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FISICA GENERAL SOLUCION DE PROBLEMAS UNIDAD 3

JESUS DAVID CASTRO BONILLA 86086410 GRUPO: 100413-161

Docente: Gilma Paola Andrade

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA “UNAD” INGENIERIA AMBIENTAL CUCUTA, NOVIEMBRE 2015

1. TABLA DE CONTENIDO

1. TABLA DE CONTENIDO. 2. Solución de problemas Unidad 3. 2.1. Problema tema 1: Movimiento oscilatorio. 2.2. Problema tema 2: Movimiento ondulatorio. 2.3. Problema tema 3: Temperatura. 2.4. Problema tema 4: Primera ley de la termodinámica. 2.5. Problema tema 5: Teoría cinética de los gases. 3. BIBLIOGRAFIA.

2. SOLUCION DE PROBLEMAS UNIDAD 2 2.1.

Problema tema 1: Movimiento oscilatorio.

Un objeto de 7.00 kg cuelga del extremo inferior de un resorte vertical amarrado a una viga. El objeto se pone a oscilar verticalmente con un periodo de 2.60 s. Encuentre la constante de fuerza del resorte. Partimos de los datos conocidos: masa ( m ) =7 kg

periodo ( T )=2.60 s

Para desarrollar aplicamos la fórmula: w 2=

k m

Teniendo en cuenta que:

w=

2π T

Desarrollamos: 2

w =

k m

2

k =w ×m

2

k =(

2π ) × 7.00 kg 2.60 s

k =40.88

N m

Respuesta: la constante de fuerza del resorte es

2.2.

k =40.88

N m

Problema tema 2: Movimiento ondulatorio.

Un cordón de teléfono de 4.00 m de largo, que tiene una masa de 0.200 kg. Un pulso transversal se produce al sacudir un extremo del cordón tenso. El pulso hace cuatro viajes de atrás para adelante a lo largo del cordón en 0.800 s. ¿Cuál es la tensión del cordón? Partimos de los datos conocidos: longitud ( L ) =4.00 m

masa ( m) =0.200 kg

tiempototal ( t T )=0.800 s

La velocidad de propagación sobre una cuerda tensa es:

V=

√

T u

Donde T es tensión de la cuerda y u es la densidad lineal. Como el problema indica un tiempo total de 0.800s en realizar los cuatro (4) recorridos, por lo tanto la onda solo demora 0.1 segundo en recorrer los 4 metros de la cuerda. Con tal dato hallamos la velocidad

V=

d t

V=

4.00 m 0.1 s

V =40

m s

Hallamos la densidad lineal,

u=

m d

u=

0.200 kg 4m

u=0.0500

kg m

Conociendo estas variables aplicamos la fórmula:

V=

√

T u

Para hallar T, 2

V =

T u

T =V 2 × u

2

T =40

m kg ×0.0500 s m

T =80 N

Respuesta: la tensión del cordón es T =80 N

2.3.

Problema tema 3: Temperatura.

El punto de fusión del oro es 1 064°C, y su punto de ebullición es 2 660°C. a) Exprese estas temperaturas en kelvin. b) Calcule la diferencia entre estas temperaturas en grados Celsius y en kelvin. Partimos de los datos conocidos: temperatura de fusion=1064 ℃

temperatura de ebullicion=2660℃

Para convertir ℃ a K utilizamos la formula. K=273+℃

Entonces procedemos a convertir: Temperatura de fusión, K=273+1064

K=1337

Temperatura de ebullición, K=273+ 2660

K=2933

Hallamos las diferencias en temperatura para K y ℃ : Diferencia en Celsius, ℃=2660−1064

℃=1596

Diferencia en Kelvin, K=2933−1337

K=1596

Respuesta: Fusión

K=1337 , Ebullición

K=2933

y la diferencia en las dos escalas es

la misma 1596 . Escriba aquí la ecuación.

2.4.

Problema tema 4: Primera ley de la termodinámica.

¿Cuánta energía se requiere para cambiar un cubo de hielo de 40.0 g de hielo a -10.0°C a vapor a 110°C? Partimos de los datos conocidos:

masa ( m ) =50 gr

Tendremos en cuenta también: Q=cantiad de calor ( energia requerida )

c=calor especifico

∆ T =T f −T i

Cl=calor latente

Para el desarrollo de este ejercicio debemos tener en cuenta varias variables de calor específico, que se presentan para cada estado del agua;

calor especifico ( c ) del hielo=2090

J kg

calor especifico ( c ) del agua=4186

J kg

calor latente ( cl ) de fusion=3.33 ×105

J kg

6

calor latente ( cl ) de evaporacion=2.26× 10

J kg

Para solucionar este ejercicio debemos sumar todas cantidades de energía que se necesitan en cada una de las etapas y cabios del agua de estado sólido a líquido y gaseoso, para eso utilizaremos la fórmula:

Q total =m(Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 4 +Q 5 )

Entonces debemos hallar el valor de cada Q, y procedemos, Q!=energia para pasar de hielo aliquido (−6 ℃ a 0 ℃)

Q1=c ×∆ T

Q1=2090

J ℃ × 6 .0℃ kg

Q1=12540

J kg

Q2=calor latente de fusion

5

Q2=3.33 ×10

J kg

Q 3=energia para aumentar la temperatura del agua(0℃ a100 ℃)

Q3=c × ∆T

Q3=4186

J ℃ ×100 ℃ kg

Q3=418600

J kg

Q4 =calor latente de evaporacion

Q4 =2.26 ×106

J kg

Q 5=energia para elevar latemperatura de(100℃ a115 ℃)

Q5=c × ∆T

Q5=2010

J ℃ × 15 .0℃ kg

Q5=30150

J kg

Y como la masa es 50gr, la convertimos a kilogramos, 1 kg=1000 gr

x=5 0 gr

x=

50 gr ×1 kg 1000 gr

x=0.05 0 kg

Conociendo todos estos datos nos queda desarrollar la formula, Q total =m(Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 4 +Q 5 )

Qtotal=0.05 0 kg (12540

Qtotal=1.5 2× 105 J

J J J 5 J 6 J +3.33 × 10 + 418600 +2.26 ×10 +30150 ) kg kg kg kg kg

Respuesta: La energía que se requiere para cambiar un cubo de hielo de 50.0 g de hielo a 5 -10.0°C a vapor a 110°C es 1.5 2× 10 J

2.5.

Problema tema 5: Teoría cinética de los gases.

Calcule la masa de un átomo de a) helio, b) hierro y c) plomo. Proporcione sus respuestas en gramos. Las masas atómicas de estos átomos son 4.00 u, 55.9 u y 207 u, respectivamente. Partimos de conocer que: μ=unidad de masa atomica 1 μ=1.66 ×10−24 g Para cada elemento utilizaremos la fórmula: m=

masaatomica numero de Avogadro

Procedemos, Helio, m=

masaatomica numero de Avogadro

m=

4 g /mol 23 6.023× 10 atomos/mol −24

m=6.644 × 10

g

−24 1 átomo de Helio tiene una masa de 6.644 ×10 g .

Hierro, m=

masaatomica numero de Avogadro

m=

56 g /mol 23 6.023× 10 atomos/mol −23

m=9.29 ×10

g

−23 1 átomo de hierro tiene una masa de 9.29 ×10 g .

Plomo, m=

masaatomica numero de Avogadro

m=

207 g / mol 6.023× 1023 atomos/mol −22

m=3.44 × 10

g

−22 1 átomo de plomo tiene una masa de 3.44 ×10 g .

−24 −23 −22 Respuesta: a) 6.644 ×10 g . b) 9.29 ×10 g . c) 3.44 ×10 g

3. BIBLIOGRAFIA 

Torres G, Diego A. (2012). Módulo curso física General. recuperado de http://datateca.unad.edu.co/contenidos/100413/MODULO_FISICAGENERAL_A



CTUALIZADO_2013_01.zip. Serway, R. A., & Jewett Jr., J. W. (2008), (pp 19-42). Física para ciencias e ingenierías Vol. 1 (p. 723). Retrieved from http://unad.libricentro.com/libro.php?libroId=323#.