquematice sus partes e identifíquelas

dentro de la clasificación mencionada en la clase an-

terior según su geometría.

2) Considere ahora el cuadro de la bicicleta. ¿qué tipos

de cargas actúan sobre él? Analice las característi-

cas de ellas.

3) Para poder dimensionar el cuadro de la bicicleta, y que el mismo sea resistente, o

bien para verificar que el mismo es capaz de resistir las cargas a las que está some-

tida, lo primero que debe hacer es conocer el valor o magnitud de las cargas. ¿Cómo

lo haría? Proceda a establecer la magnitud de cada una de las cargas determinadas

anteriormente.


Ejercicio Nº31:

Un semáforo esta sostenido por un sistema que consta de

un brazo horizontal y un cable inclinado, según se observa

en la figura. En el punto A actúan las siguientes fuerzas: el

peso del semáforo cuyo valor es P=20kg. ; la fuerza T del

cable, y la fuerza F de reacción del brazo sobre el cable.

Recordando que el sistema está en equilibrio; determine:

a) los valores de T y F.

b) las tensiones normales a las que está sometida el ca-

ble y la barra si:

el cable tiene 5mm de radio,

la barra es rectangular de 2 x 5cm.

MECÁNICA DE LOS FLUIDOS

Ejercicio Nº32:

Determinar el peso específico y las densidades del aluminio si 10 dm3 pesan 27 kg

fuerza. Trabajar en unidades del sistema SIMELA.

Ejercicio Nº33:

Calcular la presión en Pa que ejerce sobre la mesa un libro que pesa 4,2 N, el cual está

apoyado sobre un rectángulo cuyas aristas mide 30 y 18 cm, respectivamente.

Ejercicio Nº34:

La figura de este ejercicio muestra a un niño que levanta a un automóvil con ayuda de

un elevador hidráulico. El automóvil pesa 800 kg y descansa en un pistón cuya área A

= 2000 cm2. Determine el valor de la fuerza f que el niño está ejerciendo, sabiendo que

el área del pistón que empuja es de 25 cm2.

RESOLUCIÓN

F = 800kg.

A = 2000cm2

a = 25cm2

Ejercicio Nº35:

Calcular la diferencia de presiones que existe entre un punto ubicado a 6m de profun-

didad, con respecto a otro, situado a 10 m de profundidad bajo el nivel del mar, en una

zona donde el peso específico es de 1,04 x 103 kg/m3

RESOLUCIÓN

h1 = 6m

h2 = 10m

= 1,04*103kg./m3

kg10cm2000

cm25*kg800f

A

a*Ff

a

f

A

F

2

2

Pa40768m/N40768m/kg4160p

m)610(*m/kg10*04,1p

)hh(*p

22

33

12


Ejercicio Nº36:

En dos vasos comunicantes se vierte agua y mercurio. Si la altura alcanzada por el agua

en una de las ramas es de medio metro; calcular la altura que alcanzó el mercurio en la

otra rama.

Densidad relativa del agua = agua = 1

Densidad relativa mercurio = Hg = 13,6

RESOLUCIÓN

CALOR Y TEMPERATURA

Ejercicio Nº37:

Se desea conocer la temperatura:

a) en ºC de 0 ºF

b) del cuerpo humano en ºF, suponiendo una media de 36,9 ºC.

RESOLUCIÓN

a)

b)

Ejercicio N38:

Los cables conductores del alumbrado eléctrico son de cobre. Si los postes están sepa-

rados 25 m entre sí y los alambres tensos un día de invierno a la temperatura de -5C,

calcular:

a) el alargamiento que resultó en un día de verano con una temperatura de 30C.

b) la longitud final de los cables.

RESOLUCIÓN

Lo = 25m to = -5ºC tf = 30ºC

a)

b)

Ejercicio N39:

Un termómetro cuya masa es de 30 g contiene 50 g de mercurio. Calcular la capacidad

calorífera del conjunto en J/C.

cm68,3cm/g6,13

cm/g1*m50h

*hh

ah

h

h

h

3

3

hg

hg

aahg

hg

hg

a

1

2

2

1

Fº0Cº8,17Fº32*Fº9

Cº5)Fº32Fº0(*

9

5Cº

)Fº32F(ºFº180

Cº100Cº

Fº180

Cº100

Fº32Fº212

Cº0º100

Fº32Fº

º0Cº

Cº9,36Fº42,98)Fº32Cº9,36(*Cº5

Fº9Fº

mm16m016,0C)º530(*C/º110*18*m25L

t**LL

5

cuo

2of cm456,316000456,1603LLL


s.C.ºcm

cm.cal02,0

2

s.C.ºcm

cm.cal0068,0

2

C/ºJ02,32CJ186,4cal1

Cº

cal65,7CCC

Cº

cal0,6

C*ºg

cal20,0*g30C

Cº

cal65,1

C*ºg

cal033,0*g50C

m*CCm

CC

total

vhgtotal

v

hg

ee

RESOLUCIÓN Ce= calor específico

m= masa C= capacidad calorífica

Ejercicio N40:

Un bloque metálico se encuentra inicialmente a una temperatura de 20ºC. Al recibir una

cantidad de calor de Q=330cal, su temperatura se eleva a 50ºC

a) ¿Cuál es el valor de la capacidad térmica del bloque?

b) Extraiga conclusiones sobre lo ocurrido.

Ejercicio N41:

Un plato de vidrio se encuentra a temperatura ambiente aproximadamente a 25ºC,

luego se vuelca sobre el interior del mismo una porción de fideos a una temperatura de

50ºC. La sección a atravesar por el calor es de 0,038cm2 y su espesor es de 0,04cm.

a) Calcular la cantidad de calor que fluye a través del plato durante 2 minutos.

b) ¿Y si el plato fuera de polipropileno?

Coeficiente de conductividad térmica del vidrio:

Coeficiente de conductividad térmica del polipropileno:

Ejercicio N42:

Calcular la cantidad de calor necesaria para convertir 50gr. de hielo de –20ºC en vapor

de 120ºC.

RESOLUCIÓN

1º calculo la cantidad de calor Q1 para pasar de –20ºC a 0ºC, la masa de 50gr. De hielo.

2º calculo Q2, para poder fundir hielo a 0ºC en agua a 0ºC empleando el calor latente

de fusión del hielo (80 cal/gr)

3º calculo Q3 para calentar 50gr. De agua de 0ºC a 100ºC usando Ce agua = 1cal/ºC*gr

4º calculo para vaporizar el agua de 100ºC, convirtiéndola en vapor de 100ºC.

(CLv=540cal/gr)

calorías500º20*gr50*gr*Cº

cal5,0t*m*CeQ HiHi1

calorías4000gr50*gr

cal80m*ClQ

f2


cal1t*m*CeQ aa3


5º para elevar la temperatura del vapor de 100ºC a 120ºC, usamos el calor específico

del vapor de agua = 0,5cal/ºC*gr

La suma total de las Qi será el calor necesario para transformar 50 gramos de hielo

desde –20ºC a vapor de 120ºC.

ELECTRICIDAD

Ejercicio N43:

Dos cargas puntuales negativas, cuyos módulos son Q1= 4,3 C y Q2=2,0 C, están

situadas en el aire y separadas una distancia r= 30cm.

a) Grafique la fuerza que Q1 ejerce sobre Q2.

¿Cuál es el valor de esa fuerza?

b) Dibuje la fuerza que Q2 ejerce sobre Q1. ¿Cuál

es el valor de esa fuerza?

RESOLUCIÓN

a) Q1 repele a Q2. La fuerza F2 sobre Q2 apunta a la derecha.

Como:

Aplicando la Ley de Coulomb:

b) Q2 también repele a Q1. Luego, la fuerza F1 sobre Q1 está dirigida hacia la izquierda.

F1 y F2 constituyen un par de acción y reacción. Por lo tanto . F1 = F2 =0,86N.

Ejercicio N44:

Sobre una carga de 5 C actúa una fuerza de 2 N. ¿Cuál es la intensidad del campo

eléctrico en ese punto?

Ejercicio N45:

Para trasladar una carga de 10 C desde un punto A a otro B se necesita un trabajo de

60 J ¿Cuál es la diferencia de potencial entre esos puntos del campo eléctrico?

Ejercicio N46:

Suponga que una lámpara incandescente se conecta a un tomacorriente de 120 V, y se

enciende durante una hora.

a) Si cada segundo pasa una carga de 1,0C por el foco, ¿cuál es el valor de la carga

total que pasó a través de ella?

b) ¿Cuánto vale el trabajo realizado sobre esta carga por el campo eléctrico existente

entre las terminales del contacto?

calorías27000gr50*gr

cal540m*ClQ v4


cal5,0t*m*CeQ v5

kc 37 o calorías 370005002700050004000500Q

QQQQQQ

T

54321T

m30,0cm30r

C10*0,2C0,2Q

C10*3,4C3,4Q

62

61

N86,030,0

)10*0,2(*)10*3,4(10*9

r

Q*QkF

2

669

2

21o2


RESOLUCIÓN

a) Como 1 hora es igual a 3600 segundos, es claro que la carga total que pasó por la

lámpara fue q= 3600C

b)

Ejercicio N47:

Una plancha eléctrica tiene una resistencia de 60 . Calcule:

a) Cuál es la intensidad de la corriente cuando se la conecta a una línea de 220 V.

b) A qué diferencia de potencia se debe conectar dicha plancha para que circule una

carga de 60 C en 30 segundos.

RESOLUCIÓN

a)

b)

Ejercicio N48: La figura de este ejercicio muestra dos lámparas, cu-

yos filamentos poseen resistencias R1 y R2, conec-

tadas a los polos de una batería. Observando la fi-

gura, responda:

a) La corriente que pasa por R1 ¿es mayor, menor o

igual a la que pasa por R2?

b) El valor de la resistencia R1 ¿es mayor, menor o

igual a la de la resistencia R2?

c) ¿Cuánto vale el voltaje existente entre los polos

de la batería?

RESOLUCIÓN

a) Como las lámparas están conectadas en serie sabemos que la corriente que pasa en

R1 es igual a la corriente que pasa en R2.

b)

El mayor voltaje está aplicado a la mayor resistencia

c) Es fácil percibir que el voltaje entre los polos de la batería es el voltaje VAD aplicado

en serie. Entonces:

Ejercicio N49:

J432000C3600*V120q*VTq

TV ABAB

ABAB

A13200V220*60V*Rii

VR

V120s30

C60*60

t

q*RV

q

t*VR

i

VR

t

qi

21CD AB

CD2

AB1

R R que concluimos V V como

i

VR

i

VR

1248VVV CDACAD


Dos resistencias R1 y R2, siendo R1 = R2 = 12 , se conectan en paralelo a una batería

que aplica a la conexión un voltaje de 24 V.

a) Realice una figura esquemática de este circuito.

b) ¿Cuál es la resistencia equivalente del agrupamiento?

c) ¿Qué corriente pasa por R1?, ¿y por R2?

d) ¿Qué corriente total proporciona la batería?

RESOLUCIÓN

a) En lugar de las lámparas debe ir el símbolo de la resistencia

b)

c) Tanto R1 como R2 están sometidas al mismo voltaje VAB=24V. Así:

d) La corriente total proporcionada por la batería será:

Ejercicio N50:

En los circuitos de las figuras, encuentre la corriente que circula por cada resistencia y

el voltaje aplicado entre sus terminales.

a)

b)

0,6R12

2

12

1

12

1

R

1

R

1

R

1

21

A0,422iii 21

A0,212

24

R

Vi

A0,212

24

R

Vi

2

AB2

1

AB1

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