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RESPUESTAS DE LA EVALUACIÓN A DISTANCIA DEL I BIMESTRE DE FÍSICA CCBB PARTE OBJETIVA 1.

(V)

Según Aristóteles "los objetos deben caer a rapideces proporcionales a sus pesos: mientras más pesado sea un objeto, más rápido debería caer".

2.

(V)

Galileo manifestó "si no hay interferencia para un objeto en movimiento, se mantendrá moviéndose en línea recta por siempre; no hace falta un empujón, ni tracción ni fuerza"

3.

(V)

La ley de la inercia indica que: en ausencia de fuerzas externas todo objeto continúa en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta.

4.

(V)

La primera condición de equilibrio postula que: si la fuerza neta sobre un cuerpo en reposo es cero, el cuerpo está en equilibrio estático.

5.

(F)

La resultante de un conjunto de vectores se determina con el método del paralelogramo.

6.

(V)

Un objeto que se mueve uniformemente en línea recta está en equilibrio dinámico.

7.

(V)

En el movimiento rectilíneo con rapidez constante tiene el mismo significado la rapidez y velocidad.

8.

(F)

En caída libre, los cuerpos se mueven con una aceleración mayor que la producida por la gravedad.

9.

(V)

En el lanzamiento vertical, el tiempo que demora un cuerpo en ascender es el mismo que demora en descender.

10. ( V )

La fuerza de fricción se manifiesta cuando un cuerpo se desliza sobre una superficie.

11. ( V )

Si una fuerza neta actúa sobre un objeto, la aceleración que le provoca depende de la magnitud de la masa.

12. ( V )

Cuando un cuerpo desciende desde suficiente altura, llega a la superficie de la tierra con rapidez constante.

13. ( V )

En la interacción entre dos cuerpos aparecen dos fuerzas de igual módulo y dirección contraria.

14. ( V )

Un impulso aplicado a un objeto le provoca un cambio en la cantidad de movimiento.

15. ( F )

Un impulso interno produce cambio en la cantidad de movimiento del mismo sistema.

16. ( V )

La cantidad de movimiento de un cuerpo cambia por variaciones de la masa, por la velocidad o por la masa y velocidad simultáneamente.

17. ( V )

En ausencia de una fuerza externa, la cantidad de movimiento de un sistema permanece constante.

18. ( F )

En toda colisión o choque se conserva tanto la cantidad de movimiento como la energía cinética.

19. ( V )

En un rebote permanece constante la cantidad de movimiento.

20. ( V )

El trabajo implica una transferencia de energía.

21. ( V )

El trabajo es el producto escalar de la fuerza por el desplazamiento.

22. ( V )

La energía potencial de un cuerpo a causa de su posición elevada se llama energía potencial gravitacional.

23. ( V )

La cantidad de energía potencial gravitacional que tiene un objeto elevado es igual al trabajo realizado para elevarlo en contra de la gravedad.

24. ( V )

En general, la energía mecánica de un objeto es la suma de la energía potencial gravitacional y la energía cinética.

25. ( V )

La energía mecánica de un objeto se incrementa en igual magnitud que el trabajo realizado por la fuerza neta que actúa sobre el mismo.

26. ( V )

La cantidad total de energía del universo nunca cambia.

27. ( V )

Una máquina simple puede multiplicar la fuerza, pero ninguna puede multiplicar ni el trabajo ni la energía.

28. ( V )

En cualquier transformación se disipa algo de energía en forma de energía cinética molecular, que es la energía térmica.

29. ( F )

Si un objeto liviano y otro pesado tienen igual cantidad de movimiento, también tienen igual energía cinética.

30. ( V )

Todas las partículas de un objeto giratorio tienen la misma rapidez angular, excepto aquellas que coinciden con el eje de rotación.

31. ( V )

La propiedad que tiene un objeto para resistir cambios en su estado de movimiento giratorio se llama inercia rotacional.

32. ( V )

La inercia rotacional depende de la distribución de la masa en relación con el eje de rotación.

33. ( F )

Un momento de torsión aplicado a un cuerpo rotante incrementa la rapidez de rotación del cuerpo.

34. ( F )

Como el peso y la masa son proporcionales entre sí, el centro de gravedad y el centro de masa de refieren al mismo punto de un objeto.

35. ( V )

Todo objeto que se mueve en una trayectoria circular está experimentando fuerza centrípeta.

36. ( V )

Un objeto giratorio tiene inercia de rotación o cantidad de movimiento angular.

37. ( V )

En ausencia de momento de torsión neto externo sobre un sistema rotante, la cantidad de movimiento angular de ese sistema permanecerá constante.

38. ( F )

La Ingravidez es sinónimo de ausencia de gravedad.

39. ( V )

Las mareas son causadas por diferencias en los tirones gravitacionales entre la Luna y la Tierra, en los lados opuestos de la Tierra.

40. ( V )

El agujero negro sólo conserva la masa, la cantidad de movimiento angular y la carga eléctrica de los cuerpos succionados.

PARTE DE ENSAYO 1. Nelly Newton cuelga en reposo de los extremos de una cuerda, como muestra la figura del ejercicio 28 del capítulo 2 de su libro. ¿Cómo se compara la indicación de la báscula con su peso? La báscula muestra la mitad del peso 2. Para el sistema con polea que se ve en la figura del ejercicio 31 del capítulo 2 de su libro, ¿Cuál es el límite superior de peso que puede levantar el fortachón? El límite de peso que puede levantar el fortachón es su propio peso. 3. Si lanzas una moneda hacia arriba estando dentro de un tren en movimiento, ¿Dónde cae cuando el movimiento del tren es uniforme en línea recta? ¿Y cuando el tren desacelera mientras la moneda está en el aire? ¿Y cuando está tomando una curva?

Para el primer paso, en mi mano. En el segundo caso, cae delante de mí; y para el tercer caso cae hacia el lado opuesto de la curva (si la curva es a la izquierda, la moneda cae a la derecha). 4. Corrige a tu amigo que dice “el auto siguió la curva con una velocidad constante de 100 km/h” “El auto siguió la curva con una rapidez constante de 100km/h” 5. ¿Puede moverse un objeto cuando su aceleración es cero? ¿Puede acelerar un objeto cuando su velocidad es cero? a) Si, tiene velocidad constante, cómo un paracaidista luego de abrir el paracaídas. b) Si, al partir del reposo, cómo al soltar un objeto en caída libre. 6. El “tiempo en el aire” de una persona seria bastante mayor en la luna. ¿Por qué? Porque la gravedad de la luna es menor. 7. ¿Cuál es la velocidad instantánea de un objeto en caída libre 10 s después de haber partido del reposo? ¿Cuál es su velocidad promedio durante este intervalo de 10s? ¿Qué altura habrá caído durante ese tiempo? (use g = 10m/s2)

a) g = 10m/s ; t = 10s V = gt = (10m/s2)*10s V = 100m/s b) para la velocidad promedio sumamos la velocidad inicial (0), la final, y dividimos para 2: Velocidad promedio = (0 + 100m/s) / 2 Velocidad promedio = 50m/s c) d = ½ gt2 = ½ (10m/s2)(10s)2 d = 500m

8. Un coche recorre cierta carretera con una rapidez promedio de 40 km/h, y regresa por ella con una rapidez promedio de 60km/h. ¿Cuál es rapidez promedio?

En el viaje de ida: V1=40km/h

Viaje de vuelta: V2=60km/h

V1 = d1/t1

V2 = d2/t2

donde d1 = d2 = d , ya que el recorrido es el mismo. Los tiempos son diferentes, y las ecuaciones quedan: V1 = d/t1

V2 = d/t2

40 = d/t1

60 = d/t2

d = 40t1

d = 60t2

Igualando: 40t1 = 60t2 t1 = (60t2/40) Simplificando: t1 = (3t2)/2, es decir, t1 es igual a 3 medios de t2. La velocidad promedio es la velocidad de todo el viaje (ida y vuelta), por tanto esta será:

Vp 

2d => 2 veces la distancia (ida y vuelta) sobre la suma de los tiempos de ida y t1  t 2

vuelta. Reemplazando en la velocidad promedio la relación entre los tiempos queda:

Vp 

2d 3 t2  t2 2

Vp = 4d / 5t2 => O sea, 4 veces d sobre 5 veces t2 Como d/t2 es V2: Vp = 4V2/5, es decir: Vp = 4(60) / 5 Vp = 48km/h

9. Un oso de 400 kg se desliza hacia abajo por el tronco de un árbol del cual se agarra, con velocidad constante. ¿Cuál es la fuerza de fricción que actúa sobre el oso? La fuerza de fricción es igual al peso del oso.

10. Tres bloques idénticos son arrastrados como se muestra en la figura del ejercicio 27 del capítulo 4, sobre una superficie horizontal sin fricción. Si la tensión en la cuerda que la mano sujeta es 30 N, ¿Cuál será la tensión en las demás cuerdas? Entre el primer y segundo bloque, la fuerza es 10N; entre el segundo y tercero es de 20N. 11. ¿Cuánta aceleración tiene un jumbo 747 con 30,000 kg de masa, al despegar, cuando el empuje de cada uno de sus cuatro motores es 30,000 N? Si son 4 motores que producen 30000N, entonces: F = 4*30000 = 120000N; m = 30000kg F = m.a; a = F/m a = 120000N / 30000Kg a = 4m/s2. 12. Al acelerar cerca del final de una carrera, un corredor de 60 kg de masa pasa de una rapidez de 6 m/s a otra de 7m/s en 2 s. a) ¿Cuál es la aceleración promedio del corredor durante ese tiempo? b) para aumentar su rapidez, el corredor produce una fuerza sobre el suelo dirigida hacia atrás, y en consecuencia el suelo lo impulsa hacia adelante y proporciona la fuerza necesaria para la aceleración. ¿Cuál es esa fuerza promedio? a) El cambio en la velocidad es de 1m/s, en 2 segundos, por tanto: a = (1m/s) / 2s a = 0.5m/s2. b) La masa del corredor es 60kg, y su aceleración es de 0.5m/s2, por lo que: F = m.a = (60kg)*( 0.5m/s2) F = 30N 13. Dos pesas de 100 N se sujetan a una báscula de resorte, como se ve en la figura del ejercicio 13 del capítulo 5 de su libro. ¿Qué indica la báscula, 0, 100 N, 200 N o alguna otra cantidad? La báscula muestra 100N. Si se amarrara una cuerda a la pared también mostraría 100N. 14. ¿Cuál equipo gana un desafío de tirar la cuerda: el que tira más fuerte de ella, o el que empuja con más fuerza sobre el suelo? Explica cómo El que empuja con más fuerza sobre el suelo, porque la fuerza de reacción del suelo me empujará hacia la dirección deseada. 15. Un avión cuya rapidez normal es de 100 km/h, pasa por un viento cruzado del oeste hacia el este de 100km/h. Calcular su velocidad con respecto al suelo, cuando su proa apunta al norte, dentro del viento cruzado.

La velocidad será de √2*(100km/h) = 141.42km/h había el Noreste. 16. Un vehículo lunar se prueba en la Tierra, con una rapidez de 10km/h. Cuando viaje a esa velocidad sobre la luna, su cantidad de movimiento será ¿mayor, menor o igual? Igual, ya que su masa y velocidad serán las mismas. 17. Cuando un chorro de arena que cae verticalmente llega a una carretilla que se mueve horizontalmente, ésta desacelera. Ignorando la fricción entre la carretilla y la pista, describa dos razones de esto, una en términos de una fuerza horizontal sobre la carretilla, y otra en términos de la conservación de la cantidad de movimiento. 1) La fuerza horizontal es la fuerza de reacción de la arena sobre la carretilla: la arena es empujada por la carretilla hacia un lado, y la arena a su vez responde empujando a la carretilla en la dirección opuesta. 2) Al conservarse la cantidad de movimiento, si la masa de la carretilla aumenta (al caerle arena), su velocidad debe disminuir para compensarlo. 18. Cuando un núcleo estacionario de uranio sufre la fisión, se rompe y forma dos partes desiguales, que salen despedidas. ¿Qué puedes decir acerca de las cantidades de movimiento de las partes? ¿Qué puedes decir acerca de las rapideces de las partes? Ya que son desiguales, sus rapideces también deben ser diferentes. La más grande se moverá más lento. Sin embargo, ya que la cantidad de movimiento se conserva, la suma vectorial de las cantidades de movimiento de las partes resultantes debe ser igual a la cantidad de movimiento del núcleo que los originó. 19. En un juego de béisbol, una pelota de masa m = 0,15 kg., cae directamente hacia abajo con una rapidez de v = 40 m/s, en las manos de un aficionado. ¿Qué impulso Ft debe suministrarse para que se detenga la bola? Si la bola se detiene en 0.03 s, ¿Cuál es la fuerza promedio en la mano de quien la atrapa? a) Si m = 0.15kg ; y V = 40m/s, entones para detener la pelota hay que ejercer un impulso tal que la bola se detenga, es decir el impulso debe ser igual a la cantidad de movimiento: Ft = mV = (0.15kg)*(40m/s) = 6 kgm/s b) Si t = 0.03s, entonces: F*(0.3s) = 6 kgm/s F = (6 kgm/s) / (0.03s) F = 200N 20. Dos automóviles, cada uno con 1,000 kg de masa, se mueven con la misma rapidez, 20 m/s, cuando chocan y se quedan pegados. ¿En qué dirección y con que rapidez se moverá la

masa, a) si uno de ellos iba hacia el norte y el otro hacia el sur?, b) ¿Y si uno iba hacia el norte y el otro hacia el este? a) Sus masas y velocidades son iguales, de modo que sus cantidades de movimiento son iguales. Al ir uno al N y otro al S, la velocidad de la masa resultante es cero, los autos quedan pegados en el lugar de la colisión. b) Si uno va al N y otro al este, la velocidad resultante será √2 por la cantidad de movimiento de uno de los vehículos, y cómo este se conserva, tendremos: m1V1 + m2V2 = √2(m1+m2)Vf m1 = m2 = 1000kg ; V1 = V2 = 20m/s (1000kg)*(20m/s)+ (1000kg)*(20m/s) = √2(1000kg + 1000kg)*Vf

Vf 

40000 kg.m / s 2  2000 kg

Vf = 14,14m/s La dirección será hacia el Noreste. 21. Describir el diseño de la montaña rusa de la figura del ejercicio 32 del capítulo 7 del libro, en términos de conservación de la energía. En las partes más altas hay energía potencial, en las partes más bajas hay energía cinética, y en las partes intermedias una combinación de las 2. 22. Se encuentra de pie en una azotea y lanza una pelota hacia abajo y otra hacia arriba. La segunda pelota, después de subir, cae y también llega al piso. Si no se tiene en cuenta la resistencia del aire, y las rapideces iniciales hacia arriba y hacia abajo son iguales, ¿Cómo se compararan las rapideces de las pelotas al llegar al suelo? (responder tomando en cuenta el concepto de energía.) Sus rapideces son iguales al llegar al suelo. La pelota lanzada hacía arriba, al pasar por el punto inicial tiene la misma velocidad con la que se lanzó, pero dirección contraria. Al tener la misma velocidad y masa de la otra pelota, su energía es igual, y la energía al llegar al suelo también será igual. 23. Si un automóvil tuviera un motor con 100% de eficiencia en transformar toda la energía del combustible en trabajo, ¿se calentaría dicho motor? ¿Arrojaría calor por el escape? ¿Haría ruido? ¿Vibraría? ¿Algo de su combustible no se usaría?

No se calentaría, ni arrojaría calor por el escape. No vibraría ni generaría ruido y usaría todo el combustible. 24. Al subir un piano de 5,000 N con un sistema de poleas, los trabajadores notan que, por cada 2m de cuerda que jalan hacia abajo, el piano sube 0.2 m. de manera ideal, ¿Cuánta fuerza se requerirán para subir el piano? Cómo el trabajo requerido para subir el piano debe ser igual al ejercido por los hombres que lo están levantando, tenemos: T1 = T2 F1d1 = F2d2 ; F1 = 5000N , d1 = 0.2m ; d2 = 2m F2 = (F1d1)/d2 = (5000N*0.2m)/2m F2= 500N 25. Al pedalear una bicicleta, el momento de torsión máximo se produce cuando los pedales están en posición horizontal, como se ve en la figura del ejercicio 19 del capítulo 8 de su libro; y no se produce momento de torsión cuando están en posición vertical. ¿Por qué? Se debe a la longitud del brazo de palanca. En posición horizontal, este es máximo; mientras que en posición vertical este es igual a cero. 26. Un motociclista puede recorrer sobre la pared vertical de una pista que tiene forma de tazón, cómo se ve en figura del ejercicio 49 de su libro de texto. La fricción de la pared sobre los neumáticos se indica con la flecha vertical. a) ¿Cómo se compara la magnitud de este vector vertical con el peso de la motocicleta y el conductor? b) ¿el vector horizontal representa la fuerza normal que actúa sobre la motocicleta y el conductor, la fuerza centrípeta, las dos o ninguna? a) Son iguales, de no ser así, el conductor y la moto caerían. b) Las 2. La fuerza centrípeta es cualquier fuerza (en este caso la normal) que mantiene el movimiento circular. 27. Si los casquetes polares de la Tierra se fundieran, los océanos serían alrededor de 30 metros más profundos. ¿Qué efecto tendría esto sobre la rotación de la Tierra? Sería más lenta, ya que el radio del planeta se incrementaría. 28. Véase la figura del problema 5 del capítulo 8 de su libro. La piedra tiene 1 kg de masa. ¿Cuál es la masa de la regla si queda en equilibrio al sostenerla en la cuarta parte de su longitud? La masa de la regla debe ser 1kg. La razón es que el centro de gravedad de la regla está en su centro y los momentos de torsión (torques) de la piedra y la regla deben ser iguales para que estén en equilibrio. Entonces las longitudes de los brazos de palanca son iguales, y por tanto sus pesos (y masas) son iguales.

29. Un astronauta desciende en la superficie de un planeta que tiene el doble de masa de la Tierra y el doble del diámetro. ¿Cómo difiere el peso del astronauta del que tendría en la Tierra? Su peso sería la mitad, ya que al tener el planeta el doble de masa, su peso se duplica; pero al tener el doble de radio, su peso se divide para 4 (ley de la inversa del cuadrado). 30. Puesto que tu peso cuando estás parado sobre la Tierra es la atracción gravitacional entre tu persona y nuestro planeta, ¿tu peso sería mayor si la Tierra ganara masa? ¿Y si el Sol ganara masa? ¿Por qué tus respuestas son iguales o diferentes? Si; no; las respuestas son diferentes por se dice que mi peso es entre la tierra y yo, no incluye al sol. 31. Si de alguna forma pudieras hacer un túnel en el interior de una estrella, ¿tu peso aumentaría o disminuiría en su interior? Si en vez de eso estuvieras de pie en la superficie de una estrella que se contrae; ¿tu peso aumentaría o disminuiría? ¿Por qué tus respuestas son diferentes? Mi peso en el interior disminuye, pues al acerarme al centro la masa de la estrella me rodea y me hala en todas direcciones. Si estuviera de pie en una estrella que se contrae, mi peso aumentaría cada vez más, ya que la estrella y yo estamos separados, y el radio de esta última disminuye constantemente. 32. La masa de una estrella de neutrones es 3.0 X 1030 kg (1.5 masas solares), y su radio es 8000m (8 km) ¿Cuál es la aceleración de la gravedad en la superficie de esta estrella condensada, ya consumida? Si la fuerza con que uno es atraído por la estrella es el peso que se tiene en la estrella, se puede escribir: mest = 3x1030kg ; d = 8000m

m  mest d2 2 30  m 11 Nm  3 10 kg      g  G est  6 . 67  10 d 2  kg 2  (8000m) 2 

mg  G

g = 3.126x1012m/s2