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Examen de admisión UNI 2012-IFísica - Química

Tema PFísica

Solucionario

PREGUNTA N.o 1Utilizando el sistema de poleas ideales mostrado en la figura, se desea que el bloque de 16 kg ascienda con aceleración de 2 m/s2. Determine la fuerza F

necesaria para lograr este objetivo.

bloque

j

i

F

A) – 47,24 j B) – 39,24 j C) – 32,00 j

D) +39,24 j E) 47,24 j

Resolución

Tema: Dinámica

RecuerdeEn una polea ideal (mpolea=0)

Fa

TT

De la segunda ley de Newton

FR=mpoleaa

→ F – 2T=(0)a

∴ T F= 12

Análisis y procedimiento

Piden F

, donde

F

=– F j (φ)

Para determinar F, graficamos la fuerza transferida sobre cada cuerda. Luego, en el bloque, aplicamos la segunda ley de Newton.

a=2 m/s

Fg=156,96

FF

2F2F 2F

4 F

4 F

FF

FR=mbloquea

4F – 156,96=(16)(2)

F=47,24 N (γ)

(γ) en (φ)

F

=– 47,24 j N

Respuesta– 47,24 j

Alternativa A

2

UNIFísica

PREGUNTA N.o 2Un bloque de 20 kg está en reposo sobre un plano inclinado rugoso que hace un ángulo de 60º con la horizontal, siendo este el máximo ángulo tal que el bloque no resbala sobre el plano. El coeficiente de fricción cinético entre el bloque y el plano es 0,5. Calcule la fuerza, en N, que se debe aplicar al bloque, paralelamente al plano inclinado, para que empiece a moverse hacia arriba, así como la aceleración en m/s2, con que posteriormente se moverá si la fuerza no cesa. (g=9,8 m/s2)

A) 339,5; 6,04 B) 339,5; 7,04 C) 319,5; 6,04 D) 319,5; 7,04 E) 299,5; 8,04

Resolución

Tema: Estática y dinámica

Recuerde que para garantizar el equilibrio mecánico de traslación se debe cumplir que

F R

= 0 (Primera condición de equilibrio)

Pero si la F R

≠ 0, entonces el bloque experimentará aceleración y de la segunda ley de Newton se tiene que

F m aR

= ·

Análisis y procedimiento

En la condición inicial

Fg

fS(máx)

fN

Rpiso

θS(máx)

θ=60ºθ=60º

El ángulo q es máximo cuando el bloque está a punto de deslizar. Luego, de la geometría de la figura, el ángulo de rozamiento estático máximo es 60º.

→ qS(máx)=60º

Para qS(máx)

tan qS(máx)=mS

→ mS=tan60º

→ µS = 3

Luego se aplica F.

Para que el bloque esté a punto de deslizar hacia arriba, se debe cumplir que la fuerza de rozamiento sea máxima.

FgFg sen60º

Fg cos60º

FfN

θ=60ºθ=60º

fS(máx)

Para que el bloque deslice aceleradamente hacia arriba, se tiene que

F ≥ Fgsen60º+fS(máx)

F ≥ mgsen60º+mS fN ← Fgcos60º

F ≥ 339,5N

La mínima fuerza para que empiece a moverse es

F=339,5 N

Ahora, cuando el bloque desliza, se manifiesta la fuerza de rozamiento cinético.

3

UNIFísica

Fg

a Fg sen60º

Fg cos60º

FfN=Fg cos60º

θ=60ºθ=60º

fK

De la segunda ley de Newton tenemos que

F maR

=

F F f m a

f

g K

K N

− + =( º ) ·sen60

µ

Reemplazando se obtiene que

a=6,04 m/s2

Respuesta339,5; 6,04

Alternativa A

PREGUNTA N.o 3Establezca la veracidad o falsedad de los siguientes enunciados:I. Para una partícula, la energía mecánica total es

constante si las fuerzas que actúan sobre ella son todas conservativas.

II. En todo choque entre dos partículas, elástico o inelástico, se conserva la cantidad de movimiento lineal total.

III. Si la fuerza neta sobre una partícula es nula se conserva su cantidad de movimiento lineal.

A) VFF B) VVF C) VFV D) FFV E) VVV

Resolución

Tema: Energía mecánica - cantidad de movimiento

Análisis y procedimiento

I. Verdadero Para las fuerzas conservativas (Fg; Fe) la cantidad

de trabajo mecánico desarrollado mediante estas fuerzas no depende de la trayectoria seguida por el cuerpo y su cantidad de trabajo no modifica la EM.

Por lo tanto, la energía mecánica es la misma en cualquier posición; es constante.

II. Verdadero En un choque entre dos partículas

F F

La fuerza interna (F), es muy grande comparada con las externas. Luego las fuerzas externas se desprecian, entonces:

F

(externa)= 0

→ P

sistema : se conserva

III. Verdadero De la relación.

I P PF

res = − 0

F t P PF

res 0⋅ ∆ = −

Como para el sistema F

res = 0, entonces

P PF0

=

La cantidad de movimiento se conserva.

RespuestaVVV

Alternativa E

4

UNIFísica

PREGUNTA N.o 4Un sistema de masa resorte realiza un movimiento armónico simple, cuyas energías están dadas según la gráfica, con m=1 kg, amplitud máxima de 10 cm y frecuencia angular de 3 rad/s. Calcule su energía potencial EP (en mJ) en la posición x mostrada.

– 10 x X (cm)10

EK

EP

E

A) 11,25 B) 22,50 C) 31,80 D) 33,75 E) 45,00

Resolución

Tema: Movimiento armónico simple (MAS)

En una MAS la energía mecánica del sistema se conserva

liso

E sist. M =EC+EP=EC(máx)=EP(máx)

Gráfico de EC y EP en un oscilador armónico.

E

X (cm)– A A

EC

EP

Análisis y procedimiento

Se tiene que

E

X (cm)– 10 10

EC

b

x

EP

liso

A=0,1 mA

x

P. E.

Por conservación de la energía EM(x)=EM(P.E.)

EC+EP=Emáx (I)

Del gráfico, en x tenemos EC=EP

En (I) tenemos

E E

mVP P+ = máx

2

2

2

2

2 2E

m AP = ϖ

E

m AP = ϖ2 2

4

EP = 1 3 0 1

4

2 2( ) ( , )

EP=0,0225 J

∴ EP=22,5 mJ

Respuesta22,50

Alternativa B

5

UNIFísica

PREGUNTA N.o 5Para elevar 10 m3 de agua hasta el tanque elevado de un edificio, el cual se encuentra a 40 m de altura, se utiliza una bomba que tiene un motor de 2 kW. Si la eficiencia del motor es 80%, ¿en cuánto tiempo aproximadamente se logra subir el agua? (g=9,81 m/s2)

ρH O2,

g

cm=

1 00 3

A) 36 min 20 s B) 40 min 50 s C) 45 min D) 52 min 30 s E) 1 hora

Resolución

Tema: Potencia mecánica

Tener presente

donde

nP

P= útil

entregada

n: eficiencia Pútil: potencia útil Pentregada: potencia entregada

donde

PEt

= E: energía en J

t : tiempo en s P: potencia en W

Análisis y procedimiento

Graficando lo que acontece

bomba

masa deagua: m

h=40 m

Pentregada=2kW=2000 W

La bomba sirve para elevar la masa de agua (m) desde el piso hasta el techo del edificio, donde

P

E

tútilH Ogana

2=

En este caso se considera que la energía cinética del agua no varía, luego

P

E

tútilPg=

P

mghtútil =

t

mghP

=útil

Entonces

tVghP

= ρ

útil (I)

Por otro lado

n

PP

= útil

entregada

Pútil=nPentregada (II)

Reemplazando (II) en (I)

t

VghnP

= ρ

entregada

Reemplazando datos

t = ( )( )( , )( )

, ( )1000 10 9 81 40

0 8 2000

t=2452,5 s

t=40 min 52 s

Respuesta40 min 52 s

Alternativa B

6

UNIFísica

PREGUNTA N.o 6Una piedra se deja caer desde cierta altura h. Después de descender la distancia 2h/3, desde el punto inicial de su movimiento, choca con otra piedra que había partido en el mismo instante lanzada desde el piso verticalmente hacia arriba. Calcule la altura máxima a la que habría llegado la segunda piedra si no hubiese chocado con la primera.

A) 3h/8 B) 5h/4 C) h/2 D) 3h/4 E) h/3

Resolución

Tema: MVCL

En el MVCL, para el caso particular de 2 móviles uno al encuentro del otro, se puede emplear la ecuación del tiempo de encuentro.

AA

AABB

BB

t

t

ht t

h

v ve A B= =

+0 0

Análisis y procedimiento

v0=0AA

AABB

BB

t

t

23

h=hA

h3

=hB

h

v

Caso I Caso II

En caso que B no choque.

vF=0

BB

BB

hmáx

v

Nos piden Hmáx en términos de h.

De (II)

Hvgmáx =2

2 (α)

De (I)

→ = =+

=+

=t th

v v

hv

hve A B

0 0 0

→ = =( )h gt vA12

020

23

12

2hg

hv

=

→ 2

312

2

2h

gh

v=

De donde

vgh2 34

=

Reemplazando en (α) tenemos

H

gh

gh

máx =

=

34

238

Respuesta3h/8

Alternativa A

PREGUNTA N.o 7En el gráfico que se muestra, determine el módulo del vector T

(en m), donde:T FE EG DE FD

= + + −

AB AD= = 5 2 m

AH = 12 m

A) 10

A

H

G

F

DE

CB

X (m)

Z (m)

Y (m)

B) 17

C) 13 2 D) 2 97 E) 26

Resolución

7

UNIFísica

Tema: Análisis vectorial

Si se tiene un sistema de coordenadas cartesianas.

Z

XY

î

k

Los vectores unitarios son , , ,

donde | |=| |=| |

Análisis y procedimientoZ (m)

X (m)

Y (m)

A

B

CD

E

G

FH

5 25 2

12

Nos piden T

Donde T FE EG DE FD

= + + −

Luego T FE EG DE DF

= + + − (I)

Del gráfico DE EG DG

+ =

En (I) T FE DG DF

= + + (II)

Luego

FE

= −( )5 2 m

DG

= −( )12 m

DF

= −( ) + −( ) 5 2 12 m

En (II) se tiene que

T

= −( ) + −( ) + −( ) + −( ) 5 2 12 5 2 12

T

= −( ) + −( ) + −( )5 2 5 2 24

Luego

T

= ( ) + ( ) + ( )5 2 5 2 242 2 2

T

= 26 m

Respuesta26

Alternativa E

PREGUNTA N.o 8La superficie circular sobre la que se apoya la bolita es perfectamente lisa. Calcule la aceleración, en m/s2, que debe tener el carrito para que la bolita adopte la posición mostrada. (g = 9,8 m/s2)Dato: sen16º=7/25

A) 9,80

a

37º

37º B) 8,33 C) 6,25 D) 5,66 E) 4,57

Resolución

Tema: Dinámica rectilínea

Análisis y procedimiento

• RealicemoselDCLdelaesfera.

Fg

37º53º

RR

37º

37º a

O

8

UNIFísica

Nos piden a.

Como la FR

y la a

tienen igual dirección

FR

a

37º37º

Obtenemos la fuerza resultante con la suma vectorial.

37º37º

53º53º

16º16º

aa

37º37º

Mgsen16º

FR=Ma

Fg=Mg

4 Ω

R

Del triángulo sombreado

sen º

sen º37

16=M

Mag

35

9 8725=

( , )

a

→ a=4,57 m/s2

El módulo de la aceleración que presenta el carrito es 4,57 m/s2.

Respuesta

4,57 m/s2

Alternativa E

PREGUNTA N.o 9En la figura mostrada el bloquecito de masa m0 parte del reposo desde una altura h=12 m y se desliza sobre la superficie lisa semicircular de radio R = 15 m.Al llegar a la parte inferior el bloquecito choca elásticamente con el bloque de masa M = 3m0 que se encuentra en reposo. Como resultado de esta colisión el bloque de masa M sube hasta una altura H (en metros) igual a

A) 3 m0

Mh

B) 4 C) 6 D) 9 E) 12

Resolución

Tema: Energía y cantidad de movimiento

Análisis y procedimiento

Primero desarrollemos el choque elástico.

v v=0

m0m0 3m03m0

vA vB

m0m0 3m03m0

antes del choque

después del choque

Por ser choque elástico se tiene que

e

v vv

v v vA BA B

=

+= → + =

1

1

(I)

Por conservación de la cantidad del movimiento

P PF

0sist sist

=

m0(+v)+3m0(0)=m0(– vA)+3m0(+vB)

3vB – vA=v (II)

De (I) y (II) se tiene que

v v

vA B= =

2

9

UNIFísica

Graficando desde que fue soltada m0 hasta la parte más baja de la trayectoria.

v=0

H=12 m v

A

liso

Por conservación de energía mecánica EM0

=EMF

m0gH=m0 v0

2

2

gv

( )122

2= (α)

Graficando 3m0 luego del choque hasta que se detiene.

h

v=0

lisov/2

B

Por energía

EM0=EMf

3

32 20

02

m ghm v( ) =

ghv= −1

4 2

2 (b)

De (α) y (b)

h=3 m

Respuesta3

Alternativa A

PREGUNTA N.o 10Una mol de gas ideal que se encontraba bajo una presión de 6×105 Pa se comprime isotérmicamente de 4 hasta 2. (La constante universal de los gases ideales es R = 8,3 J/mol·K). Dadas las siguientes proposiciones respecto del proceso:I. La presión aumenta 105 Pa.II. La presión disminuye 2 · 105 Pa.III. La temperatura del gas es aproximadamente de

15,8 ºC.Indique la secuencia correcta después de determinar si las proposiciones anteriores son verdaderas o falsas.

A) VFV B) FFV C) VVF D) FVV E) VFF

Resolución

Tema: Termodinámica

• Entodogasideal,entrelosparámetrosmacros-cópicos se verifica que PV=nRT

•Siendoparaunprocesoisotérmico(T=constante) P0V0=Pf Vf

Análisis y procedimiento• Porserprocesoisotérmico P0V0=Pf V0

(6×105)×4=Pf×2 Pf=12 · 105 Pa

Por lo tanto, la presión del gas aumentó en 6×105 Pa.

• ParaelcálculodelatemperaturaPV=nRT Al inicio 6×105×4×10 – 3=1×8,3×T T=289,15 K Convirtiéndolo a ºC T=289,15 – 273,15 → T=16 ºC la cual es aproximadamente a 15,8 ºC. RespuestaFFV

Alternativa B

10

uniFísicaPregunta n.o 11Una lente delgada convergente de distancia focal 30 cm debe colocarse entre una fuente luminosa puntual y una pantalla, de modo que sobre esta se forme nítidamente la imagen de la fuente. La distancia entre la fuente luminosa y la pantalla es 1,50 m. Las distancias, en cm, de las dos posiciones posibles en las que se debe colocar la lente respecto a la fuente son

A) 105,5; 44,4 B) 106,5; 43,4

150 cm

pantalla

C) 107,5; 42,4 D) 108,5; 41,4 E) 109,5; 40,4

resolución

tema: Óptica geométrica

Si se requiere el uso de una pantalla para proyectar una imagen, esta deberá ser real y, por lo tanto, invertida. Ahora, si la condición es que sea una imagen nítida, la formación de esta deberá estar en la misma posición donde se encuentra la pantalla.

análisis y procedimiento

• Nos solicitan la distancia objeto (θ).• Veamos

150 cm

pantalla

f=30 cmO

Z.V. Z.R.

F

Ii=150 – θθ

Por condiciones del problema, la imagen sería real y formada justo en la pantalla.

• Empleando la ecuación de Descartes tenemos

1 1 1f i

= +θ

130

1150

1=−

+θ θ

130

150150

=−( )·θ θ

→ θ2 – 150θ + 4500=0

Empleando la fórmula general para una ecuación cuadrática tenemos

θ1

2150 150 4 1 45002

108 5= + − =( )( ), cm

θ2

2150 150 4 1 45002

41 4= − − =( )( ), cm

respuesta108,5; 41,4

Alternativa D

Pregunta n.o 12Dadas las siguientes proposiciones referentes a las leyes de Kepler sobre los movimientos planetarios:I. La Tierra describe una órbita elíptica con el Sol

en el centro de la elipse.II. El vector que va del Sol a la Tierra barre áreas

iguales en tiempos iguales.III. El cubo del periodo de la órbita de la Tierra es

proporcional al cuadrado de su semieje mayor.Son correctas:

A) solo I B) solo II C) solo III D) I y III E) II y III

resolución

tema: Gravitación universal

análisis y procedimiento

Nos piden las proposiciones correctas.

I. Falsa La primera ley de Kepler nos señala que los

planetas describen trayectorias elípticas, donde el Sol se encuentra en un foco de la elipse y no en el centro como señala la proposición.

11

uniFísicaII. Verdadera

A1A1

A2A2

t1t1

t2t2

La segunda ley de Kepler enuncia que

áreatiempo

constante=

Para el caso indicado, si t1=t2 → A1=A2III. Falsa

R

sol

tierra

La tercera ley de Kepler nos señala que

T

R

2

3 = cte.

El cuadrado del periodo (y no el cubo como señala la proposición) es proporcional al cubo del radio.

Por lo tanto, solo la proposición II es correcta.

respuestasolo II

Alternativa B

Pregunta n.o 13En agua de mar, un flotador completamente sumergi-do soporta a una persona de 75,0 kg con el 20% del volumen de la persona fuera del agua. Si el volumen del flotador es de 0,040 m3, ¿cuál es la densidad media del flotador en kg/m3?

Datos: Densidad del agua de mar=1,03×103 kg/m3

Densidad media del cuerpo humano=9,8×102 kg/m3

A) 6,56×102 B) 6,79×102 C) 6,94×102

D) 7,06×102 E) 7,31×102

resolución

tema: Empuje

Recuerde que para un cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido en reposo, el módulo de la fuerza de empuje se determina como

ρlíq.E

g

Vsum.

E=ρlíq. · gvsum.

análisis y procedimiento

Piden la densidad del flotador (ρF).Consideremos que la persona está parada sobre el flotador y este sistema se encuentra en equilibrio como se muestra en el gráfico.

ρ

Eres

Fg

20% Vp

80% Vp

Donde: mp: masa de la persona mF: masa del flotador Vp: volumen total de la persona VF: volumen total del flotador ρ: densidad media del cuerpo del flotador ρF: densidad media del flotador ρL: densidad del agua de mar

Eres: módulo del empuje total sobre la persona y el flotador

12

uniFísicaPara el equilibrio mecánico del sistema persona - flo-tador se cumple Fg

sist=Eres (mp+mf)g=ρL g Vsum(total)

mp+mF=ρL(80%Vp+VF)

m V

mVp F F L

pF+ = × +

ρ ρρ

· ,0 8

75 0 04 1 03 10 0 8

75

9 8 100 043

2+ × = ×( ) ××

+

ρF , , ,,

,

ρF=7,31×102 kg/m3

respuesta7,31×102

Alternativa E

Pregunta n.o 14Desde una fuente puntual se emiten ondas sonoras tal que la intensidad es de 0,026 W/m2 a una distancia de 4,3 m de la fuente. ¿Cuánta energía sonora en 104 J, emite la fuente en una hora si su potencia se mantiene constante?

A) 2,17 B) 2,27 C) 2,37 D) 2,47 E) 2,57

resolucióntema: Onda sonoraF : fuente sonora

Fx

r

En el punto x tenemos que• La potencia sonora se calcula así

PEt

=∆

E: energía sonora que emite la fuente.• La intensidad sonora se calcula así

IP

=A

A: área de la esfera de radio r.

análisis y procedimientoNos piden la energía sonora E que emite la fuente en D t=1 h=3600 s.

fuente sonorax

r=4,3 m

Se cumple que E=P D t E=(IA) D t E=(I × 4pr2) D t E=(0,026 × 4 × 3,14 × 4,32) × 3600 E=2,17 ×104 J

respuesta2,17

Alternativa A

Pregunta n.o 15Calcule la presión manométrica en Pa, directamente debajo de un bloque cúbico de madera de 10 cm de arista y densidad 0,5 g/cm3 que flota con 2/3 de su volumen sumergido tal como se muestra en la figura. ( g=9,8 m/s2)

A) 130 B) 230

madera

agua

aceite

C) 340 D) 410 E) 490

resolución

tema: Hidrostática

Cuando un cuerpo se encuentra interactuando con un líquido, experimenta la presión debido al líquido, pero también debido al medio (la atmósfera) que rodea al líquido. De manera que la presión total se determina como Ptotal=Plíq.+Patm

13

uniFísicaAhora, los instrumentos para medir la presión se calibran para no registrar la presión atmosférica. A la presión que registran se le denomina presión manométrica (Pman). Por lo tanto, en nuestro caso Pman=Plíq.

análisis y procedimientoHaciendo el DCL sobre el bloque tenemos

Fg

EDel equilibrio del bloque tenemos E=Fg=mg E=(ρcuboVcubo)g (*)

El empuje E( ) surge cuando el cuerpo se encuentra

sumergido (parcialmente) tanto en agua como en aceite. Sin embargo, como se está pidiendo determinar la presión manométrica (presión del líquido) en la base del cubo, es mejor determinar el empuje y relacionarlo con esta presión.

Plíq. base

• El empuje es la resultante de las fuerzas que el líquido ejerce sobre el cubo.

• Nótese que en este caso la resultante será vertical y hacia arriba y estará definida por la fuerza del líquido sobre la base del cubo.

E FR

= ( )líq

\ E=Plíq. base · Abase

Reemplazando en (*) Plíq. base · Abase=(ρcuboVcubo)g

Plíq. base (10– 2)=(500)(10– 3)(9,8)

\ Plíq. base=490 Pa

respuesta490

Alternativa E

Pregunta n.o 16Consideremos el modelo del átomo de Bohr de hidrógeno, donde el electrón tiene una carga nega-tiva de q=1,6×10 – 19 C. El electrón gira con una rapidez de 2,18×106 m/s y con un radio de giro de 5,2×10 – 11 m. Este electrón en movimiento circular puede ser visto como una espira con corriente. ¿Cuál sería aproximadamente la intensidad de corriente de esta espira en mA?

A) 1,0 B) 2,0 C) 3,0 D) 4,0 E) 5,0

resolucióntema: Electrodinámica

análisis y procedimiento

El giro del electrón en el átomo de hidrógeno se puede asemejar a una espira con corriente, tal como se muestra en el gráfico.

seccióntransversal

núcleo

r

electrón

Considerando la rapidez del electrón constante, este atraviesa la sección transversal en el tiempo que da una vuelta (periodo). Se puede considerar como una corriente continua formada por una sola partícula (el electrón).

En consecuencia tenemos

Iqt

qTe= = (I)

El periodo (T) se determina aplicando la relación del MCU en la trayectoria.

T

rv

= 2π r: radio de giro v: rapidez del electrón

14

UNIFísica

Reemplazando en (I) tenemos

Iq vr

e= = ×( ) ×( )( ) ×( ) =

=

−

−21 6 10 2 18 10

2 3 1416 5 2 100 001

19 6

11π, ,

, ,, A

11 mA

Respuesta1,0

Alternativa A

PREGUNTA N.o 17Calcule la corriente en A, a través de la resistencia de 20 Ω del circuito mostrado en la figura.

A) 1,0

10 Ω 30 Ω 20 Ω

82,5 V

B) 1,5 C) 2,0 D) 2,5 E) 3,0

Resolución

Tema: Electrodinámica

Análisis y procedimiento

Representemos en un gráfico las corrientes

I2 I1 30 Ω 20 Ω10 Ω I

I

82,5 V

I

82,5 V

REq=27,5 Ω

El circuito equivalente es

Donde la REq se calcula

30 Ω10 Ω 20 Ω

En paralelo R =+

=10 3010 30

7 5·

, Ω

20 ΩR

En serie REq=7,5+20

REq=27,5 Ω

Piden I.En el circuito equivalente V=IREq

→ 82,5=I · 27,5

→ I=3 A

Respuesta3,0

Alternativa E

PREGUNTA N.o 18En la figura se representa una barra conductora de masa 20 g y longitud 10 cm, suspendida por dos hilos rígidos también de material conductor y de masas despreciables. La barra se coloca en un campo magnético, formando la conocida “balanza magnéti-ca”. Si al circular una corriente I de 2 amperios, por la barra, esta se inclina formando un ángulo q=45º con la vertical, determine la intensidad de inducción magnética B

en Teslas.

15

UNIFísica

B

I

A) 0,098 B) 0,98 C) 9,8 D) 98 E) 980

Resolución

Tema: Fuerza magnética

Análisis y procedimiento

La fuerza magnética (Fmag), por la regla de la palma izquierda, actúa de la siguiente manera:

Fmag

Fg

TB

T

Z

g

Y

X

I=2 A 45º

L=10 cm<>0,1 m

m=20 g<> 0,02 kg

observador

Para el observador

Fg

Fmag

2 T45º

Nos piden B.Del equilibrio mecánico de la barra tenemos

Fg

Fmag

2 T

45º Fmag=Fg

BIL=m · g B×2×0,1=0,02×9,8 B=0,98 T

Nota: Se ha considerado para el módulo de la aceleración de la gravedad lo siguiente: g = 9,8 m/s2

Respuesta0,98

Alternativa B

PREGUNTA N.o 19Se construye una terma solar con una caja de un material térmicamente aislante, como se muestra en la figura. La tapa superior de la caja es transparente y tiene un área de 3 m2. ¿Cuánto tiempo necesitaría la terma para calentar 60 litros de agua desde 20 ºC hasta 60 ºC? Considere que la terma no tiene pérdida de calor y que la densidad del agua es constante todo el tiempo.ρagua=1000 kg m – 3; Cagua=1,0 cal×g – 1 (ºC) – 1 intensidad de radiación del Sol que ingresa por la tapa: 550 Wm – 2 (1 cal=4,186 J)

materialaislante

AA

A) 54 minutos B) 1 hora 7 minutos C) 1 hora 14 minutos D) 1 hora 35 minutos E) 1 hora 41 minutos

Resolución

Tema: Física moderna - Calorimetría

La intensidad de una radiación se calcula como

I

P Et

= =A A

donde P : potencia (W) A : área de incidencia (m2) E : energía (J) t : tiempo (s)

16

UNIFísica

Análisis y procedimientoDe acuerdo al enunciado y considerando que la radiación incide en forma perpendicular a la tapa superior tenemos

H2O material

aislante

La energía entregada por la radiación es absorbida completamente por el agua y esto le permite variar la temperatura de 20 ºC a 60 ºC.Luego Energía=Qabsorbida

E=CeH2O · m·∆T

E=1 cal/g ºC×60 000 g×40 ºC

E=24×105 cal=24×105×(4,186 J)

E=100,464×105 JComo

I

Et

=A

Entonces

t

EI

=A ·

t = ×

×100 464 10

3 550

5

2 2, J

m W/m

t=6088,72 s

t≈1 hora 41 minutos

Respuesta1 hora 41 minutos

Alternativa E

PREGUNTA N.o 20En relación a las propiedades del fotón, se tienen las siguientes proposiciones:I. Viaja a la velocidad de la luz en cualquier medio.II. Posee una masa muy pequeña, comparable con

la del electrón.

III. No tiene masa pero transporta energía.Son correctas:

A) solo I B) solo II C) solo III C) I y III E) I y II

Resolución

Tema: Física moderna

Análisis y procedimiento

I. Falsa

C C C C CC

El fotón en el vacío presenta la rapidez de la luz (C), pero al ingresar a un medio es absorbido y remitido por los átomos de este, observándose un retraso en la salida del fotón; por ello, se suele plantear la rapidez media, para el medio en mención. Esta rapidez media dependerá de la estructura del medio.

II. Falsa A diferencia de otras partículas como el electrón o

el quark, debido a los resultados de experimentos y a consideraciones teóricas se cree que la masa del fotón es exactamente cero. Algunas fuentes utilizan también el concepto de masa relativista para la energía expresada con unidades de masa. Para un fotón con longitud de onda λ o energía E, su masa relativista es h/λC o E/C2.

Este uso del término masa no es común actual-mente en la literatura científica.

III. Verdadera Según Planck, la energía del fotón es EF=hf, don-

de h es la constante de Planck y f, la frecuencia de la radiación.

Nota: En la proposición I se está considerando que

velocidad de la luz → velocidad de la luz en el vacío

Respuestasolo III

Alternativa C