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Proyecto Final

Leandra Salazar Villalobos Física Instituto IACC 2 de diciembre de 2017

Proyecto final 1) Dos pesas de 10 N y 15 N respectivamente están unidas por una cuerda ideal que pasa por dos poleas ideales. La pesa de 15 N descansa sobre una báscula y el sistema está en equilibrio. ¿Qué lectura indica la báscula? La alternativa correcta es la letra A Primero se debe encontrar cual es la fuerza que se ejerce sobre la báscula. Para ello se ocupa el equilibro de fuerzas: Equilibrio de fuerzas 10N =15 N – Normal Al despejar queda: Normal = 15 N- 10 N Normal = 5 N Pero transfórmalos a kilogramos se realiza: Lectura de la báscula / (9,8 m/s) = 0,51 Kg Por lo tanto son 0,51 Kg o 5N

2) Dos pesas de 10 N se encuentran suspendidas a cada lado de una cuerda que pasa por dos poleas ideales. Si en el medio de la cuerda se inserta un dinamómetro ¿cuánto indicará? (1 punto)

Por el efecto de acción y reacción el dinamómetro marcará 10 N

3) Dos cuerdas tiran de un bloque de concreto tal como se muestra en la figura. Considerando el valor de las fuerzas que ahí se indican y considerando que el bloque tiene una masa de m = 12 kg, determine si las cuerdas son o no capaces de levantar el bloque. (Ayuda: si la componente y de la sumatoria total de fuerzas es positiva el bloque sube, si es negativa el bloque baja). Entregue los cálculos completos y la argumentación de su respuesta

,

Si las fuerzas van en sentido distinto se puede aplicar teorema de Pitágoras siempre que formen un ángulo de 90º como la figura, por otra parte la fuerza del bloque se resta porque es en sentido contrario. ∑fuerzas resultantes= F 1 + F2 – F3

F1 = √ 16 + 45 = 47,76 N F1 = √ 32 + 24 = 40 N F3 = 12* (9,8 m/S^2) = 117,6 N

∑fuerzas resultantes= 47,76 N+ 40 N - 117,6 = -29,84

Según lo revisado en los cálculos, las cuerdas no son capaces de levantar el bloque.

4) Una onda transversal viaja en una cuerda hacia la derecha. ¿Cuál de las siguientes no es transportada por la onda? (1 punto) Letra d, ya que el momentum se obtiene de multiplicarla masa por la velocidad 5) Entre las siguientes propiedades de una onda armónica, la única que no depende de las demás es: (1 punto) Letra d, debido a que la velocidad se mantiene constante

6) El sonido no puede propagarse en: (1 punto) La letra correcta es la D debido a que el sonido no se puede propagar en el vacío, porque no hay un medio material.

7) Cuando la luz viaja no lleva nada consigo más que oscilaciones de c ampo: (1 punto)

La alternativa es la letra a El motivo es que las ondas electro y magnéticas están compuestas por un campo eléctrico que oscila y de un campo magnético perpendicular que también oscila.

8) La energía cinética de un cuerpo: Letra c, debido a que la energía cinética es una magnitud escalar que representa cuanta energía tiene un cuerpo en función de su movimiento, sin importar la dirección en la que lo hace.

9) Una fuerza es conservativa si: Letra d, Es la fuerza donde el trabajo depende únicamente de las posiciones A y B y no de la trayectoria que esta ha recorrido para ir de A a B.

10) Determine cuál será la velocidad que tendrá el carro de la figura en los puntos A, B y C. Para resolver el problema asuma que la masa del carro es de 480 [kg]. (3 puntos)

Energía cinética inicial (Ki) punto A Se ocupa la formula Ki = ½ *m* v i2 Se reemplaza Ki =1/2 * 480*(Kg)* (1 (m/s)) 2 Ki = (1* 480(kg) * (1 (m/s))2 ) / 2 Ki = (480 (Kg) (m2/s2 ))/2 Ki= 240 [ ] La energía cinética final (K f ) en el Punto A Se ocupa la siguiente formula: Kf = ½ *m * v f 2 Kf = ½ * 480(Kg) * (V f ) 2 Kf = 240 (kg) (vf)2 Ahora se calcula la energía potencial inicial (u i) en el punto A Se ocupa la siguiente formula: Ui= m*g*hi Ui = 480(Kg) * 9,8 (m/s2) * 12(m)

Ui= 56.448 [ ] Por lo tanto la energía potencial inicial es = [ ] Ahora se calcula la energía potencial final (U f ) en el punto A Se ocupa la siguiente formula: Uf =m *g*hf Uf = 480(Kg) * 9,8 (m/s2 ) 4,9 (m) Uf = 23049,6 (j) Por lo tanto la energía potencial final es de 23049,6 (j) Se calcula la velocidad final (v) punto A Se ocupa las siguientes formulas: Ei = E f K i + U i = U f + Kf 240(j) + 56448 (j) = 240 (Kg) (Vf )2 + 23049,6 (j) Vf = (140,16)1/2 vf = 11,8389 (m/s) Por lo tanto la velocidad del auto en el punto A es de = 11,8389 (m/s)

La energía cinética inicial (Ki) en el punto B Se ocupa la fórmula: Se ocupa la siguiente formula Ki = ½ *m* v i2 Reemplazando Ki =1/2 * 480*(Kg)* (11,8389 (m/s))2 Ki = (1* 480(kg) * (140,1595 (m/s))2 ) / 2 Ki = 67276,56(m2 /s2 )/2 Ki= 33.638,28 [ ] La energía cinética final (K f ) punto B Se ocupa la siguiente formula: Kf = ½ *m * v f 2 Kf = ½ * 480(Kg) * (V f ) 2 Kf = 240 (kg) (vf)2 Ahora se calcula la energía potencial inicial (U i) en el punto B Se ocupa la siguiente fórmula: Ui= m*g*hi Ui = 480(Kg) * 9,8 (m/s2) * 4,9(m) Ui= 23.049,6 [ ] La energía potencial final (U f ) en el punto B Se utiliza la formula: Uf = 480(Kg) * 9,8 (m/s2 ) 1,8 (m) Uf = 8467,2 (j) La velocidad final (Vf ) en el punto B Ei = E f K i + U i = U f + Kf

33.638(j) + 23.049,6(j) = 240 (Kg) (Vf )2 + 8.467,2 (j) Vf = (200,9195(j/Kg))1/2 vf = 14,1746 (m/s) Por lo tanto la velocidad del auto en el punto B es de = 14,1746 (m/s) La energía cinética inicial (Ki) en el punto C Se ocupa la fórmula: Ki = ½ *m* v i2 Al reemplazar Ki =1/2 * 480*(Kg)* (14,1746 (m/s))2 Ki = (1* 480(kg) * (200,9192(m/s))2 ) / 2 Ki = 96.441(m2 /s2 )/2 Ki= 48220,608 [ ] Por lo tanto la energía cinética inicial es de = 48220,608 Ahora se calcula la energía cinética final (K f ) punto C Se ocupa la siguiente formula: Kf = ½ *m * v f 2

[ ]

Kf = ½ * 480(Kg) * (V f ) 2 Kf = 240 (kg) (vf)2 Ahora se calcula la energía potencial inicial (U i) en el punto C Se ocupa la siguiente formula: Ui= m*g*hi Ui = 480(Kg) * 9,8 (m/s2) * 1,8(m) Ui= 8467,2[ ] Por lo tanto la energía potencial inicial es de 8467,2 [ ] Ahora se calcula la energía potencial final (U f ) en el punto C Se ocupa la siguiente formula: Uf = 480(Kg) * 9,8 (m/s2 ) 9,9 (m) Uf = 46569,6 (j) Por lo tanto la energía potencial final es de 46.569,6 (j) Ahora se calcula la velocidad final (V f ) en el punto C Ei = E f K i + U i = U f + Kf 48220,608(j) + 8467,2(j) = 240 (Kg) (Vf )2 + 46569,6 (j) Vf = (42,1592(j/Kg))1/2 vf = 6,49 (m/s) Por lo tanto la velocidad del auto en el punto C es de = 6,49 (m/s)

11) En una demostración de clase, se coloca en una pecera llena de agua, dos latas de bebidas Coca-cola de igual tamaño: una tradicional y otra ligth. Se observó que la clásica siempre se hunde, en cambio la ligera flota. La explicación a este resulta es que:

La letra D es la correcta, porque la bebida clásica posee gran cantidad de azúcar a diferencia de la Ligh que posee endulzante lo que la hace más liviana y la clásica al poseer más azúcar la hace más densa y por eso se hunde.

12) El río Amazonas en su parte baja tiene un caudal promedio de aproximadamente Q = 3 000 000 [ m 3 / s ] . A partir de este dato determine la velocidad del río e n los siguientes tres puntos en esa zona: (1 punto) Punto 1 Ancho 2000 [m] Profundidad promedio 210 [m] Punto 2 Ancho 3900 [m] Profundidad promedio 240 [m] Punto 3 Ancho 5600 [m] Profundidad promedio 310 [m]

Para el punto 1: xh= 2000(m) * 210 (m)= 420.000 (m2) V= 3.000.000 (m3/s) /420.000 = 7,1428 (m/s) Para el punto 2: H= 3900 (m) * 240 (m)= 936.000 (m2) V= 3.000.000 (m3/s) /936.000 = 3,2051 (m/s)

Para el punto 3: xh= 5.600 (m) * 310 (m)= 1.736.000 (m2) V= 3.000.000 (m3/s) / 1.736.000= 1,7281 (m/s)

13) Dos sistemas están a la misma temperatura cuando La respuesta es la C, Si dos sistemas o cuerpos poseen temperaturas distintas al comienzo y luego de un tiempo determinado alcanzan un equilibrio térmico, que es cuando tienen la misma temperatura.

14) Un estanque sellado de agua se encuentra a 350 [K], determine el estado del agua (vapor, liquido o hielo) Primero se determina a que temperatura se encuentra en grados Celsius: C= K – 273 C= 350 – 273 = 77º El agua se encuentra en estado líquido porque el agua se encuentra a 77º y el agua se evapora a los 100º.

15) Una tuerca se encuentra muy apretada en un tornillo. La tuerca y el tornillo están hechos del mismo material. ¿Con cuál de las siguientes operaciones será más fácil sacar la tuerca del tornillo? (1 punto) La letra correcta es la B, debido a que al calentar la zona donde se encuentran unidos será más fácil retirar la tuerca ya que se dilatará el materia y por lo mismo quedará más libre la tuerca.

16) Según la primera ley de la termodinámica en la expresión ∆ =

−

 (1 punto)

La letra correcta es la A, debido a que la ecuación muestra el cambio de energía de un sistema es igual al calor transferido al sistema, menos el trabajo realizado por el sistema.

17) Un estanque contiene 20 litros (m=20 [kg]) de agua que inicialmente se encuentran a temperatura ambiente (T=20° [C]). Similar al experimento realizado por Joule se conecta un motor con aspas para elevar la temperatura del agua. Determine cuánto es el trabajo realizado por el motor si es que la temperatura final del agua es de T=34° [C] asumiendo que no hay pérdidas de ningún tipo. (1 punto)

Q = mcΔT

Q = (20 kg)(4180 J/kg°C)((34-20)°C) Q = 1.170.400 J

Por lo tanto el calor absorbido por el agua es de 1.170.400 J

Entonces el trabajo es

W = k*Q

k = 0,24 W = (0,24) (1.170.400 ) J W = 280.896 J El trabajo realizado por el motor es de 280.896 J

18) Cuando se conectan tres resistencias idénticas en paralelo, resulta una resistencia equivalente de 9Ω. Si las mismas resistencias se conectan ahora en serie, la nueva resistencia equivalente será: (1 punto)

Para poder determinar el valor de las resistencias conectadas en serie, primero hay que calcular el valor de cada una de las resistencias conectadas en paralelo, que para este caso son iguales, por lo que se utiliza una ecuación para determinar el valor de la incógnita

1 1 1 1 = + +  1 2 3 1 1 1 1 ( )= + + 9    3 1 ( )= Ω 9 X = 3*9 = 27 Por lo que cada resistencia mide 27 ohm Al conectarlas en serie están resistencias, g eneran una resistencia equivalente a la suma de ellas Rt = 27+27+27= 81 Por lo tanto es la letra D, 81 OHM

19) Para el circuito de la siguiente figura determine la resistencia total y luego determine la corriente que la batería le entrega al circuito. (3 puntos)

Se calcula las resistencias en paralelo:

1 1 1 1 = + +  3Ω 3Ω 3Ω 1 = 1Ω 

Rt= 1Ω / 1 Rt= 1 Ω Por lo tanto la resistencia total es de 1 Ω para el tramo en paralelo En el segundo tramo en paralelo

1 1 1 = +  3Ω 3Ω 1 = 2/3Ω  Rt= 1Ω / (2/3) Rt= 1,5 Ω Por lo tanto la resistencia total es de 1,5 Ω para el segundo tramo La resistencia total del circuito por lo tanto es de 2,5 Ω La corriente se calcula con Ley de Ohm:

  12 = 2,5 =

La intensidad que entrega la batería es de 4,8 amperes

20) Determine la resistencia total entre los puntos a y b. (3 puntos)

Las resistencias al estar en serie basta con sumarlas, por lo tanto la resistencia total es Rt = 1+3+5= 9 Ω

BIBLIOGRAFIA 

IACC (2017). Contenidos de la semana 1 a la 8 Física.