Solucion_U3
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Física....
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CONSTRUCCIÓN ACTIVIDAD COLABORATIVA U3
FISICA GENERAL SOLUCION U3
PRESENTADO POR:
LUIS ÁNGEL SALCEDO - 1.019.025.138
GRUPO: 100413_48
TUTOR:
JAVIER FRANCISCO RODRIGUEZ MORA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD BOGOTÁ NOVIEMBRE DE 2015
CONTENIDO Pág. 1. TEMA 1: Movimiento Ondulatorio.....…..………………………………………....... ...3 2. TEMA 2: movimiento Ondulatorio …………….…………………..…………………..5 3. TEMA 3: Temperatura…………………………………………………………………..7 4. Tema 4. Primera ley de la termodinámica …………..………………………………..8 5. Tema 5. Teoría cinética de los gases.……………………………………………….10 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………….………11
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TEMA 1: MOVIMIENTO OSCILATORIO Ejercicio 6. Un péndulo con una longitud de 1.00 m se libera desde un ángulo inicial de 15.0°. Después de 1 000 s, su amplitud se reduce por fricción a 5.50°. ¿Cuál es el valor de b/2m?
SOLUCIÓN: Uno de los fenómenos más interesantes que trata la física es la del movimiento que se repite a intervalos iguales o regulares de tiempo. A esta clase de movimientos se les llama periódicos u oscilatorios.
DATOS: -
-
A0 = 150 Af = 5.50 t = 1000s l = 1.00 m in = e
Conversiones : Grados a radianes: -
15.0° = 0.2618 rad 5.5 grados = 0.095993 rad
OPERACIONES INICIALES: Un péndulo con una longitud de 1m y un ángulo inicial de 15 grados tiene la amplitud inicial iguala a: A0 (0.2618 rad) (1.00 m) = 0.2618 m Después de 1000s su amplitud se ha reducido a causa del rozamiento hasta 5,5 grados. Af (0.095993 rad) (1.00 m) = 0.095993 m 3
Se despeja Af obteniendo: Se pasa A0 a dividir quedando:
Se pasa a multiplicar la
e
quedando:
In (AF/A0) = Para despejar
el periodo para la dividir quedando:
[In (AF/A0)] / t =
REEMPLAZAMOS: [In (0.2618 m/ 0.095993 m)] = 0.0010 Hz =
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TEMA 2: MOVIMIENTO ONDULATORIO Ejercicio 9. La función de onda para una onda progresiva en una cuerda tensa es (en unidades SI) ( , ) = (0,350 ) (10 − 3 + 4) a) ¿Cuáles son la rapidez y dirección de viaje de la onda? b) ¿Cuál es la posición vertical de un elemento de la cuerda en t = 0, x = 0.100 m? c) ¿Cuáles son la longitud de onda y frecuencia de la onda? d) ¿Cuál es la máxima rapidez transversal de un elemento de la cuerda?
SOLUCIÓN: Para obtener la rapidez de la onda se debe primero a la expresión que está dentro del seno de la onda derivarse e igualarse a cero para obtener la velocidad y la posición:
= 10 − 3 + 4 Derivando respecto a t:
=10−3 Igualando a cero y despejando dx/dt
10−3 = 0 3 =10 = 10 =0,333/ 3 La velocidad es de 0,333 m/s en posición de x positiva, Para el literal b, debemos reemplazar los valores en lo cual es se debe hallar la posición vertical:
0.1,0 = 0.35 10− 3 + 4 0.1,0 = 0.35 100 − 30.1 + 4 0.1,0 = 0.35 (− 103 + 4) 0.1,0 = 0.35 − 20 0.1,0 =−0,0548 5
0.1,0 = −5,48 Para hallar la longitud y frecuencia de onda usamos
Y sabemos que
=3
= 2 3 = 2 = 2 3 = 0,6666
Para la frecuencia angular por la ecuación se denomina que siguiente manera despejamos la frecuencia:
=10. Entonces de la
=2 10=2 = 10 2 = 5 Para sacar la máxima rapidez transversal se deriva respecto al valor de y:
= = 0.35 10 − 3 + 4 = = 0.35 10cos10−3+ 4 Para encontrar esa velocidad máxima t se tiene que hacer cero, y luego operar y encontrar la .
= 0.35 10cos0 = 0.35 10 1 =10,9955 ≈11 / 6
TEMA 3 TEMPERATURA. Ejercicio 12. El elemento activo de cierto láser se fabrica de una barra de vidrio de 30.0 cm de largo y 1.50 cm de diámetro. Si la temperatura de la barra aumenta en 65.0°C, ¿cuál es el aumento en a) su longitud, b) su diámetro y c) su volumen? Suponga que el coeficiente de expansión lineal promedio del vidrio es 9.00X 10-6 (°C)-1
DATOS: Longitud inicial: 30 cm = 0,3 m Diámetro: 1.5 cm = 0,015 m Temperatura inicial: 0°C Temperatura final: 65.0°C Coeficiente de expansión lineal promedio del vidrio es: 9.00 X 10 -6 (°C)-1 v = π. r 2. h = (3,1416) (1.5 cm/2)2 (30 cm) =
v = π. r 2. h = (3.1416) (3,375cm2) (30cm) = 141,372 cm3 = 35,343 cm3 4 4 SOLUCIÓN: La expansión lineal está definida como:
a. su longitud (9.00 X 10 -6 (°C)-1) (0,3 m) (65.0°C) = ΔL = (0,000009 °C-1) (0,3 m) (65.0°C) = 0,0001755 m ΔL = 0,176 mm ΔL =
b. diámetro = (9.00 X 10-6 (°C)-1) (0,015 m) (65.0°C) = ΔD = 0,000009 °C-1) (0,015 m) (65.0°C) = 0,000008775 m ΔD = 0,008775 mm ΔD
La expansión lineal está definida como:
c. su volumen (9.00 X 10 -6 (°C)-1) (0,3 m) (65.0°C) = ΔV = 3(0,000009 °C-1) (0,35343) (65.0°C) = 0,00062026965 m3 ΔV = 0,62026965 mm ΔV =
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TEMA 4: PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA Ejercicio 23. Un ventanal de vidrio tiene un área de 3.00 m2 y un grosor de 0.600 cm. La diferencia de temperatura entre sus caras es de 25.0°C, ¿cuál es la rapidez de transferencia de energía por conducción a través de la ventana? Conceptualización: La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas. La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección transversal
A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2, con T2 > T1, se encuentra que el calor ∆Q transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío.
Si se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H = ∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducc ión de calor de Fourier. Importante: Cuando se alcanza el estado de equilibrio térmico, la temperatura a lo largo de la barra es constante. En ese caso el gradiente de temperatura es el mismo en cualquier lugar a lo largo de la barra, y la ley de conducción de calor de Fourier se puede escribir en la forma:
Ecuación que nos permitirá determinar la rapidez de transferencia de energía.
Donde: K = Contante de conductividad térmica del material. A = Área de sección trasversal (A) L = Longitud (grosor) T = Temperatura.
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DATOS: - Área de sección trasversal (A): 3.00 m2 K = 0,8 (W/m K) Longitud: 0.600 cm = 6.00 x 10 -3 m - temperatura 25.0°C REEMPLAZAMOS:
H=
(0,8 W/m K) (3.00 m 2) (25.0°C) = ____60______ = 10 Kw (kilovatio) 0.006000000m 0.006000000m
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TEMA 5: TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES Ejercicio 27. Considere 2.00 moles de un gas ideal diatómico. a) Encuentre la capacidad térmica total como la define la ecuación a volumen constante y la capacidad térmica total a presión constante, si supone que las moléculas giran pero no vibran. b) ¿Qué pasaría si? Repita el inciso a), si supone que las moléculas giran y vibran.
=∆
CONCEPTUALIZACIÓN: La teoría cinética de los gases explica las características y propiedades de la materia en general, y establece que el calor y el movimiento están relacionados, que las partículas de toda materia están en movimiento hasta cierto punto y que el calor es una señal de este movimiento.
SOLUCIÓN: Datos: Q= 0
∆=0 C=Q/∆ Procedimiento:
= 52 = 52 5 = 5 = = 2 2 = 52 ∗0 Q=0
La capacidad calórica C, de cualquier sustancia se define como la cantidad de calor Q, que se requiere para elevar la temperatura de una sustancia en un grado Celsius. b. A partir de esta definición, se observa que si al agregar Q unidades de calor a una sustancia le produce un cambio de temperatura.
=∆ 10
REFERENCIAS BIBLOGRAFICAS
1. Galeon.com. Teoría cinética de los gases. tomado el día 31 de octubre, de http://ensenarquimica.galeon.com/aficiones2063281.html Movimiento oscilatorio: libre, amortiguado, forzado. Tomado el día 31 de octubre, de http://www.fis.puc.cl/~jalfaro/fiz0121/clases/Movimiento%20Oscilatorio.pdf 2. Capítulo 14. mecanismos de transferencia de calor . [PDF] Tomado el día 31 de octubre, de http://old.dgeo.udec.cl/~juaninzunza/docencia/fisica/cap14.pdf 3. Ejercicios-fisica.blogspot. Teoría y Ejercicios de Física. Tomado el día 31 de octubre, de http://ejercicios-fisica.blogspot.com.co/
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