• Categories
• Frecuencia
• Altavoz
• Efecto Doppler
• Sonido
• Calor

Citation preview

ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE FÍSICA

AÑO:

2017

PERIODO:

MATERIA:

FÍSICA II

PROFESORES:

EVALUACIÓN:

PRIMERA

FECHA:

PRIMER TÉRMINO Flores Bolívar, Montero Eduardo, Moreno Carlos, Velasco Víctor JUNIO 28 DEL 2017

TEMA 1 (25%) La conductividad térmica promedio de las paredes (incluyendo las ventanas) y el techo de la casa representada en la figura es de 0.480 W/mK, y su grosor medio es de 21.0 cm. La casa se calienta con gas natural que tiene un calor de combustión (es decir, la energía proporcionada por metro cúbico de gas quemado) de 9 300 kcal/m3. ¿Cuántos metros cúbicos de gas deben quemarse cada día para mantener una temperatura interior de 25.0 °C si la temperatura exterior es 0.0 ° C? Ignore la radiación y la energía perdida por el calor a través del suelo.

Determinando el área total a través de la cual habrá corriente de calor: 𝐴 = 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑒𝑚𝑜𝑠 + 𝐴𝑒𝑥𝑡𝑟𝑒𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒𝑙 á𝑡𝑖𝑐𝑜 + 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑𝑒𝑠 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙𝑒𝑠 + 𝐴𝑡𝑒𝑐ℎ𝑜 1 4.00 𝐴 = 2(8.00 × 5.00) + 2 [2 × × (4.00 ) × (4.00𝑡𝑎𝑛37.0º)] + 2(10.0 × 5.00) + 2 (10.0 × ) 2 𝑐𝑜𝑠37.0º

𝐴 = 304 𝑚2 La corriente de calor que atravesará esta superficie con las condiciones dadas es: 𝐻 = 𝑘𝐴

𝑇𝐶 − 𝑇𝐹 25.0 − 0.0 1 𝑘𝑐𝑎𝑙 = (0.480)(304) = 17.4 𝑘𝑊 × = 4.15 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑠 𝐿 0.210 4186 𝑘𝐽

La cantidad de metros cúbicos de gas que se requiere: 𝑘𝑐𝑎𝑙 86 400 𝑠 1.00 𝑚3 4.15 × × 𝑠 1 𝑑í𝑎 9 300 𝑘𝑐𝑎𝑙 38.6 𝑚3 /𝑑í𝑎

1

INSUFICIENTE Desenfocado

REGULAR

SATISFACTORIO

Utiliza la expresión correcta de la conducción del calor

Determina área de conducción en forma correcta.

Determina área de conducción a medias y por lo tanto la transferencia de calor en forma incorrecta.

Determina en forma correcta la transferencia de calor.

0%

3-10

MUY BUENO Realiza la conversión en forma correcta y llega a la respuesta correcta.

𝐴 = 304 𝑚2 38.6 𝑚3 /𝑑í𝑎

17.4 𝑘𝑊 11-20

21-25

TEMA 2 (15%) Una cuerda de masa total m y longitud L está suspendida verticalmente. Determine el tiempo que un pulso de onda transversal recorre la longitud de la cuerda. (Sugerencia: Primero encuentre una expresión para la velocidad de la onda en cualquier punto a una distancia x del extremo inferior considerando la tensión en la cuerda como resultado del peso del segmento de la cuerda por debajo de ese punto) La rapidez de propagación de un pulso de onda transversal a través de la cuerda es: T v=√ μ Donde T = μxg, el peso de una longitud x de cuerda. Por lo tanto: v = √xg Recordando que v =

dx dt

, tenemos: dx = √xg dt dx

dt =

√xg L

t=∫ 0

dx √xg

L t = 2√ g

2

INSUFICIENTE Desenfocado

REGULAR Determina la tensión en función de X

T = μxg

0%

SATISFACTORIO

1-5

Determina v como función de X

MUY BUENO Ejecuta la integral en forma correcta y llega a la expresión correcta

v = √xg

L t = 2√ g

6-10

11-15

TEMA 3 (25%) Dos altavoces están en extremos opuestos de un carro de ferrocarril que pasa a 10.0 m/s frente a un observador estacionario, como se muestra en la figura. Si ellos tienen frecuencias idénticas de sonido de 348 Hz, ¿cuál es la frecuencia del pulso oído por el observador cuando él está entre los altavoces? Considere que la rapidez del sonido es 343 m/s.

Al existir movimiento relativo entre las fuentes (altavoces) y el observador, éste percibirá un cambio de frecuencia (efecto Doppler) dada por: fO =

v ± vO f v ∓ vF F

Como el observador se encuentra en reposo, tenemos que vO = 0. El observador escuchará un sonido del parlante izquierdo (acercándose) con una frecuencia: 343 fI = ( ) (348 Hz) = 358 Hz 343 − 10 El observador escuchará un sonido del parlante derecho (alejándose) con una frecuencia: 343 fD = ( ) (348 Hz) = 338 Hz 343 + 10 Al observador llegan dos tonos con frecuencias ligeramente diferentes por lo que escuchará un pulso cuya frecuencia es: f ′ = fI − fD f ′ = 20 Hz

3

INSUFICIENTE Desenfocado

0%

REGULAR

SATISFACTORIO

Utiliza la expresión correcta de efecto Doppler e indica el sistema de referencia con el que va a trabajar tal expresión.

MUY BUENO

Determina frecuencia de alejamiento de parlante derecho, pero no bien.

Determina bien frecuencia de alejamiento de parlante derecho

338 Hz

Determina frecuencia de acercamiento de parlante izquierdo, pero no bien.

Determina frecuencia de pulsación, pero no bien. 9-18

3-8

Determina bien frecuencia de acercamiento de parlante izquierdo.

358 Hz Determina bien frecuencia de pulsación.

f ′ = 20 Hz 19-25

TEMA 4 (35%) Dos moles de un gas ideal diatómico realizan el ciclo de la figura formado por tres transformaciones reversibles. (Cp = 3.5R, CV = 2.5R, R = 8.314 J/molK)

a) Determine la temperatura en los estados a, b y c. (6%) De la ecuación de estado de un gas ideal: pV = nRT ⇒ T =

pV nR

(1.00 × 103 )(1.00) Ta = = 60.1 K (2)(8.314) (8.00 × 103 )(1.00) Tb = = 481 K (2)(8.314) Tc =

(8.00 × 103 )(2.00) = 962 K (2)(8.314)

4

INSUFICIENTE Desenfocado

REGULAR Utiliza la expresión correcta de la ley de los gases ideales

SATISFACTORIO Reemplaza en forma correcta la expresión de los gases ideales

MUY BUENO Determina las temperaturas correctamente.

Ta = 60.1 K Tb = 481 K Tc = 962 K 0%

1-2

3-5

6

b) ¿Cuál fue el cambio de entropía en la transformación que va del estado “c” al estado “a”? (9%) Para el proceso ab (isocórico): Tb 481 ∆Sab = nCV ln ( ) = (2)(2.5)(8.314)ln ( ) = 86.5 J/K Ta 60.1 Para el proceso bc (isobárico): Tc 962 ∆Sbc = nCp ln ( ) = (2)(3.5)(8.314)ln ( ) = 40.3 J/K Tb 481 El cambio de entropía total en cualquier ciclo reversible es cero: ∆Sab + ∆Sbc + ∆Sca = 0 ∆Sca = −127 𝐽/𝐾

INSUFICIENTE Desenfocado

REGULAR Aplica el concepto de cambio de entropía para un siclo igual a cero.

∆Sab + ∆Sbc + ∆Sca = 0 0%

SATISFACTORIO Determina cambios de entropía para procesos isocórico e isobárico.

∆Sab = 86.5 J/K

MUY BUENO Determina el cambio de entropía para el proceso c-a.

∆Sca = −127 𝐽/𝐾

∆Sbc = 40.3 J/K

1-3

4-7

8-9

c) Calcule la eficiencia de este ciclo. (20%) Para el proceso ab (isocórico): Wab = 0 5

Qab = nCV (𝑇𝑏 − 𝑇𝑎 ) = (2)(2.5)(8.314)(481 − 60.1) = 17.5 kJ Para el proceso bc (isobárico): 𝑊bc = p(𝑉𝑐 − 𝑉𝑏 ) = (8.00 × 103 )(2.00 − 1.00) = 8.00 𝑘𝐽 Q𝑏𝑐 = nC𝑝 (𝑇𝑐 − 𝑇𝑏 ) = (2)(3.5)(8.314)(962 − 481) = 28.0 kJ

Para el proceso ca: 𝑉𝑎

1.00

𝑊ca = ∫ 𝑝𝑑𝑉 = ∫ 𝑉𝑐

103 𝑉 3 𝑑𝑉 = −3.75 𝑘𝐽

2.00

La eficiencia del ciclo es. e=

Wneto Qabsorbido

=

8.00 − 3.75 17.5 + 28.0

e = 9.3% INSUFICIENTE Desenfocado

REGULAR Determina trabajo neto en un ciclo.

Wneto = 4.25 𝑘𝐽

SATISFACTORIO Determina calor absorbido por el sistema en un ciclo.

Qabsorbido = 45.5 𝑘𝐽

MUY BUENO Utiliza la expresión correcta para cálculo de la eficiencia de la máquina térmica y determina la eficiencia.

e=

Wneto Qabsorbido

e = 9.3%

0%

2-7

8-14

15-20

6