Download EXAMEN FINAL DE FÍSICA 1 (OPCIÓN 2 RESUELTO)...
Examen Ordinario de Física I
Diseño Conceptual y Gráfico:
Martínez-García Adán, Copyright 2011
INC. A LA UAEM DESDE 1999
CLAVES 2000-I-P.S.A. Y 99-CXXII-P
EXAMEN ORDINARIO DE FÍSICA I CATEDRÁTICO: MARTÍNEZ-GARCÍA ADÁN* *Escuela Preparatoria Freinet de Morelos, Av. Domingo 10, Número 211, Col. Lomas de la Selva o El Empleado, Cuernavaca, Morelos, México.
[email protected]
NOMBRE______________________ NOMBRE___________________________________ _________________________ ____________ CALIFICACIÓN________ CALIFICACIÓN________ INSTRUCCIONES. Todos los reactivos debes contestarlos en hojas blancas por separado (en estas debes incluir todos tus procedimientos y justificaciones), no debes escribir en esta hoja de examen (excepto tu nombre). Puedes utilizar calculadora científica. El examen se calificará sobre 420 puntos. 1. El movimiento de una esfera se divide en cinco tiempos (tal y como se observa en el esquema proporcionado). Así, un observador, situado a ochenta metros sobre el nivel del suelo, aprecia (en el tiempo t2 desde su lanzamiento lanzamiento del suelo) que la esfera va subiendo subiendo verticalmente verticalmente y que tarda diez segundos segundos en regresar y volver a verle (es decir, al tiempo t4 desde su lanzamiento del suelo). Con la información anterior, determina y contesta los cuestionamientos siguientes. (120 PUNTOS) a) ¿Con qué velocidad impacta la esfera el piso (es decir, al tiempo t5 desde su lanzamiento del suelo)? b) ¿Cuál es la velocidad con que el observador ve por primera vez a la esfera (es decir, al tiempo t2 desde su lanzamiento del suelo)? c) ¿Cuál es la velocidad con que el observador ve por segunda vez a la esfera (es decir, al tiempo t4 desde su lanzamiento del suelo)? d) ¿Cuál es la altura máxima (respecto el suelo) a la que llega la esfera (es decir, al tiempo t3 desde su lanzamiento del suelo)? e) ¿En qué punto (o puntos) la esfera presenta su velocidad máxima (explica)? f) ¿Dónde la esfera presenta su velocidad mínima (explica)? g) ¿Cuál es la magnitud del recorrido de la esfera?
RESPUESTA: b) Llamemos v oy a la velocidad que lleva la esfera en el tiempo t 2 2, y v y a la velocidad de la esfera en el tiempo t 3 3 (altura máxima a la que llega la esfera, y por consiguiente el valor de su velocidad es cero). Asimismo, a partir de que la esfera es vista le lleva 10 segundos en subir y bajar al punto donde inicialmente fue observada; por lo tanto, sin fricción con el aire y en ausencia de viento, la esfera tarda lo mismo en subir que en bajar. Entonces, de la ecuación… ecuación…
Se tiene que…
c) Por ende, y por la conservación de la energía, la esfera al pasar por segunda vez por el sitio donde se encuentra el observador (tiempo t 4 4) lleva una velocidad de:
1 Escuela Preparatoria Freinet de Morelos Diseño Conceptual y Gráfico: Martínez-García Adán, Copyright 2011
Examen Ordinario de Física I
Diseño Conceptual y Gráfico:
Martínez-García Adán, Copyright 2011
en el tiempo t 4 y debe a) Por otra parte, cuando la esfera va bajando, lleva una velocidad de recorrer 80 metros lineales para llegar al suelo en el tiempo t 5. De esta forma, cuando se aplica la ecuación… Se tiene que…
Que es la velocidad con que la esfera impacta el suelo (el signo negativo representa el sentido negativo del vector velocidad – la esfera va descendiendo – ).
d) Desde el punto donde por primera vez se observa la esfera hasta su altura máxima tarda en llegar 5 segundos. Además, en dicho punto la esfera lleva una velocidad de 49.05m/s (ver inciso b), entonces…
Por lo tanto, al sumarle 80m se obtiene la altura máxima medida desde el nivel del suelo:
.
e) y f) La esfera presenta su velocidad máxima en el momento de su lanzamiento y a la hora de impactar el suelo. Esto, porque cuando sube su velocidad va disminuyendo hasta cero (altura máxima y mínima velocidad); y después desciende, aumentando su velocidad, hasta alcanzar la velocidad con que fue lanzada (nivel del suelo).
g) La magnitud del recorrido es dos veces su altura máxima medida desde el nivel del suelo. Por esto…
2. Observa el esquema siguiente. (100 PUNTOS) m1
Se sabe que el sistema se acelera en la dirección que muestran las flechas y que las masas de los dos cuerpos tienen una magnitud de m1=100kg y m2=200kg. Además, no existe fricción entre las esferas y su superficie de contacto, y entre la cuerda (sin masa e inextensible) y la polea. Con ésta información, determina la tensión que experimenta la cuerda.
m 2
50º
2 Escuela Preparatoria Freinet de Morelos Diseño Conceptual y Gráfico: Martínez-García Adán, Copyright 2011
Examen Ordinario de Física I
Diseño Conceptual y Gráfico:
Martínez-García Adán, Copyright 2011
RESPUESTA: Los diagramas de cuerpo libre de los dos cuerpos son…
Y
Y’
N 1
T T
m1
N 2 m 2
X w 2 y’
50º
w 2 x’ X’
w1
w 2
)…
De ésta manera, las ecuaciones para ambos objetos son (con
Entonces, resolviendo para T el sistema de ecuaciones formado por las ecuaciones
Donde…
Así, resolviendo la ecuación x’ , en la ecuación III…
I y III…
I para a y sustituyendo éste valor, y el valor de la componente del peso en el eje
Multiplicando por m1 y resolviendo para T …
3 Escuela Preparatoria Freinet de Morelos Diseño Conceptual y Gráfico: Martínez-García Adán, Copyright 2011
Examen Ordinario de Física I
Diseño Conceptual y Gráfico:
Martínez-García Adán, Copyright 2011
3. Contesta los siguientes requerimientos. (200 PUNTOS) a) ¿Qué estudia la física y, desde tu perspectiva, cuál es la importancia de ella en el desarrollo tecnológico? b) ¿La aceleración de gravedad es lo mismo que la fuerza de atracción de la Tierra sobre los objetos que se encuentran en su superficie (explica)? c) Un movimiento parabólico está constituido por un movimiento vertical y otro horizontal, ¿en cuál de ellos la aceleración es constante (explica)? d) Con tus palabras, explica de forma correcta (y detalla con algún ejemplo) la Tercera Ley del Movimiento de Newton.
RESPUESTA: a) La física (del lat. physĭca, y este del gr. τὰ υσικά, neutro plural de υσικός , " naturaleza") es una ciencia natural que estudia las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, así como sus interacciones. La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua a través de la inclusión de la astronomía. En los últimos dos milenios, la física había sido considerada sinónimo de la filosofía, la química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVI surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física-matemática y la química-cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir. La física es significativa e influyente, no sólo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física a menudo resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía. La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico en relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos. La física, en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca la descripción de partículas fundamentales microscópicas, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció en los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.
b) No, no son lo mismo. La aceleración de gravedad indica cómo cambia la velocidad de los objetos que caen cuando transcurre el tiempo, y la fuerza de gravedad (también llamada peso) es aquella fuerza con que la Tierra atrae a los objetos que se encuentran en su superficie.
c) En los dos movimientos se aprecia una aceleración constante. En el movimiento vertical la aceleración es la aceleración de gravedad, que para alturas relativamente pequeñas se puede considerar como una constante 2 cuyo valor es 9.81m/s . En el caso horizontal, considerando que no hay viento ni fricción con el aire, la velocidad de los objetos se mantiene constante, y por tanto, la aceleración es cero (valor constante de la aceleración).
4 Escuela Preparatoria Freinet de Morelos Diseño Conceptual y Gráfico: Martínez-García Adán, Copyright 2011
Examen Ordinario de Física I
Diseño Conceptual y Gráfico:
Martínez-García Adán, Copyright 2011
d) Con toda acción (fuerza) ocurre siempre una reacción (otra fuerza) igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto. La tercera ley es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo. Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas en sentido. Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita " c". Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley. A continuación se proporcionan dos ejemplos…
5 Escuela Preparatoria Freinet de Morelos Diseño Conceptual y Gráfico: Martínez-García Adán, Copyright 2011
