preguntas fisica

Soluc

iones

De Físic

a

Soluc

iones

De Físic

a

2

Vicente Torres Zúñiga

Ejercicios y Soluciones de Física General

Soluc

iones

De Físic

a

3

Soluc

iones

De Físic

a

4

Solu

cione

s De FísicaÍndice general

I Mecánica 5

1. Mecánica 71.1. Ejercicios de unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3. Aceleración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4. Cinemática en una dimensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.5. Cuerpos en caída libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.6. persecuciones y alcances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2. Movimiento de proyectiles y satélites 112.1. Preguntas conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2. Problemas de tiro parabólico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3. Leyes del movimiento 153.1. Preguntas conceptúales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2. Concepto de la segunda ley de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.3. Algunas aplicaciones de las leyes de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.4. Fuerzas de fricción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.4.1. curvas aperaltadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203.5. Dinamica de la rotación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4. Cantidad de movimiento 214.1. Preguntas conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.1.1. Identificando el centro de masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.2. Principio de conservación de momentum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.2.1. Colisiones en una y dos dimensiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5. Energía mecánica 235.1. Preguntas conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.2. Trabajo y energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.3. Energía Cinetica y Energía potencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5.3.1. Trabajo hecho por una fuerza constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6. Movimiento rotacional 276.1. Preguntas conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276.2. Objetos rigidos en equlibrio, centro de masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

7. Hidrostática 297.1. Preguntas conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297.2. Problemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

5

Solu

cione

s De Física

6 ÍNDICE GENERAL

8. Gases y plasmas 318.1. Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318.2. Preguntas de fluidos en reposo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318.3. Preguntas de fluidos en movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328.4. Ejercicios. Aplicaciones de la ecuacion de Bernoulli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328.5. Ejercicios de principio de Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

II Calor 35

9. Temperatura, calor y dilatación 379.1. Preguntas complementarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379.2. Ejercicios de radiación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

9.2.1. Dilatación lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

10.Transferencia de calor 3910.1. Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3910.2. Ejercicios de máquina de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4010.3. Preguntas conceptuales de primera ley de la termo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

III Vibraciones y ondas 41

11.Ondas y vibraciones 4311.1. Preguntas Conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4311.2. Preguntas conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4411.3. Posición, velocidad y aceleración como funciones del tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4411.4. Movimiento de un péndulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4411.5. La rapidez de ondas en cuerdas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4511.6. La naturaleza de las ondas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4511.7. Soluciones sobre Efecto Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4611.8. Ejercicios de efecto Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4611.9. Ondas estacionarias en columnas de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4711.10.Pulsaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4711.11.El oído . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4711.12.El péndulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

12.Sonidos musicales 4912.1. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

IV Electricidad y magnetismo 51

13.Electrostatica 5313.1. Preguntas de repaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5313.2. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

14.Corriente electrica 5514.1. Preguntas coplementarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Soluc

iones

De Físic

a

ÍNDICE GENERAL 1

V La luz 57

15.Ondas electromagneticas 5915.1. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5915.2. Espectro electromagnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

16.Emisión de luz 6116.0.1. La velocidad de la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6116.0.2. Energia transportada por ondas electromagneticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

16.1. El efecto Doppler y ondas electromagneticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6116.2. Preguntas conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6116.3. Índices de fracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6216.4. Ley de Snell y refracción de la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6316.5. Polarización y la refracción y reflexión de la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6316.6. Dispersión de la luz: prismas y arcoiris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

17.Interferencia de la luz 6517.1. Ejercicios de Difracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6517.2. Ejercicios Miselaneos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

18.Cuantos de luz 6718.1. Preguntas conceptuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Soluc

iones

De Físic

a

2 ÍNDICE GENERAL

Soluc

iones

De Físic

aIntroducción

Después de más de 10 años enseñando temas de física, me he dado cuenta que el principal problema de misestudiantes era obtener confianza para plantear un proceso y obtener la solución de un ejercicio de física.

Esta confianza la ganaban observando como se desarrollaba una estrategia para resolver los ejercicios; lesmostraba donde estaban los puntos importantes del ejercicio, donde están los limites de las soluciones y otroscaminos posibles para llegara a la meta. Finalmente, después les daba un nuevo problema, donde ellos aplicabaneste andamiaje de pensamiento y ellos solos lograban una solución.

Cuando los alumnos obtienen confianza, dejan de lado la frustración. Pueden estar más dispuestos al esfuerzopara buscar soluciones y pierden el miedo a pensar (frenofobia le llaman algunos). Los estudiantes puedenestudiar, pensar y preguntar, pero es la confianza en sus ideas las que los lleva a seguir el camino de la ciencia.Con confianza los jóvenes están listos para aplicar el método científico.

Como profesor y estudiante, me parece importante compartir las preguntas y los caminos de solución.También creo que mucho de la física se aprende de modo autodidáctica, pero se requiere ganar tiempo, senecesitan ejemplos, caminos alternos, arriesgarse a buscar la propia respuesta. Por ello, escribí estas notas.

Esta obra esta llena de ejercicios de física, de muchos temas, sobre muchos campos, he buscando que losejemplos sean significativos para estudiantes de nivel medio superior (bachillerato como le llaman los que saben).Esperamos que este libro sea llamativo, útil; divertido, incluso.

Como la flecha va a hacia un blanco, esta obra esta dirigida profundamente para:

El profesor que busca ejemplos y ejercicios de clase

Para el estudiante que desea reforzar lo estudiado

Para el autodidacta que busca guía

Para el curioso que le gusta la ciencia

Esperamos que ustedes encuentren conocimiento en el camino de encontrar soluciones, de observar la ca-pacidad de nuestra cultura por describir a la naturaleza y mejorar a nuestra comunidad.

Por otro lado, esta obra de divulgador, profesor y científico no termina cuando se comunica, siempre necesita-mos retroalimentación. Por ello, puedes obtener una copia de esta obra en el sitio http://vicente1064.blogspot.com

Por favor, en caso de encontrar un error, envíanos un correo y con gusto corregiremos nuestras pifias. Tuscomentarios son los que alimentan y engrandecen nuestra labor.

Finalmente, nos quedamos con la máxima: los problemas imposibles, se convierten en triviales; después desaber la solución.

Vicente Torres Zúñiga

3

http://vicente1064.blogspot.com

Soluc

iones

De Físic

a

4 ÍNDICE GENERAL

Soluc

iones

De Físic

aParte I

Mecánica

5

Soluc

iones

De Físic

a

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 1

Mecánica

1.1. Ejercicios de unidades

Pregunta 1. 1 — La siguiente tabla lista cuatrovariables con sus respectivas unidadesEstas variables aparecen en las siguientes ecuaciones,donde los números no presentan unidades. Señala lasecuaciones donde las unidades son las mismas del ladoizquierdo y del lado derecho de cada ecuación.

1.x = vt

2.x = vt + 12at2

3.v = at

4.v = at + 12at2

5.v2 = 2ax2

6.t =√

2xa

Respuesta: Pregunta 1. 2 — Siempre puedes sumardos números que tienen las mismas unidades. Sin em-bargo, no puedes siempre sumar dos números quetienen las mismas dimensiones. Explica por qué no, in-cluyendo ejemplos en tus explicaciones.

Pregunta 1. 3 — En la ecuación y = cnat2 de-seas determinar el valor del exponente n (que es unnúmero). Las dimensiones de y, a, y t son conocidos,también es conocido que c no tiene dimensiones. Puedeusarse el análisis dimensional para determinar n? En-cuentre la respuesta de ser necesario.

Pregunta 1. 4 — Una esfera de 35 cm dediámetro es pintada varias veces, se usan 0.5 litros de

pintura para cubrir a la esfera. Determina el espesor dela capa de pintura, suponiendo que la capa de pinturaes uniforme.

Pregunta 1. 5 — Un cubo tiene 40 cm de aristay es pintado varias veces, se usan 0.5 cm de pinturapara este cubo. Determina el espesor de la capa depromedio. Supón que la capa es uniforme.

1.2. Ejercicios

Pregunta 1. 6 — Compare la participación de unafuerza para explicar el movimiento de la Tierra desdeun punto de vista aristotélico y uno galileano.

Respuesta: Pregunta 1. 7 — Una bola de billarrueda sobre mesa y lentamente reduce su velocidadhasta detenerse. ¿Cómo interpretaría Aristóteles estaobservación? ¿Cómo la interpretaría Galileo?

Respuesta: Pregunta 1. 8 — Un aeroplano vuelahacia el norte a 300 kilómetros por hora, mientras otrovuela a 300 kilometros por hora hacia el sur. ¿es igualla rapidez de las dos naves? ¿Es igual la velocidad delas naves? Explique.

7

Soluc

iones

De Físic

a

8 CAPÍTULO 1. MECÁNICA

Respuesta: Pregunta 1. 9 — ¿Puede citar un ejem-plo donde la velocidad de un objeto va en direcciónopuesta a su movimiento?

Pregunta 1. 10 — ¿Cuál es la aceleración de un au-to que viaja a una velocidad uniforme de 100 kilómetrospor hora durante 10 segundos? Explique su respuesta.

1.3. Aceleración

Estrategia para resolver problemas: Movimientoacelerado

Te recomiendo el siguiente procedimiento para re-solver problemas en donde aparezca el movimientoacelerado.

1. Comprueba que las unidades del problema seanconsistentes, es decir, que los desplazamientos semiden en metros (m), asegúrate que las veloci-dades tengan unidades de metros por segundo(m/s) y las aceleraciones en unidades metros porsegundo al cuadrado (m/s2).

2. Escoge un sistema de coordenadas adecuado. Se-lecciona instantes donde etiquetar puntos ini-ciales y finales. Realiza un diagrama marcandoen el problema que incluya la dirección de todoslos desplazamientos, velocidades y aceleraciones.

3. Realiza un lista de todas las cantidades dadas enel problema y una lista separada de aquella quehan de determinarse.

4. Piensa en los conceptos físicos involucrados, encualquier restricción que sea aplicable y selec-ciona de la lista de ecuaciones cinemáticas la olas que hagan posible determinar las incógnitas.

5. Asegúrate de que tus respuestas sean razonablesy consistentes con el diagrama.

Pregunta 1. 11 — Cierto auto es capaz de acelerara razón de + 0.60 m/s2. ¿Cuánto tarda el auto en pasarde una rapidez de 55 mi/h a una de 60 mi/h?

1.4. Cinemática en una dimen-sión

Pregunta 1. 12 — Un basquetbolista profesionaldebe alcanzar 6.0 m/s en 1.5 s para poder realizar unsalto para clavar el balón en la canasta. Considerandoque la aceleración es uniforme y que se parte del reposo,determine la distancia que debe recorrer el deportista

Pregunta 1. 13 — (a) ¿Cuál es la magnitud de laaceleración promedio de un esquiador quien, comen-zando del reposo, alcanza una velocidad de 8.0 m/scuando baja por una ladera en 5.0 s? (b) ¿Cuánta dis-tancia viaja el esquiador en ese tiempo?

Pregunta 1. 14 — El ventrículo izquierdo delcorazón acelera la sangre del reposo a una velocidadde 26 m/s (a) Si el desplazamiento de la sangre es de2.0 cm, determine la aceleración en cm/s2. (b) ¿Cuántotarda la sangre en alcanzar esta velocidad?

Pregunta 1. 15 — Un auto de carreras de cuarto demilla (drag racer) acelera en 402 m con una aceleraciónde + 17.0 m/s2 Entonces, se abre un paracaídas, lavelocidad del auto disminuye con una aceleración de-6.10 m/s2. ¿Cuál es la velocidad del auto después de3,50x102 m después de abrir el paracaídas?

Pregunta 1. 16 — Un cañón lanza un proyectilverticalmente hacia arriba con una velocidad de 250m/s a) Determina el tiempo que tarda en llegar elproyectil al punto mas alto. b)¿Cuál fue la altura máx-ima que alcanzó? c)¿Cuáles son los tiempos que tardael proyectil en alcanzar una velocidad de 100 m/s?.

Pregunta 1. 17 — Un móvil lleva una veloci-dad de 30 m/s la cuál se mantiene constante durante10s, después acelera a razón de 1.5 m/s2 durante 25s.Finalmente comienza a frenar a razón de 2 m/s2 has-ta detenerse totalmente. a)¿Cuál fue la distancia totalrecorrida? b)¿Cuánto tiempo duró el movimiento?

Soluc

iones

De Físic

a

1.6. PERSECUCIONES Y ALCANCES 9

1.5. Cuerpos en caída libre

Pregunta 1. 18 — Una moneda se deja caer desdelo más alto de la torre de la torre Sears en Chicago.Considerando que la altura del edificio es de 427 m,que la moneda empieza su movimiento desde el reposoe ignorando la resistencia, encuentra la velocidad conla que la moneda golpe el suelo.

Pregunta 1. 19 — Un astronauta se encuentra enun nuevo planeta y desea determinar la aceleracióngravitacional ahí. El astronauta lanza una roca haciaarriba con una velocidad inicial de +15 m/s y mide untiempo de 20.0 s antes de que la roca regrese a su mano.¿Cuál es la magnitud y la dirección de la aceleracióngravitacional en ese planeta?

Pregunta 1. 20 — Desde la ventana de su recamarauna muchacha tira del reposo un globo lleno de agua alpiso, el cual se encuentra 6.0 m abajo. ¿Cuánto tiempoesta el globo en el aire?

Pregunta 1. 21 — Un encuentro de basketballcomienza cuando, entre dos jugadores contrarios, elárbitro lanza en tiro vertical el balón. Los jugadores

deben esperar que el balón alcance la máxima alturapara tocar el balón y comenzar el juego. Cuando lavelocidad inicial del balón es de 4.6 m/s, ¿Cuál es eltiempo mínimo que los jugadores deben esperar paratocar el balón?

Pregunta 1. 22 — Dos flechas son disparadasverticalmente hacia arriba. La segunda flecha es dis-para después de la primera, pero mientras la primeraesta ascendiendo. Las velocidades iniciales son tales quealcanzan su máxima altura al mismo instante, pero susalcances son diferentes. Suponga que la velocidad ini-cial de la flecha es de 25.0 m/s y que la segunda flechaes dispara 1.20 s después de de la primera. Determinala velocidad inicial de la segunda flecha.

1.6. persecuciones y alcances

Pregunta 1. 23 — Después de asaltar un banco,unos delincuentes huyen por una carretera recta, ellosestán confiados y viajan con una velocidad constantede 50 Km/h. Una hora después del asalto, la policíava tras los delincuentes. Los policías viajan con unaaceleración constante de 0.5 Km/h2. Determine la dis-tancia donde se encuentran asaltantes y policías.

Soluc

iones

De Físic

a

10 CAPÍTULO 1. MECÁNICA

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 2

Movimiento de proyectiles y satélites

Estrategia para resolver problemas: movimiento deun proyectil

Te sugiero que utilices el siguiente método para re-solver problemas sobre el movimiento de proyectiles:

1. Visulaza. Selecciona un sistema de coordenadasy dibuja la trayectoria del proyectil, incluye lasposiciones, velocidad y aceleración inicial y fi-nales.

2. Divide y vencerás. Descompón el vector de ve-

locidad inicial en sus componentes x y y.

3. Trata independientemente el movimiento hori-zontal sobre x y el movimiento vertical sobre y.

4. Sigue una estrategia para solucionar el movimien-to horizontal del proyectil.

5. Sigue una estrategia para solucionar el movimien-to vertical del proyectil.

Pregunta 2. 1 — Si se deja caer desde el reposo unapelota de béisbol y en otra ocasión se le arroja haciaarriba a cierto ángulo. ¿Cuál es su aceleración haciaabajo en ambos casos? ¿Su aceleración horizontal? ¿Sele puede considerar un proyectil en ambos casos? Ex-plique.

Pregunta 2. 2 — Si se lanza una piedra desde unacantilado, ¿cómo se compara la componente horizon-tal de su movimiento para todos los puntos a lo largode su trayectoria?

Pregunta 2. 3 — Si una persona viaja de pie en unautobús que se mueve de manera uniforme y deja caeruna pelota de su mano extendida, se vera que describeuna trayectoria vertical. ¿Cómo verá la trayectoria unapersona que se encuentre de pie en reposo a un lado delcamino?

Pregunta 2. 4 — ¿Por qué un saltador de altura seaproxima al lugar del salto a una rapidez relativamentebaja, mientras que un saltador de longitud corre lo más

rápido posible del salto?

Pregunta 2. 5 — ¿A qué ángulo se debe sujetar unamanguera de jardín para que el chorro de agua lleguelo más lejos?

Pregunta 2. 6 — Un amigo le asegura que las balasdisparadas por algunos rifles de alto poder se desplazanmuchos metros describiendo una trayectoria rectilíneasin caer. Otro amigo pone en duda esta afirmación yestablece que todas las balas disparadas por cualquierrifle caen por debajo de una trayectoria en línea rectauna distancia vertical dada por 1

2gt y que la trayectoriacurva es evidente a bajas velocidades y menos evidentea altas. Ahora es su turno: ¿Caen todas las balas en lamisma distancia vertical en tiempos iguales? Explique.

Pregunta 2. 7 — Si el lector ha visto alguna vez ellanzamiento de un satélite terrestre, habrá notado queel cohete se aparte de un curso vertical y continúa suascenso a cierto ángulo ¿Por qué?

11

Soluc

iones

De Físic

a

12 CAPÍTULO 2. MOVIMIENTO DE PROYECTILES Y SATÉLITES

Pregunta 2. 8 — ¿Por qué al poner en órbita a lossatélites normalmente se les lanza hacia el Este (la di-rección en la cual gira la Tierra)?

Pregunta 2. 9 — ¿Cuál es la forma de la órbitacuando la velocidad del satélite es perpendicular en

todos los puntos a la fuerza de gravedad?

Pregunta 2. 10 — Puesto que la Luna es atraídagravitacionalmente hacia la Tierra, ¿Por qué no sim-plemente choca con ella?

2.1. Preguntas conceptuales

Pregunta 2. 11 — Cuando un proyectil se mueve ensu trayectoria, ¿hay algún punto a lo largo de la trayec-toria donde los vectores velocidad y aceleración sean(a) perpendiculares entre sí?, (b) ¿paralelos entre si?

Pregunta 2. 12 — Una piedra que se lanza horizon-talmente, cae en el mismo instante que la pelota y enla misma elevación inicial. ¿Cuál tendrá mayor rapidezcuando llegue al suelo?

Pregunta 2. 13 — Explique si las siguientes partícu-las tienen o no aceleración: (a) una partícula que semueve en línea recta con rapidez constante y (b) unapartícula que se mueve alrededor de una curva con rapi-

dez constante.

Pregunta 2. 14 — Corrija el siguiente enunciado:< <El auto de carreras da una vuelta a una velocidadconstante de 90 millas por hora> >.

Pregunta 2. 15 — Una nave espacial se desplazapor el espacio a una velocidad constante. De pronto,una fuga de gas en un costado de la nave le produceuna aceleración constante en la dirección perpendiculara la velocidad inicial. La orientación de la nave no cam-bia, de modo que la aceleración sigue perpendicular ala dirección original a la velocidad. ¿Cuál es la formade la trayectoria seguida por la nave en esta situación?

2.2. Problemas de tiro parabólico

Pregunta 2. 16 — Se lanza un ladrillo desde lo altode un edificio con una rapidez de 15 m/s y un ángulo de25 grados sobre la horizontal. Si el ladrillo permaneceen el aire durante 3.0 s ¿Cuál es la altura del edifico?

Pregunta 2. 17 — Se lanza una piedra desde lo altode un edificio de 45.0 m con una rapidez inicial de 20.0m/s y un ángulo de 30 grados sobre la horizontal. (a)¿Cuánto tiempo permanece la piedra en vuelo?, (b)¿Cuál es la magnitud de la velocidad de la piedra unmomento antes de tocar el suelo?, (c) ¿A que distanciahorizontal de la base del edificio, la piedra toca el suelo?

Pregunta 2. 18 — Una canica con la velocidad de1.5 m/s rueda por una repisa horizontal de 2.0 m dealtura hasta caerse de ésta (a) ¿Cuánto tarda la canicaen llegar al suelo?, (b) ¿Qué tan lejos de un punto enel suelo, situado directamente abajo del borde de la

repisa, caerá la canica?

Pregunta 2. 19 — Si la repisa del ejercicio anteriorse encontrará en la Luna, donde la aceleración debidaa la gravedad es de 1.67 m/s2. ¿Qué se obtendría?

Pregunta 2. 20 — Un motociclista quiere saltartantos autobuses como sea posible. La rampa de de-spegue tiene 18 o sobre la horizontal, y la rampa deaterrizaje es idéntica. Cada autobús mide 2.74 m deancho el acróbata deja la rampa con una velocidad de33.5 m/s. Determine el numero máximo de autobusesque puede saltar.

Soluc

iones

De Físic

a

2.2. PROBLEMAS DE TIRO PARABÓLICO 13

Pregunta 2. 21 — Un pescador desea cruzar unrío que mide 1.5 km de ancho y fluye con una rapidez de5.0 km/h paralelo a sus márgenes. El pescador utilizaun pequeño bote de motor que avanza a una rapidezmáxima de 12 km/h respecto con el agua. ¿Cuál es eltiempo mínimo necesario para cruzar?

Pregunta 2. 22 — Suponga que las aguas de lascascada del Niagara, en su parte más alta y antes delborde, tienen una velocidad de 2.7 m/s. Determina la

distancia horizontal que recorren las aguas, cuando elvector velocidad hace un ángulo de 75 o debajo de lahorizontal.

Pregunta 2. 23 — Un hombre lanza verti-calmente una pelota con una velocidad de 10 m/s; unsegundo después, desde la misma posición, un jovenci-to lanza verticalmente otra pelota con una velocidadde 5m/s. Determine el tiempo en que las dos pelotastienen la misma altura.

Soluc

iones

De Físic

a

14 CAPÍTULO 2. MOVIMIENTO DE PROYECTILES Y SATÉLITES

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 3

Leyes del movimiento

3.1. Preguntas conceptúales

Pregunta 3. 1 — Una pelota esta sostenida por lamano de una persona. (a) Identifique todas las fuerzasexternas que actúan sobre la pelota y la reacción decada una. (b) Si la pelota se deja caer, ¿qué fuerza seejerce sobre ella mientras cae? Identifique la fuerza dereacción en este caso.(Desprecie la resistencia del aire)

Pregunta 3. 2 — Si un auto se desplaza hacia eloeste con una rapidez constante de 20 m/s ¿Cuál esla fuerza resultante que actúa sobre él?

Pregunta 3. 3 — Si un auto se mueve con acel-eración constante, ¿puede concluirse que no hay fuerzasque actúen sobre él?

Pregunta 3. 4 — Una pelota de caucho se deja caersobre el poso. ¿Qué fuerza hace que la pelota rebote?

Pregunta 3. 5 — Si empujamos una caja pesadaque está en reposo, debemos ejercer alguna fuerza parainiciar su movimiento. Sin embargo, una vez que la cajase deslice, ¿es posible aplicar una fuerza más pequeñapara mantener ese movimiento? ¿Por qué?

Pregunta 3. 6 — Si el oro se vendiera por peso,¿preferiría el lector comprarlo en Acapulco o en la Ciu-dad de México?, si se vendiera por masa en, ¿en quelugar lo compraría? ¿Por qué?

Pregunta 3. 7 — Una pasajera sentada en la partetrasera de un autobús dice que resultó lesionada cuandoel operador del vehículo aplicó los frenos bruscamente,debido a que una valija que estaba enfrente salio des-pedida y la golpeó. Si el lector fuera juez en este caso,¿qué disposición daría? ¿Por qué?

Pregunta 3. 8 — Una exploradora espacial se muevepor el espacio lejos de cualquier planeta o estrella. Ellaobserva una gran piedra, tomada como cualquier es-pécimen en un planeta extraño, flota alrededor de lacabina de la nave. ¿Debe empujarla con suavidad opatearla al compartimiento de carga? ¿Por qué?

Pregunta 3. 9 — ¿Qué fuerza hace que se mueva unautomóvil? ¿Y un avión de hélices? ¿Y un bote de re-mos?

Pregunta 3. 10 — Analice él movimiento de enpiedra que se deja caer en agua, en términos de la rapi-dez y la aceleración a medida que cae. Suponga quesobre la piedra actúa una fuerza de resistencia que au-menta cuando crece la velocidad.

Pregunta 3. 11 — Un levantador de pesas está depie en una báscula de baño y mueve una mancuernahacia arriba y abajo. ¿Qué pasa con la lectura de labáscula cuando hace esto? Suponga que el hombre estan fuerte que puede lanza la mancuerna hacia arriba.¿Cómo varía entonces la lectura de la báscula?

15

Soluc

iones

De Físic

a

16 CAPÍTULO 3. LEYES DEL MOVIMIENTO

Pregunta 3. 12 — En un juego de tirar de una cuer-da entre dos atletas, cada uno de ellos tira de la cuerdacon una fuerza de 200 N. ¿Cuál es la tensión de la cuer-

da? Si el la cuerda no se mueve, ¿qué fuerza horizontalejerce cada atleta contra el suelo?

Estrategia para resolver problemas: objetos en equi-librio

Te sugiero que utilices el siguiente método pararesolver problemas sobre objetos en equilibrio trasla-cional.

1. Visualiza. Realiza un bosquejo de las situacióndescrita en el ejercicio.

2. Traza un diagrama de cuerpo libre para cadamasa aislada del resto de las masas, y marca to-das las fuerzas que actúan sobre ese objeto par-ticular.

3. Divide y vencerás, descompón todas lasfuerzas en sus componentes x y y, escoge un sis-tema de coordenadas conveniente.

4. Utiliza las ecuaciones ΣFx = 0 y ΣFy = 0. Tencuidado con los signos de las fuerzas involucradas.

5. Aplicar el paso anterior lleva a ecuacionescon varias incógnitas, debes aplicar técnicaspara solucionar ecuaciones simultáneas: despeje,suma, determinantes, entre otras técnicas.

3.2. Concepto de la segunda ley de Newton

Pregunta 3. 13 — Un objeto d e 6.0 kilogramos ex-perimenta una aceleración de 2.0m/so (a) ¿Cuál es lamagnitud de la fuerza resultante que actúa sobre él?(b) Si la misma fuerza se aplica a un objeto de 4.0 kg,¿qué aceleración se produce?

Pregunta 3. 14 — Un jugador de fútbol hace que elbalón acelera desde el reposo a una rapidez de 10m/sdurante el tiempo en el que su pie está en contacto conel balón (alrededor de 0.20 s). Si el balón tiene unamasa de 0.50 kg, ¿qué fuerza media ejerce el jugadorsobre el balón?

Pregunta 3. 15 — El invertebrado más pesadoes el calamar gigante, que se estima tiene un peso deunas 2 toneladas repartidas en toda su longitud de 70pies. ¿Cuál es su peso en newtons?

Pregunta 3. 16 — El ave de mayor peso es elcisne trompetero, que pesa unas 38 libras, ¿Cuál es supeso en newtons?

Pregunta 3. 17 — Una bolsa de azúcar pesa 5.00lb en la Tierra. ¿Cuánto debe pesar en newtons en laLuna, donde la aceleración de caída libre es de 1

6 la

de la Tierra? Repita para Júpiter, donde g es de 2.64veces la de la Tierra. Encuentre la masa de la bolsa deazúcar en kilogramos en cada uno de los lugares.

Pregunta 3. 18 — Un carguero tiene una masa de1,5x107 kg. Si la locomotora puede ejercer una trac-ción constante de 7,5x105 N, ¿cuánto tiempo se nece-sita para aumentar la rapidez del tren desde el reposoa 80 km/h ?

Pregunta 3. 19 — El aire ejerce una fuerza de 10N hacia delante de la hélice de un avión de juguete de0.20 Kg. Si el avión acelera hacia delante a 2.0 m/s2¿cuál es la magnitud de la fuerza de arrastre ejercidapor el aire sobre el avión?

Pregunta 3. 20 — Una bala de 5.0 g sale de laboca de un cañón de un fusil con una rapidez de 320m/s. ¿Cuánto vale la fuerza total (que se supone con-stante) ejercida sobre una bala cuando avanza por elcañón de 0.82 m de largo del fusil?

Respuesta: Pregunta 3. 21 — Un actor de cir-co es disparado desde un cañón como < <bala hu-mana> >y sale del cañón con una rapidez de 18.0 m/s.

Soluc

iones

De Físic

a

3.3. ALGUNAS APLICACIONES DE LAS LEYES DE NEWTON 17

La masa del actor es de 80.0 kg. El cañón mide 9.20m de largo. Encuentre la fuerza neta medida ejercida

sobre el actor cuando es acelerado dentro del cañón.

3.3. Algunas aplicaciones de las leyes de Newton

Respuesta: Pregunta 3. 22 — Encuentre la tensiónen cada cable que sostiene un peso de 600 N

Pregunta 3. 23 — Encuentre la tensión en losalambres que sostienen la lámpara de 100 N de la figura

Pregunta 3. 24 — Un alimentador de pájaros, quepesa 150 N, esta sostenido por tres cables como se veen la figura. Encuentre la tensión en cada cable.

Pregunta 3. 25 — Una compradora en un superme-rcado empuja un carro cargado, con una fuerza hori-zontal de 10 N. El carro tiene una masa de 30 kg (a)¿Cuánto avanzara en 3.0 s, si arranca desde el reposo?(b) ¿Cuánto avanzara en 3.0 s si la compradora pone asu bebé de 30 N en el carro antes de empezar a empu-jarlo?

Pregunta 3. 26 — Un auto de 2000 kg reduce su ve-locidad uniformemente de 20.0 m/s a 5.0 m/s en 4.00

s (a) ¿Qué fuerza total medida actuó sobre el auto du-rante este tiempo?, y (b) ¿qué distancia recorrió el autodurante este tiempo?

Pregunta 3. 27 — Tres bloques están unidos unotras de otro sobre una mesa horizontal carente de fric-ción y son jalados hacia la derecha con una fuerzaT3 = 6,5N . Si m1 = 1,2kb, m2 = 2,4 kg, y m3 = 3,1kg,Calcule (a) la aceleración del sistema y (b) las tensionesT1 y T2. Trace una analogía de los cuerpos que son jal-ados en tándem, como las locomotoras que jalan carrosacoplados.

Pregunta 3. 28 — Un plano inclinado tiende un án-gulo de 15 grados sobre la horizontal y tiene un coe-ficiente de fricción cinética de 0.1. Sobre el plano sedesliza hacia abajo un cubo de 15 kg de masa, el cuboesta unido a una esfera por una cuerda inextensible. Laesfera tiene una masa de 2 kg. (a) Encuentra la acel-eración del cubo y de la esfera. (b) Encuentra la tensiónde la cuerda.

Pregunta 3. 29 — Sobre una polea se desliza (sinfricción) una cuerda inextesible. Una esfera de 2 Kgy un cubo de 5 Kg estan unidos a los extremos detal cuerda. (a) Encuentra la tensión de la cuerda. (b)Encuentra la aceleración de cubo y la esfera.

Soluc

iones

De Físic

a


Pregunta 3. 30 — Dos planos inclinados están unoal lado del otro, con alturas iguales. De un lado encon-tramos una masa m1 = 10 kg sobre el plano inclinadocon 15 grados sobre la horizontal; mientras que unamasa m2 = 2 kg se encuentra sobre un plano inclinadocon 10 grados sobre la horizontal. Por medio de unacuerda inextensible se unen los dos bloques; la cuerdapasa por una polea carente de fricción. Encuentre laaceleración de cada bloque y la tensión de la cuerda.

Pregunta 3. 31 — Un carrito se mueve con unaaceleración de 1 m/s2. Sobre el carrito dos bloques es-tán unidos por una cuerda inextensible que pasa poruna polea carente de fricción. Sobre el carrito hay uncubo de 2 kg muestra un coeficiente de fricción cinéticade 0.1, del otro lado de la cuerda hay una esfera de 3kg. Encuentre la tensión de la cuerda.

Pregunta 3. 32 — Un hombre de 70 Kg se encuen-tra sujeto a una cuerda, la que le salva de caer en unvacío. La cuerda se encuentra bien sujeta en los ex-tremos de unos peñascos. Considerando que un ladode la cuerda tiende un ángulo de 10 grados y el otrolado de cuerda de 30 grados, ambos respecto a la hori-zontal. Determine la tension de los lados de la cuerda.

Pregunta 3. 33 — El dibujo muestra tresobjetos conectados por cuerdas inextensibles que pasanpor poleas libres de fricción. Los objetos se mueven,aun cuando el coeficiente de fricción dinámica ente elobjeto de en medio y la mesa es 0.100. (a) Determinala aceleración de los objetos. (B) Encuentra la tensionde la cuerda de la izquierda y la de la derecha

Pregunta 3. 34 — Un motociclista de 70 kg davueltas dentro de "la esfera de la muerte"(una jaulametálica de 10 de diámetro). Determina la velocidadmínima que debe contar su moto para no caer de laparte más alta de la esfera. Desprecia la fricción.

Pregunta 3. 35 — Un juego de feria consite en unacilindro que da vueltas y las personas se quedan pe-gadas a una pared, Mientras da vueltas el cilindro seabre el piso y las personas quedan con los pies colga-dos. En la figura se representa un bloque que gira enun cilindro. Entre el bloque y la pared el coeficiente defricción estática es de 0.1, Si el diámetro del cilindro esde 10 m. Determina la velocidad mínima para que elbloque no caída.

Soluc

iones

De Físic

a

3.4. FUERZAS DE FRICCIÓN 19

Pregunta 3. 36 — En una feria hay un juegomecánico donde te cuelgan de una cable y te danvueltas alrededor de un eje. Observa la figura de esteejercicio. Considerando que la cable es de 15 m y quehace un ángulo de 60o con la vertical; la silla conpasajero tiene una masa de 179 Kg. (a) Determina latensión del cable (b) Determina la velocidad de la silla.

Pregunta 3. 37 — Una viga de acero de 104 kg eslevantada a velocidad constante por una grúa. La vigase encuentra sujeta por los extremos por cables inex-tensibles. Cuando el ángulo entre las cuerdas es de 10o,determina la tensión en los cables.

Pregunta 3. 38 — Considerando que la masa m2 =10 Kg esta en equilibrio y θ1 = 60o, θ3 = 30o. Deter-mina el valor de las masas m1 y m3 para mantener enequilibrio la figura. Toma en cuenta que los cables soninextensibles y no existe la fricción

3.4. Fuerzas de fricción

Pregunta 3. 39 — Un trabajador de muelle de unpuerto carga cajas en un barco y encuentra que en unacaja de 20 kg, inicialmente en reposo sobre una super-ficie horizontal requiere de una fuerza horizontal de 75N para ponerse en movimiento. Sin embargo, despuésque la caja está en movimiento, es necesaria una fuerzahorizontal de 60 N para mantenerla en movimiento conuna rapidez constante. Encuentre los coeficientes de defricción estática y cinética entre la caja y el piso.

Pregunta 3. 40 — En la figura Fulana, m1 = 10 kgy m2 = 4,0 kg. El coeficiente de fricción estática entrem1 y la superficie horizontal es de 0.50 mientras queel coeficiente de fricción cinética es de 0.30. (a) Si elsistema se suelta desde el reposo, ¿Cuál será su acel-eración? (b) Si el sistema se pone en movimiento conm2 moviéndose hacia abajo, ¿Cuál será la aceleracióndel sistema?

Pregunta 3. 41 — Un cajón de 1000 N se empu-ja en un piso horizontal a una rapidez constante poruna fuerza de 300N, a un ángulo de 20.0o debajo dela horizontal, como se ve en la figura. (a) ¿Cuál es elcoeficiente de fricción cinética entre la caja y el piso?

(b) Si la fuerza de 300 N jala en lugar de empujar elbloque a un ángulo de 20.0o sobre la horizontal, comose ve en la figura, ¿cuál será la aceleración de la caja?Suponga que el coeficiente de fricción es el mismo queese hallo en (a)

Pregunta 3. 42 — Un disco de jockey es gol-peado sobre un lago congelado y empieza a moverse conuna rapidez de 12.0 m/s. Cinco segundos después, surapidez de 12.0 m/s. Cinco segundos después, su rapi-dez es de 6.00 m/s (a) ¿Cuál es su aceleración media?(b) ¿Cuál es el valor medio de coeficiente de friccióncinética entre el disco y el hielo? (c) ¿Qué distanciarecorre el disco durante este intervalo de 5.00 s?

Pregunta 3. 43 — Un coeficiente de fricción estáti-ca de 0.800 entre las suelas de los zapatos de deported e una corredora y el superficie a nivel de la pista so-bre la que corre. Determine la máxima aceleración quepuede alcanzar. ¿Es necesario sabe que la masa de ellaes de 60.0 kg?

Soluc

iones

De Físic

a


3.4.1. curvas aperaltadas

Pregunta 3. 44 — Determine el ángulo de peralteuna curva de un radio de 150 m, de modo que los carospuedan viajar a 25 m/s de modo seguro, desprecie lafricción.

Pregunta 3. 45 — Una curva de radio de 120 mtiene un peralte de18o. Determine la rapidez con lalos autos recorren la curva. Desprecie la fricción.

Pregunta 3. 46 — Una pista de carreras tiene un

peralte, el radio de curva mínimo es de 112 m y elradio máximo de la curva es de 165 m. Como se ilustraen la figura. La altura que alcaza el muro exterior de lacurva es de 18 m. Encuentre (a) La velocidad mínimapara mantener un mismo radio en una vuelta (b) y lavelocidad máxima.

3.5. Dinamica de la rotación

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 4

Cantidad de movimiento


Pregunta 4. 1 — Para detener un buque cisterna degrandes dimensiones, suelen apagarse sus maquinas aunos 25 kilómetros del puerto. ¿Por qué es tan difícildetener o virar un buque de estos?

Pregunta 4. 2 — En términos de de impulso y mo-mentum, ¿por qué son más seguros los tableros acoji-nados en los automóviles?

Pregunta 4. 3 — Cuando una manzana cae de unárbol y golpea el suelo sin rebotar. ¿En que se conviertesu momentum?

Pregunta 4. 4 — Si se lanza una pelota hacia arribadesde el suelo con diez unidades de momentun, ¿Cuáles el momentun de retroceso del mundo? ¿Por qué nolo sentimos?

Pregunta 4. 5 — ¿Por qué es más violento un puñe-tazo con el puño desnudo que con un guante de box?

Pregunta 4. 6 — Un pugilista se cansa más rápida-mente cuando falla sus golpes sobre el contrario quecuando acierta ¿Por qué?

4.1.1. Identificando el centro de masa

Pregunta 4. 7 — La Tierra y la Luna estan sepa-radas de centro a centro por una distancia de 3,85×108

m La masa de la Tierra es de 5,98× 1024 kg, mientrasla masa de la Luna es 7,35 × 1022 kg Determina ladistancia del centro de masa al centro de la Tierra.

Pregunta 4. 8 — El dibujo muestra las uniones ylos ángulos en la molécula de ácido nítrico (HNO3),La cual es plana. Las masa de los átomos son mH =1,67x10−27 kg, mN = 23,3x10−27 kg, y mO =26,6x10−27 kg. En la molécula de acidido nítrico, local-iza el centro de masa relativo al átomo de hidrogeno.

4.2. Principio de conservación de momentum

21

Soluc

iones

De Físic

a

22 CAPÍTULO 4. CANTIDAD DE MOVIMIENTO

Pregunta 4. 9 — Un cohete se mueve a unarapidez de 45.0 m/s. Súbitamente, el cohete se divideen dos masas iguales. Las piezas vuelan a velocidadesv1 y v2. Determina tales velocidades.

Pregunta 4. 10 — Una pelota de golf tiene unamasa de 0.047 Kg y es aventada al piso, de modo queel ángulo entre la velocidad inicial y la vertical es de30o. El rebote es simétrico, tiene el mismo ángulo conla vertical, pero se aleja del piso. Determina el cambiode momento que imprime el piso a la pelota.

Pregunta 4. 11 — En la filmación de unapelícula se deja caer un muñeco de 63 Kg, el dummycae libremente desde el reposo. El muñeco se impactaen el suelo sin rebote, alcanza el reposo en 0.010 s conuna fuerza promedio de 18 000 N. Determine desde quealtura se dejo caer el muñeco.

Pregunta 4. 12 — Un chorro de agua golpea lahoja de una turbina estacionaria (que se puede consid-erar instantáneamente sin movimiento). Como se ilus-tra en la fígura, el chorro inicialmente tiene una veloci-dad de +16.0 m/s, mientras que el agua que sale dela hoja tiene una velocidad de -16 m/s. La masa delagua por segundo que golpea a la hoja es de 30.0 kg/s.encuentra la fuerza promedio que ejerce el agua en lahoja.

4.2.1. Colisiones en una y dos dimensiones

Pregunta 4. 13 — En un juego de football ameri-cano, un receptor en reposo cacha el balón, mientrasun tacleador se dirige hacia él con una velocidad + 4.5m/s. En el golpe quedan enganchados y los dos viajanjuntos con una velocidad de +2.6 m/s. La masa deltacleador es de 115 Kg. Asumiendo que el momentumse conserva, encuentre la masa del receptor.

Pregunta 4. 14 — Desde el reposo, Dos pati-nadores se impulsan hasta que la fricción los detiene.Los patinadores se empujan mutuamente para moverse,sabemos que la distancia que alcanza al primer pati-nador es el doble que la distancia del segundo; el coe-ficiente de fricción de los patines y el hielo es el mismopara ambos patinadores. Determine el valor de la razón

m2/m1.

Pregunta 4. 15 — Considere un carril sin fric-ción, como se muestra en la figura. Un bloque de masam1 = 5,00 Kg se suelta desde un punto uno, sufre unacolisión de frente en el punto dos, con un bloque demasa m2 = 10,0 kg que inicialmente esta en reposo.Calcule la altura máxima a la que m1 sube después dela colisión. Considere que en el punto tres la velocidaddel bloque dos es de 1 m/s.

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 5

Energía mecánica


Pregunta 5. 1 — ¿Por qué es más fácil detener uncamión con poca carga que uno con mucha carga a lamisma velocidad?

Pregunta 5. 2 — ¿Puede un cuerpo tener energíasin tener momentum? Explique. ¿Puede un cuerpo ten-er momentun sin tener energía? Explique.

5.2. Trabajo y energía

Pregunta 5. 3 — Una mujer empuja un carrito decompras de 16.0 kg. Se translada 22.0 m a velocidadconstante. La mujer empuja hacia debajo de la hori-zontal con un 29.0o. Una fuerza de fricción de 48.0 Nse opone al movimiento del carro. Determine el traba-jo realizado por (a) la fuerza que la compradora ejerce,(b) por la fuerza de empuje (c) por la fuerza de fricción(d) por la fuerza de gravitación.

Pregunta 5. 4 — Una caja de madera de 1,00×102 kg es empujada en un piso horizontal con unafuerza F que hace un ángulo de 30o debajo de la hori-zontal. El coeficiente de fricción cinética es 0.200. De-termina la magnitud de la furza F , de modo que eltrabajo realizado sea cero.

5.3. Energía Cinetica y Energía potencial

Estrategia para resolver problemas: Aplicación dela conservación de la energía mecánica

Te sugiero que utilices el siguiente método para re-solver problemas sobre conservación de energía mecáni-ca.

1. Visualaza. Define un sistema con un dibujo

2. Selecciona un lugar para el cero de la energíapotencial gravitacional y no cambies este lugarmientras resuelves el problema

3. Determina la existencia o no de fuerzas disipati-vas, por ejemplo fricción.

4. Encuentra todos los elementos de energía inicial,escribe la suma algebraica

5. Encuentra todos los elementos de energía final,escribe la suma algebraica

6. Por la conservación de energía, iguala la energíainicial y la energía final. Despeja la incógnita.

23

Soluc

iones

De Físic

a

24 CAPÍTULO 5. ENERGÍA MECÁNICA

Pregunta 5. 5 — Una fuerza de 3 N actúa a lo largode una distancia de 12 m en la dirección y sentido dela fuerza. Encuentre el trabajo realizado.

Pregunta 5. 6 — Un objeto de 4 kg se levanta 1.5 ma) ¿Qué trabajo se efectúa en contra de la gravedad?b) Repítase el cálculo si el objeto se baja en vez delevantarse.

Pregunta 5. 7 — Un bloque esta sometido a cuatrofuerzas, no todas se aplican sobre la misma línea, mirala figura. Determina cuanto trabajo se realizará, cuan-do el bloque se desplaza 5 metros (desprecia la fricción)

Pregunta 5. 8 — Una losa de mármol uniforme rec-tangular tiene 3.4 m de largo, 2.0 m de ancho y unamasa de 180 kg. Si está originalmente tendida en elsuelo plano, ¿cuánto trabajo se necesita para ponerlaerguida?

Pregunta 5. 9 — Una carga de 400 lb de ladrillos seva a elevar hasta la parte más alta de un andamio queestá a una altura de 28 pies ¿Qué cantidad de trabajose desarrollará contra la gravedad para levantarla?

Pregunta 5. 10 — Calcúlese el trabajo desarrolladopor una máquina que eleva 40 litros de alquitrán a unaaltura de 20 m. Un cm3 de alquitrán tiene una masade de 1.07 gramos.

Pregunta 5. 11 — De que magnitud es la fuerzaque se requiere para acelerar un coche de 1300 kg desdeel reposo hasta una rapidez de 20 m/s, en una distanciade 80m?

Pregunta 5. 12 — Un automóvil de 1200 kg viaja a30 m/s, aplica los frenos y derrapa antes de detenerse.Si la fuerza de rozamiento entre el deslizamiento de lasllantas y el pavimento es de 6000 N, ¿Qué distanciaderrapará el coche antes de alcanzar el reposo?

Pregunta 5. 13 — Un automóvil de 200 kg se em-puja lentamente hacia arriba de una pendiente. ¿Cuán-to trabajo desarrollará la fuerza que hace el objetoascienda la pendiente hasta una plataforma situada a.5m arriba del punto de partida, si el rozamiento es des-preciable?

Pregunta 5. 14 — Repítase el problema anterior,considerando que la distancia a lo largo de la pendi-ente hasta la plataforma es de 7 m y que se opone almovimiento una fuerza de 150 N

Pregunta 5. 15 — Un vagón de carga de 100 000 lbse empuja una distancia de 2 500 pies hacia arriba sobreuna pendiente con inclinación del 1.2 %, con rapidezconstante a) encuentra el trabajo que desarrolla contrala gravedad el empuje de la barra de tracción. b) Si lafuerza de rozamiento que frena el movimiento es 440lb, encuéntrese el trabajo total desarrolla.

Pregunta 5. 16 — Una mujer de 60kg sube untramo de escalera que uno dos niveles separados 3.0m a) ¿Cuánto trabajo realiza la mujer al subir de unnivel a otro? b) ¿En que cantidad cambia la energíapotencial gravitacional de la mujer?

Pregunta 5. 17 — Una bomba eleva agua desde unlago hasta un gran tanque colocado 20 m arriba delnivel de un lago. ¿Qué cantidad de trabajo se desarrol-lará la bomba contra la gravedad para transferir 5m3

de agua al tanque? Un metro cúbico tiene una masa de1000 kg

Pregunta 5. 18 — Justamente antes de chocar con-tra el piso, una masa de 2.0 kg tiene 400 J de Ec. Sise desprecia el rozamiento, ¿desde qué altura se dejócaer?

Pregunta 5. 19 — Una pelota de 0.5 kg cae frenteuna ventana de longitud vertical de 1.50 m a) ¿En quécantidad se incrementa la Ec de la pelota cuando al-cance el borde inferior del la ventana? b) Si su rapidezera de 3.0 m/s en la parte superior de la ventana ¿cuálserá su rapidez al pasa por la parte inferior?

Soluc

iones

De Físic

a

5.3. ENERGÍA CINETICA Y ENERGÍA POTENCIAL 25

Pregunta 5. 20 — Un esquiador acuático deja unarampa (un plano inclinado) a una rapidez de 14.0 m/s.Como se observa en la figura, en la parte más alta delsalto, el esquiador tiene una rapidez de 13.0 m/s. Ig-norando la resistencia del aire, determine la altura Harriba de la rampa, en el punto más alto del salto. Uti-liza conservación de energía para resolver el ejercicio.

Pregunta 5. 21 — Al nivel del mar, las moléculasde nitrógeno en el aire tiene Ec translacional promediode 6,2 × 10−21J. Su masa es de 4,7 × 10−26kg a) Sila molécula pudiera moverse verticalmente hacia arri-ba sin chocar con otras moléculas de aire, ¿a qué al-tura podría llegar ? b) ¿Cuál es la rapidez inicial de lamolécula?

Pregunta 5. 22 — El coeficiente de rozamientocinético entre un coche de 900 kg y el pavimento esde 0.80. Si el coche se mueve a 25 m/s a lo largo delpavimento plano cuando comienza a derrapar para de-tenerse, ¿qué distancia recorrerá antes detenerse?

Pregunta 5. 23 — Una partícula recorre un to-bogán, como se ven en la figura. Se observa que semueve del punto A a 3.00 m arriba del piso y se transla-da hasta la sección curva en el punto B, donde aban-dona el tobogán. La partícula alcanza una altura máx-ima de 4.00 m. Determine la velocidad de la partículaen el punto A.

Pregunta 5. 24 — En los extremos de una mesahorizontal hay dos resortes diferentes, entre ellos re-bota una y otra vez un bloque (m = 0.01 kg), comose muestra en la figura de abajo. El resorte del pun-to A tiene una constante de resorte de kA = 2N/m yen estas condiciones su compresón máxima es de 0.1m. Mientras que el resorte en el punto C tiene unaconstante de resorte de kA = 0,3N/m. a) Determina

cuanto es lo máximo que se puede comprimir el resorteC por la accioń del bloque que proviene del resorte A.b) Encuentra la rapidez del bloque en un punto dondeno toca a ningún resorte, como el punto B de la figura.Considera que no hay disipación de energía.

Pregunta 5. 25 — En una mesa horizontal hay unpromontorio de altura H = 0.02 m, además hay dos re-sortes diferentes en los extremos de la mesa, entre losresortes rebota y se desliza una y otra vez un bloque (m= 0.01 kg), como se muestra en la figura de abajo. Elresorte del punto A tiene una constante de resorte dekA = 2N/m y en estas condiciones su compresón máx-ima es de 0.1 m. Mientras que el resorte en el punto Ctiene una constante de resorte de kA = 0,3N/m. a) De-termina cuanto es lo máximo que se puede comprimirel resorte C por la accioń del bloque que proviene delresorte A. b) Encuentra la rapidez del bloque en unpunto mas alto del promontorio, como el punto B dela figura. Considera que no hay disipación de energía.

Pregunta 5. 26 — De un resorte A de kA =100N/m, comprimido 0.5 m, desde el reposo, se lanzaun bloque de masa de 0.1 Kg, el bloque se desliza sobreun plano inclinado, sube hasta una altura de 0.30 m ycomienza a comprimir a un resorte de kB = 20N/m.Determina la distancia que se comprime el resorte B.La disipacioń de energía es despreciable.

Pregunta 5. 27 — Considere el péndulo simple, elcual mide un metro de longitud, como se muestra enla figura de abajo. a) Si se suelta el péndulo desde elpunto A. ¿Cuál será la rapidez de la esfera cuando pasaa través del punto B? b) ¿Cuál será esa rapidez en elpunto C?, considere que entre la vertical y la posicióndel péndulo es de 10 grados.

Soluc

iones

De Físic

a

26 CAPÍTULO 5. ENERGÍA MECÁNICA

Pregunta 5. 28 — Un automóvil de 1 200 kg de-sciende por gravedad desde el reposo, por una carreteraque está inclinada 20 grados con la horizontal y tiene15 m de largo. ¿Qué rapidez es la del coche al final delcamino si a) el rozamiento es despreciable y b) cuandose opone al movimiento una fuerza de rozamiento de 3000 N?

Pregunta 5. 29 — El conductor de un coche de 1200 kg nota que el coche disminuye su velocidad desdem/s hasta 15 m/s mientras recorre una distancia de130 m sobre suelo nivelado. ¿De qué magnitud es lafuerza que se opone al movimiento?

Pregunta 5. 30 — Una persona de 10 lb resbaladesde el reposo hacia abajo por un plano inclinado ru-goso que tiene 100 pies de largo y una inclinación de 30o

con la horizontal, y adquiere una rapidez de 52 pies/s.Encuentre el trabajo que realiza contra la gravedad.

Pregunta 5. 31 — Lorena Ochoa, una golfista pro-fesional, lanza una pelota de golf de 47.0 gr con unavelocidad de 52.0 m/s y alcanza una altura de 24.6 m.(a) Despreciando la resistencia del aire, determine laenergía cinética en el punto más alto. (b) ¿Cuál es lavelocidad de la pelota a 8 m debajo de la altura másbaja?

Pregunta 5. 32 — Un jovencito desea ser basquet-bolista profesional, mientras juega hace un tiro a lacanasta. La pelota es lanzada a una altura de 2.00 m auna velocidad de 7.20 m/s; la pelota alcanza la canastaa 3.10 m y a una velocidad de 4.20 m/s. Determina eltrabajo realizado por la resistencia del aire? La masade la pelota es de 0.600 kg.

5.3.1. Trabajo hecho por una fuerza constante

Pregunta 5. 33 — Un camión aplica sus frenos conuna fuerza de 3 × 103 N, en una distancia de 850 m.Determine el trabajo que hacen los frenos, que significael signo del trabajo.

Pregunta 5. 34 — Como se ve en la figura, una bar-caza se mueve en un río porque es jalada por caballos.La tensión de cada los cable es de 5,00 × 103 N y elángulo que forma cada calble los cable con la direccióndel movimiento es de 20o grados. Determina el trabajoneto despues de 10 metros (desprecia a la fricción).

Pregunta 5. 35 — Un bloque es subido con porun plano inclinado (Mira la figura correspondiente). Seaplica una fuerza de 100 N a un bloque de 2 kg, elbloque sube por un plano inclinado (donde el coefi-ciente de fricción dinámica entre el bloque y el planoinclinado es de 0.2), con un ángulo θ = 15o. Cuandoel bloque se desplaza tres metros a lo largo del planoinclinado. Determina el trabajo neto.

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 6

Movimiento rotacional


6.2. Objetos rigidos en equlibrio, centro de masa

Pregunta 6. 1 — Una centrifuga es un apara-to en donde un contenedor rota a una alta velocidaden una trayectoria circular. Este aparato es utiliza-do en laboratorios médicos para separar sustancias dediferentes densidades, por ejemplo los glóbulos rojosdel plasma. Suponga que la aceleración centrípeta es6,25 × 103 veces mayor que la aceleración debida ala gravedad. Determina el numero de revoluciones porminuto que una muestra hace en el aparato, cuando lamuestra se coloca a 5.00 cm del eje de rotación.

Pregunta 6. 2 — Una barra metálica de un metrode largo esta sujeta de un extremo por una bisagra. Enel extremo de la barra se aplica una fuerza de 4.00 Nperpendicular a la línea que forma la barra. Además,otra fuerza de 6.00 N se aplica a un ángulo de 60o.Determine para la segunda fuerza la distancia que haceque la torca neta sea cero.

Pregunta 6. 3 — Un niño de 1.25 m pesa 548 N. elchico realiza una lagartija, considerando que cuandoesta de pie, el centro de masa del joven esta a 0.849m de sus pies al estomago. Encuentra la fuerza normal

que ejerce el piso en cada una de las manos y cadapie. Asumiendo que él mantiene la posición horizontal,además los pies y manos estan al mismo nivel.

Pregunta 6. 4 — Una muchacha de 200 N se en-cuentra en el extremo de un trampolín de masa despre-ciable y 2 m de largo. En el otro extremo del trampolínse encuentra un tornillo y a medio metro de él hay unpivote. Encuentra la fuerza que soporta el tornillo yel pivote. Considera que el no hay movimiento en eltrampolín.

Pregunta 6. 5 — Un letrero semicircular de 1 m dediámetro y 100 N de peso esta colgando de dos cablesinextensibles (esta en equilibrio mecánico). Uno de loscables esta en un extremo del letrero, pero el otro estaa una distancia de 0.25 m del extremo. Determina lastensiones de los dos cables.

27

Soluc

iones

De Físic

a

28 CAPÍTULO 6. MOVIMIENTO ROTACIONAL

Pregunta 6. 6 — Un letrero semicircular de1 m de diámetro y 100 N de peso esta colgando dedos cables inextensibles (esta en equilibrio mecánico).Uno de los cables esta en un extremo del letrero, peroel otro esta a una distancia de 0.25 m del extremo.Considerando que cada cables hacen un ángulo con lahorizontal θ1 = 30o y θ1 = 60o. Determina las tensiones

de los dos cables.

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 7

Hidrostática


Pregunta 7. 1 — Dos embalses contienen la mismacantidad de agua, pero uno es más alto que el otro.¿Cuál embalse se debe construir con mayor solidez?

Pregunta 7. 2 — Un silo típico de una granja tienemuchas bandas enrolladas alrededor de su perímetro.¿Por qué la separación de las bandas sucesivas es máspequeña en las porciones inferiores del silo?

Pregunta 7. 3 — Durante la inhalación, la pre-sión en los pulmones es ligeramente menor que la pre-sión externa, y los músculos que controlan la inhalaciónestán relajados. Bajo el agua, el cuerpo iguala las pre-siones interna y externa. Haga un análisis de la condi-ción de los músculos si una persona bajo el agua respirapor un tubo conocido como < <snorquel > >. ¿Fun-cionaria bien un snorquel en aguas profundas?

Pregunta 7. 4 — Coloquialmente, decimos queuna enfermera utiliza una jeringa para < <sacar> >sangre.¿Por qué es mas preciso decir que la utiliza para< <aceptar> >sangre?

Pregunta 7. 5 — Numerosas personas piensan queun vació creado dentro de una aspiradora hace que seansuccionadas partículas de polvo. Sin embargo, en real-idad, el polvo es empujado. Explique esta afirmación.

Pregunta 7. 6 — Suponga que un barco averiado

apenas flota en el océano después de habérsele selladoun agujero en su caso. Es llevado por un remolcador ala orilla y luego en un río, en dirección hacia el muelleseco para repararlo. Cunado es remolcado río arriba,se hunde. ¿Por qué?

Pregunta 7. 7 — ¿Un cubo de hielo flota mas arribaen agua o en una bebida alcohólica?

Pregunta 7. 8 — Una libra de espuma de estireno yuna libra de plomo tienen el mismo peso. Si se colocanen una balanza sensible, ¿se equilibraran?

Pregunta 7. 9 — Un cubo de hielo se pone en unvaso de agua ¿Qué le pasa al nivel del agua cuando elhielo se derrite?

Pregunta 7. 10 — En las inmediaciones de una ex-clusa se hunde un acorazado ¿Subirá o bajara el nivelde las aguas?

Pregunta 7. 11 — El peso del cerebro humanoes de aproximadamente 15 newtons. La fuerza de em-puje ejercida por el fluido que rodea a este órgano esde aproximadamente 14.5 newtons. ¿Significa esto quedebe haber por lo menos 14.5 newtons rodeado al cere-bro? Justifique su respuesta.

Pregunta 7. 12 — Si el campo gravitacional de la

29

Soluc

iones

De Físic

a

30 CAPÍTULO 7. HIDROSTÁTICA

Tierra se incrementara, ¿un pez flotaría en la super-ficie del agua, se hundiría o permanecería a la mismaprofundidad?

Pregunta 7. 13 — Una pelota de ping-pong esta enel fondo de una vasija con agua, la pelota se libera y esempujada hacia la superficie. ¿Ocurriría lo mismo si lavasija con agua estuviera en una nave espacial dondela gravedad es despreciable? Explique.

7.2. Problemas

Pregunta 7. 14 — Se debe bombear agua a lo altodel edificio Empire State, que mide 1 200 pies de alto¿Qué presión manométrica se necesita en la tubería sde la base del edificio para elevar el agua a esta altura?

Pregunta 7. 15 — Un a bolsa de plástico ple-gable contiene una solución de glucosa. Si el promediode presión manométrica en la vena es de 1,33x104 Pa,¿Cuál debe de ser la altura mínima h de la bolsa paraintroducir glucosa en la vena? Suponga que la gravedadespecífica de la solución es de 1.02.

Pregunta 7. 16 — Un cilindro circular (de ra-dio de 0.025 m) contiene un pistón (carente de fricción.)que divide en dos partes al cilindro, como se muestraen la figura siguiente. Una de las cámaras del pistónesta sujeta con un resorte, el cual tiene una constantede resorte de 3600 N/m. Cuando la cámara donde estael resorte pierde todo el aire, el resorte se comprimepor la presión atmosférica del otro lado de la cámara;determine cuando se comprime el resorte debido a lapresión atmosférica.

Pregunta 7. 17 — Un cilindro circular y un

hemisferio son sólidos y del mismo material. Los dosobjetos descansan en el suelo, el cilindro esta sobre unade sus bases circulares y el hemisferio sobre su parteplana. La presión que ejercen los dos objetos sobre elsuelo es la misma. Cuando el cilindro tiene una alturade 0.500 m; determine el radio del hemisferio.

Pregunta 7. 18 — Un poco de mercurio es vaci-ado en un vaso contenedor. Después un se vacía alcoholetílico; desde el nivel del mercurio hasta el tope del vasohay 110 cm de alcohol. Los dos fluidos no se mezclan,la presión arriba del alcohol etílico es de una atmós-fera. Determina la presión absoluta a 7.10 cm abajodel nivel de la interfase mercurio-alcohol etílico.

Pregunta 7. 19 — Dos barómetro de Torricel-li usan líquidos diferentes. Uno emplea mercurio y elotro un líquido desconocido. Suponga que la presiónque soporta cada columna en el barómetro es la mis-ma, P ; la cual es una presión entre cero y la presiónatmosférica estándar. En el barómetro, la altura de lacolumna del líquido desconocido es 16 veces más altaque la del mercurio. Encuentra la densidad del líquidodesconocido.

Pregunta 7. 20 — Un objeto sólido de formacaprichosa es completamente sumergido en alcoholetílico, donde el peso aparente del objeto es de 15.2N. Cuando el mismo objeto es sumergido en agua, supeso aparente es de 13.7 N. Determine el volumen delobjeto.

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 8

Gases y plasmas

Aqui escribo un preabulo

8.1. Preguntas de repaso

Pregunta 8. 1 — ¿Cuál es la fuente de energía parael movimiento de las moléculas atmosféricas? ¿Qué lesimpide escapar al espacio exterior?

Pregunta 8. 2 — ¿A que altura se elevara en la at-mósfera un globo inflado con helio?

Pregunta 8. 3 — Si un globo inflado se comprimea la mitad de su volumen inicial, ¿en cuanto se incre-menta la presión del gas? (No considere los cambios detemperatura)

Pregunta 8. 4 — ¿Aumenta o disminuye la presiónatmosférica cuando en un día con viento?

Pregunta 8. 5 — ¿En que difiere un plasma de ungas?

8.2. Preguntas de fluidos en reposoHewitt

Pregunta 8. 6 — ¿Por qué no hay atmósfera en laLuna?

Pregunta 8. 7 — ¿Cómo es la densidad del aire enuna mina profunda en comparación con la densidad enla superficie de la Tierra?

Pregunta 8. 8 — ¿Por qué las aeromozas evitan us-ar sostenes inflables durante un vuelo?

Pregunta 8. 9 — ¿Cuál supone sea la razón que lasventanillas de los aviones sean pequeñas en compara-ción con las ventanillas de los autobuses?

Pregunta 8. 10 — Cuando se rompe el cinescopio

de una pantalla de TV ¿Implota o explota? Explique

Pregunta 8. 11 — La bomba e una aspiradora esun ventilador de alta velocidad ¿Removera una aspi-radora el polvo de alfombra en la Luna? Explique

Pregunta 8. 12 — ¿Desde que profundidad se puedebombear agua de un pozo con una bomba de vacío per-fecto?

Pregunta 8. 13 — Si se empleara un barómetro unlíquido con la mitad de densidad que la del mercurio,¿a que altura se encontraría su nivel durante un día depresión atmosférica normal?

31

Soluc

iones

De Físic

a

32 CAPÍTULO 8. GASES Y PLASMAS

Pregunta 8. 14 — ¿Desde que profundidad se puedeextraer mercurio de una vasija con un sifón?

Pregunta 8. 15 — ¿Seria ligeramente mas difícilextraer refresco con un popote al nivel del mar o enla cima de una montaña muy alta? Explique

Pregunta 8. 16 — La presión ejercida contra el pisopor el peso de un elefante distribuido de forma uniformesobre sus cuatro patas es menor a una atmósfera. ¿Porqué, entonces, el lector quedaría triturado bajo la pa-ta de un elefante, mientras que no sufre daño bajo lapresión de la atmósfera?

Pregunta 8. 17 — ¿Por qué es diferente el peso deun objeto rodeado de aire en comparación con el mismoobjeto en el vacío? ¿Mencione un ejemplo donde seríauna consideración importante?

Pregunta 8. 18 — Una niña esta sentada en un au-to, frente a un semáforo, sosteniendo un globo infladocon helio. Los cristales están subidos y el carro es rel-ativamente hermético. Cuando cambia la luz de rojoa verde, el carro acelera hacia adelelante y la cabezade la niña sale disparada hacia atrás, pero el globo sedispara hacia delante. Explique por qué.

Pregunta 8. 19 — Un globo lleno de aire cae a latierra, pero uno lleno de helio se eleva ¿Por qué?

8.3. Preguntas de fluidos en movimiento

Pregunta 8. 20 — ¿Por qué son altas las chimeneasindustriales?

Pregunta 8. 21 — ¿Por qué cuando en una au-topista un camión pesado pasa junto a un auto en sen-tido contrario el auto tiende a dar un bandazo hacia elcamión?

Pregunta 8. 22 — ¿Por qué se comba la capota deun auto convertible cuando este vehiculo circula a altavelocidad?

Pregunta 8. 23 — Los muelles se construyen conuna estructura a base de pilotes que permiten el pasolibre del agua. ¿Por qué un muro sólido seria desven-tajoso para los barcos que intentaran navegar parale-lamente a él?

8.4. Ejercicios. Aplicaciones de la ecuacion de Bernoulli

Pregunta 8. 24 — Un modo de administrar unavacuna es por medio de una pistola de presión altaque expulsa el medicamento a través de una estrechasalida. La vacuna cuenta con suficiente velocidad paraatravesar el tejido debajo de la piel. La velocidad de lavacuna (ρ = 1100 kg/m3) es rápida porque es empuja-da por la alta presión dentro del contenedor que es de4,1x106 Pa arriba de la presión atmosférica. La dosises suficientemente pequeña para considerar el resovo-rio estacionario. La altura vertical entre el reservorio yla salida de la pistola se puede ignorar. Encuentra lavelocidad con la que la vacuna emerge de la aguja.

Pregunta 8. 25 — En una casa cerca de la playalos vientos de un huracán alcanzaron velocidades de

15 m/s, considere que la densidad del aire es de 1.29kg/m3 y la casa esta hermética relativamente.

a) Respecto a la presión atmosférica, determine la re-ducción de presión que acompaña al viento b) Expliquepor qué los techos de las casas se pueden volar

Pregunta 8. 26 — En un segmento de arterianormal y horizontal, la velocidad de la sangre es de0.11 m/s. Por la placa de arteriosclerosis, un segmentoanormal de arteria es cuatro veces más estrecho queuna arteria normal. ¿Cuál es diferencia de presión san-guínea entre los segmentos de arteria normal y los seg-mentos constreñidos?

Soluc

iones

De Físic

a

8.5. EJERCICIOS DE PRINCIPIO DE PASCAL 33

Pregunta 8. 27 — El ala de un aeroplano se ha dis-eñado que la velocidad en la parte superior del ala esde 251 m/s y la velocidad en la parte inferior es de 225

m/s. La densidad del aire es de 1.29 kg /m3. ¿Cuál esla fuerza ascendente para el ala de 24 m2?

8.5. Ejercicios de principio de Pascal

Pregunta 8. 28 — La presión atmosférica arriba deuna piscina cambia de 755 a 765 mm de Hg. El fondode la piscina es un rectángulo de 12 m × 24 m. ¿Cuántocrece la fuerza de la presión en el fondo de la piscina?

Pregunta 8. 29 — En la prensa hidráulica emplea-da en un compactador de basura, el botón de encendi-do y la prensa del compactador cuentan con radios de5,1x10−3 m y 6,4x10−3 m, respectivamente. La diferen-cia de las alturas de los émbolos puede ser despreciada.¿Cuál es la fuerza que se aplica el compactador cuandola fuerza de impulso es 330 N?

Pregunta 8. 30 — Una prensa hidráulica cuen-ta con un resorte (con una constante de resorte de1600 N/m), y del otro lado de la prensa hay una roca(con una masa de 40.0 kg). Inicialmente, en la prensahidráulica el botón (de 15 cm2) y el elevador (de 65cm2) se encuentran al mismo nivel y son de masa de-spreciable. Determine cuanto es el resorte comprimidodesde la posición de reposo.

Soluc

iones

De Físic

a

34 CAPÍTULO 8. GASES Y PLASMAS

Soluc

iones

De Físic

aParte II

Calor

35

Soluc

iones

De Físic

a

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 9

Temperatura, calor y dilatación

9.1. Preguntas complementarias

Pregunta 9. 1 — ¿Por qué una persona no puededeterminar su temperatura se ha elevado tocándose lafrente?

Pregunta 9. 2 — ¿Tiene sentido hablar de temper-atura en el vacío?

Pregunta 9. 3 — Explique el significado de la frase:< <El termómetro mide su propia temperatura > >

Pregunta 9. 4 — Si se deja caer una piedra calienteen un cubo de agua, las temperaturas de la piedra y elagua cambian, hasta que ambas se igualan. La piedra seenfría y el agua se calienta. ¿Es también verdad ésto sila piedra caliente se deja caer en un océano? Explique.

Pregunta 9. 5 — ¿Por qué se incrementa la presiónde de un gas encerrado en un recipiente rígido cuandose eleva la temperatura?

Pregunta 9. 6 — La arena del desierto es muycaliente de día y muy fría en la noche. ¿Qué indicaésto de su calor específico?

9.2. Ejercicios de radiación

¿Cuántos días le toma a un cubo (0.00100 m de arista,a 30 oC) radiar la misma cantidad de energía que unbulbo de 100 W en una hora?

El filamento de un bulbo tiene una temperatura de3,0x103 oC y radia seis watts de poder. La emisividaddel filamento es de 0.36. Encuentre la superficie delfilamento.

La cantidad de poder radiado producido por el Sol esaproximadamente de 3,9x1036W. Asumiendo que el Soles un cuerpo negro perfecto y es una esfera con unradio de 6,96x108 m, encuentra la temperatura de lasuperficie del Sol.

Revise los conceptos de este problema. Suponga quela temperatura de la piel es de 34 oC cuando la personaesta en un cuerdo de temperatura de 25 oC. El área dela piel de un individuo es de 1.5 m2 a) asumiendo quela emisividad es de 0.80, encuentra la perdida neta depoder radiante del cuerpo. b) determina el numero decalorías (cal = 4186 J ) se pierde en una hora de laparte (a). La trasformación metabólica del alimento enenergía remplaza esta perdida.

9.2.1. Dilatación lineal

37

Soluc

iones

De Físic

a

38 CAPÍTULO 9. TEMPERATURA, CALOR Y DILATACIÓN

Pregunta 9. 12 — Dos delgados listones metáli-cos están sujetos por un tornillo. Uno es aluminio y elotro es acero, a temperatura ambiente (20o C) el listónde aluminio es 1 % más corto que el listón de acero. De-termine la temperatura a la que los dos listones tienenel mismo largo.

Pregunta 9. 13 — Una barra de 2.0 m de latónesta unida a un muro, del otro extremo una barra de1.0 m de aluminio esta unido a otro muro, de modoque las barras están alineadas. A una temperatura de28 oC, el espacio entre las barras es de 1,3 × 10−3 m.Determine la temperatura a la que el espacio se hacecero. Considere que las paredes no se mueven.

Pregunta 9. 14 — Un péndulo simple consisteen un hilo delgado de plata que termina en una esferita.El periodo del péndulo es de 2.0000 s. Cuando la tem-peratura aumenta 140 oC, y la longitud del péndulocrece, determine el nuevo periodo.

Pregunta 9. 15 — A temperatura ambiente, unaesfera de plomo es 0.050 % más grande en diámetrodel agujero de una arrandela de acero. Determina elincremento mínimo de temperatura para que la esferapueda atravesar la arrandela.

Pregunta 9. 16 — Se colocan tres placas de concre-to de 2.4 m entre dos paredes rígidas que no se separanmas por la dilatación. Para evitar fracturas por la di-latación lineal, se necesita un espacio entre las placas,determine el mínimo espacio entre las placas cuando seincremente al temperatura 32 oC desde la temperaturaambiente

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 10

Transferencia de calor


Pregunta 10. 1 — ¿Por qué es difícil estimar latemperatura de las cosas por medio del sentido del tac-to?

Pregunta 10. 2 — ¿Por qué las ventanas dobles(termocristales) mantienen caliente una casa en invier-no?

Pregunta 10. 3 — Si eres sorprendido durante unahelada con sólo una vela como fuente de calor, ¿es-tarías más caliente en un igloo esquimal o una chozade madera?

Pregunta 10. 4 — En las regiones desérticas, lascuales son calientes en el día y frías por las noches.Las paredes de la casas suelen estar hechas de barro¿Por qué es importante que las paredes sean de granespesor?

Pregunta 10. 5 — Es posible hervir agua en un va-so de papel que se coloque sobre una flama caliente.¿Por qué no se quema el vaso de papel?

Pregunta 10. 6 — Cuando es de día en la Luna, lasuperficie de este satélite es lo suficientemente calientepara fundir la soldadura. ¿Por qué esto no ocurre en laTierra?

Pregunta 10. 7 — Si se desea enfriar una botellagrande con líquido poniéndolo en contacto con el hielo,

¿debe colocarse sobre la parte superior o bajo la infe-rior del bloque de hielo?

Pregunta 10. 8 — Es posible hervir agua en un va-so de papel que se coloco sobre la flama caliente. ¿Porqué no se quema el papel?

Pregunta 10. 9 — Es posible colocar los dedos muycerca y al lado de la flama de una vela sin quemarse,pero ¿Por qué no s quemamos si ponemos los dedosencima de la misma flama?

Pregunta 10. 10 — en un cuarto tranquilo, el hu-mo de cigarrillo algunas veces se eleva en el aire y seestaciona si alcanzar el techo. Explique por qué.

Pregunta 10. 11 — ¿Por qué esperarías que una so-la molécula de helio se elevara continuamente en unaatmósfera de nitrógeno y oxigeno?

Pregunta 10. 12 — Si se calienta un volumen deaire, éste se calienta. ¿Se deduce de esto que si se dilataun volumen de aire, éste se calienta?

Pregunta 10. 13 — ¿Qué tiene que ver el alto calorespecífico del agua con las corrientes de convención enel aire sobre las playas?

Pregunta 10. 14 — ¿Por qué es importante pintar

39

Soluc

iones

De Físic

a

40 CAPÍTULO 10. TRANSFERENCIA DE CALOR

de color blanco los invernaderos durante el verano?

Pregunta 10. 15 — Durante un día soleado peromuy frió el lector viste un abrigo negro y otro trans-parente de plástico. ¿Cuál debe de debe usar en el lado

de afuera para un calentamiento máximo?

Pregunta 10. 16 — ¿Es importante convertir lastemperaturas a la escala Kelvin cuando se emplea laley de enfriamiento de Newton? Explique

10.2. Ejercicios de máquina de Carnot

Pregunta 10. 17 — cinco mil joules de calor sesuministran a una maquina de Carnot cuyos reservo-rios caliente y frío tienen temperaturas de 500 y 200 K,respectivamente. ¿Cuánto calor es convertido en traba-jo?

Pregunta 10. 18 — Una maquina de Carnot operacon una eficiencia del 27.0 %, cuando la temperatura enel reservorio frío es de 275 K. Asumiendo que la temper-atura del reservorio caliente es invariante. ¿Cuál debeser la temperatura del reservorio frío para aumentar laeficiencia hasta un 32.0 % ?

Pregunta 10. 19 — Una maquina de Carnot tieneuna eficiencia de 0.700 y la temperatura de su reser-vorio frío es 378 K a) determine la temperatura delreservorio caliente b) Si 5230 J de calor es expulsa-do del reservorio frío, que cantidad de calor entra a lamáquina.

Pregunta 10. 20 — Una máquina realiza 18 500 Jde trabajo y expulsa 6550 J de calor dentro de un reser-vorio frío a 285 K. ¿Cuál puede ser la mínima temper-atura del reservorio caliente?

10.3. Preguntas conceptuales de primera ley de la termo

Pregunta 10. 21 — Considere un trozo de metalcon temperatura de 10 oC . Si se le calienta el doble,¿Cuál será su temperatura? ¿Por qué la respuesta noes 20 oC ?

Pregunta 10. 22 — el café caliente se suele enfri-ar con moviendo una cucharita en el líquido. Estemovimiento esta suministrando energía al café. En-

tonces, ¿Por qué no se calienta el café cuando lo muevecon una cucharita?

Pregunta 10. 23 — Cundo se comprime el aire,¿por qué se incrementa su temperatura?

Pregunta 10. 24 — ¿Por qué los motores Diesel nonecesitan bujías?

Soluc

iones

De Físic

aParte III

Vibraciones y ondas

41

Soluc

iones

De Físic

a

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 11

Ondas y vibraciones

11.1. Preguntas Conceptuales

Pregunta 11. 1 — Un reloj de péndulo que es ex-acto al nivel del mar, ¿se adelantará o se retrasara sise coloca en lo alto de una montaña?

Pregunta 11. 2 — Si un péndulo se acorta, ¿qué lesucede a su periodo? ¿Qué le sucede a su frecuencia?

Pregunta 11. 3 — Ud. Hace oscilar un porta tra-jes vació a su frecuencia natural. Si estuviera lleno delibros, ¿seria menor, mayor o igual que antes su fre-cuencia normal?

Pregunta 11. 4 — ¿Es mayor o menor el tiempoque se requiere para el vaivén (el periodo) en un colum-pio de los que hay en los parques de recreación cuandoun niño se pasea de pie en vez de sentado? Explique

Pregunta 11. 5 — ¿Por qué las personas bajas tien-den a mover más rápidamente los pies que las personasaltas?

Pregunta 11. 6 — ¿Qué clase de movimiento debeimpartirse a la punta de una manguera de jardín paraque el chorro de agua resultante se aproxime a unacurva senoidal?

Pregunta 11. 7 — Si se abre la llave del gas duranteunos cuantos segundos, alguien a unos dos metros dedistancia escuchara el gas que se escapa mucho antes

que olerlo. ¿Qué indica ésto sobre la forma en que sepropagan las ondas sonoras?

Pregunta 11. 8 — si se duplica la frecuencia de unobjeto en vibración, ¿Qué le ocurre al periodo?

Pregunta 11. 9 — ¿Cuál es la frecuencia de unminutero?

Pregunta 11. 10 — Se deja caer una piedra en elagua y se dispersan ondas sobre la superficie lisa dellíquido. ¿Qué se hace la energía en estas ondas cuandose extinguen?

Pregunta 11. 11 — ¿Por qué se ve el relámpagoantes de que se escuche el trueno?

Pregunta 11. 12 — ¿Existe el efecto Doppler cuan-do el movimiento de la fuente es perpendicular al deloyente? Explique

Pregunta 11. 13 — ¿Cómo ayuda el efecto Dopplera la policía para detectar a los conductores rápidos?

Pregunta 11. 14 — ¿Seria más ancho, mas angostoo permanecería constante el ángulo cónico de una on-da de choque en el caso de un avión supersónico másrápido?

43

Soluc

iones

De Físic

a

44 CAPÍTULO 11. ONDAS Y VIBRACIONES


Pregunta 11. 15 — Si el extremo de una cuerda pe-sada se une al de una cuerda ligera, la velocidad de unaonda cambiara cuando pase de la cuerda pesada a laligera. ¿La velocidad aumenta o disminuye? ¿Qué lepasa a la frecuencia? ¿Y a la longitud de onda?

Pregunta 11. 16 — Si un resorte se corta a la mi-tad, ¿qué le pasa a la constante del resorte?

Pregunta 11. 17 — Un sistema objeto-resorte ex-perimenta movimiento armónico simple con una am-plitud A ¿cambia la energía total si la masa se duplicapero la amplitud no cambia? Las energía cinética y po-tencial en un punto dado de su movimiento, ¿resultan

afectadas por el cambio de masa? Explique sus conclu-siones.

Pregunta 11. 18 — La rapidez del sonido en el aire,es de 343 m/s, es una rapidez enorme en comparacióncon la rapidez de los objetos comunes. Sin embargo, larapidez del sonido es del mismo orden de magnitud quela rapidez rms de las moléculas de aire a una atmósferay 20 oC, dada por la teoría cinética de los gases. ¿Esesto solo una coincidencia sorprendente? Explique surespuesta.

Pregunta 11. 19 — Si un sistema masa-resorte sesuspende verticalmente y se pone a oscilar ¿Por qué sedetiene finalmente el movimiento?

11.3. Posición, velocidad y aceleración como funciones del tiempo

Pregunta 11. 20 — El movimiento de un objeto es-tá descrito por la ecuación

x = (0,30m) cos(πt/3)

Encuentre (a) la posición del objeto en t = 0s y t =0,60s, (b) la amplitud de movimiento, (c) la frecuenciadel movimiento, y (d) el periodo del movimiento

11.4. Movimiento de un péndulo

Pregunta 11. 21 — Un hombre entra en una eleva-da torre, con el deseo de saber su altura. Observa queun péndulo largo se extiende desde el techo hasta elpiso y que su periodo es de 15.5 s (a) ¿Cuánto mide latorre? (b) Si el péndulo es llevado a la Luna, donde laaceleración en caída libre es de 1.67 m/s2, ¿cuál es elperiodo ahí?a)

T = 2πL

gt despejando la longitud

L = gT 2

4π2

L = gT 2

4π2

L = 59,6m

b) Entonces, el perido en la Luna

T = 2πL

gt con los datos tenemos

T = 37,5s

Pregunta 11. 22 — Un péndulo de segundos esaquel que se mueve en su posición de equilibrio unavez por segundo (el periodo del péndulo es de 2.000 s).La longitud de un péndulo de segundos es de 0.9927 men Tokio y 0.9942 m en Cambridge, Inglaterra. ¿Cuál esla razón entre las aceleraciones en caída libre en estosdos lugares?

Pregunta 11. 23 — Una onda viajera en la direc-ción x positiva tiene una frecuencia de 25.0 Hz, comose ve en la figura ??. Encuentre la (a) amplitud, (b)longitud de onda, (c) el periodo y (d) rapidez de laonda.

Soluc

iones

De Físic

a

11.6. LA NATURALEZA DE LAS ONDAS 45

Pregunta 11. 24 — Un murciélago puede detectarpequeños objetos, un insecto por ejemplo, cuyo tamañoes aproximadamente igual a una longitud de ondadel sonido que emite el murciélago. Si los murciélagosemiten un chirrido una frecuencia de 105Hz y la rapi-dez del sonido en el aire es de 340 m/s, ¿cuál el insectomás pequeño que puede detectar un murciélago?

Pregunta 11. 25 — Si la frecuencia de oscilación deuna onda emitida por una estación de radio FM es de88.0 MHz, determine (a) el periodo de vibracion de laonda y (b) su longitud de onda. (Las ondas de radioviajan a la rapidez de la luz, 3,00x108m/s).

Pregunta 11. 26 — Un piano emite ondas sonorascon frecuencias que varían de 25 Hz a 4 200 Hz. En-cuentre la gama de longitudes de onda que abarca esteinstrumento. La rapidez del sonido en el aire es deaproximadamente 343 m/s

Pregunta 11. 27 — Una onda armónica se desplazaa lo largo de una cuerda. Se observa que el osciladorque genera las ondas completa 40.0 vibraciones en 30.0s. También, una cresta particular viaja 425 cm a lolargo de una cuerda en 10.0 s. ¿Cuál es la longitud deonda?

11.5. La rapidez de ondas en cuerdas

Pregunta 11. 28 — Una cuerda de teléfono mide4.00 m de largo. La cuerda tiene una masa de .200kg. Un pulso transversal de onda se produce al pulsarun extremo de la cuerda tensa. El pulso hace cuatroviajes de ida y vuelta a lo largo de la cuerda en 0.800s ¿Cuál es la tensión de la cuerda?

Pregunta 11. 29 — Un cirquero estira un trapecioentre dos torres. Luego golpea un extremo de la cuerday envía una onda a lo largo de ella hacia la otra torre.Observa que la onda tarda 0.800 s para llegar a la torre

opuesta, situada a 20.0m, de distancia. Si un tramode 1.0 m de la cuerda tiene una masa de 0.350 kg,encuentre la tensionen la cuerda floja.

Pregunta 11. 30 — Se mantiene tensión en unacuerda, como se ve en la figura. La rapidez observa-da de la onda es de 24 m/s cuando la masa suspendidaes de 3.0 kg. (a) ’?Cuál es la masa por longitud de lacuerda? (b) ’?Cúal es la rapidez de la onda cuando lamasa suspendida es de 2.0 kg?

11.6. La naturaleza de las ondas

Pregunta 11. 31 — La luz es una onda electro-magnética que viaja en el vacío con una velocidad de3,00x106 m/s. El ojo humano es más sensible a la luzamarillo-verdosa, a la longitud de onda de 5,45x10−7

m. ¿Cuál es la frecuencia de esta luz?

Pregunta 11. 32 — Una onda longitudinal con unafrecuencia de 3.0 Hz le toma 1.7 s. viajar 2.5 m de unresorte de juguete. Determine la longitud de onda.

Pregunta 11. 33 — Considere los vagones de untren. Suponga que 15 vagones pasan en 12.0 s y ca-da uno tiene una longitud de 14.0 m a) ¿Cuál es lafrecuencia a la que cada vagón pasa? b) ¿Cuál es lavelocidad del tren?

Pregunta 11. 34 — un esquiador se mueve a8.4 m/s en la misma dirección que las ondas en un lago.Cada ves que pasa por una cresta, él siente un salto.

Soluc

iones

De Físic

a


La frecuencia de los saltos es de 1.2 Hz y las crestasestán separadas por 5.8 m ¿Cuál es la velocidad de laonda?

Pregunta 11. 35 — La velocidad de una onda

trasversal en una cuerda es de 450 m/s y la longitudde onda es de 0.18 m . La amplitud de la onda es de2.0 mm. ¿Cuánto tiempo requiere una partícula de laperturbación para moverse una distancia total de 1.0km?

11.7. Soluciones sobre Efecto Doppler

Pregunta 11. 36 — Estas manejando tu bicicletaalejándote de una fuente estacionaria de sonido y es-cucha una frecuencia 1.0 % menor que la frecuencia dela fuente. La velocidad del sonido es de 343 m/s. ¿Cuáles tu velocidad?

Pregunta 11. 37 — La alarma de un estacionamien-to se enciende y emite sonido con una frecuencia de960 Hz . La velocidad del sonido es de 343 m/s. con-duciendo atraviesas el estacionamiento y observas quela frecuencia cambia por 98 Hz. ¿A qué velocidad estasconduciendo?

Pregunta 11. 38 — Suponga que te detienes por la

señal del semáforo y una ambulancia se acerca detrásde ti. La ambulancia tiene una velocidad de 18 m/s.La sirena de la ambulancia produce un sonido con unafrecuencia de 955 Hz. La velocidad del sonido en el airees de 343 m/s. ¿Cuál es la longitud de onda del sonidoque alcanza tus oídos?

Pregunta 11. 39 — Una muchacha salta encuerda bungee. Ella se deja caer desde un punte y gri-ta con una frecuencia de 589 Hz. La temperatura delaire es 20 oC. ¿Cuál es la frecuencia que escuchan laspersonas en el suelo cuando ella cae a una distancia de–11.0 m de altura respecto al nivel del puente? Asumaque la chica se encuentra en caída libre.

11.8. Ejercicios de efecto Doppler

Pregunta 11. 40 — Dos trenes en vías sepa-radas se aproximan uno al otro. El tren 1 tiene unavelocidad de 130 km/h y, el tren 2, de 90.0 km/h . Eltren 2 hace sonar su silbato, emitiendo una frecuen-cia de 500 Hz ¿Cuál es la frecuencia escuchada por elmaquinista del tren 1?

Pregunta 11. 41 — Un murciélago que vuelaa 5.0 m/s emite un chirrido de 40 kHz . Si este pulso esreflejado por una pared, ¿cuál es la frecuencia del ecorecibido por el murciélago?

Pregunta 11. 42 — Un estudiante de física estade pie junto a las vías cuando un tren pasa lentamentepor ahí. El observa que la frecuencia del silbato del trenes de 442 Hz cuando el tren se aproxima y de 441 cuan-

do se aleja de él . A partir de esta observación, él puedecalcular la rapidez del tren. ¿Qué valor encuentra?

Pregunta 11. 43 — Un matrimonio se emo-ciona al escuchar, mediante un detector de movimien-to ultrasónico, el latir del corazón de su bebé que to-davía esta en el vientre de la madre. Suponga que lapared ventricular del feto se mueve con movimientoarmónico simple con amplitud de 1.80 m y una fre-cuencia de 115 por minuto. (a) Encuentre la rapidezlineal máxima de la pared del corazón. Suponga queel detector de movimiento en contacto con el abdomende la madre produce sonido a exactamente 2 MHz ,que atraviesa el tejido a 1.50 km/s (b) encuentre lafrecuencia máxima a la que llega el sonido a la pareddel corazón del bebé. (c) Calcule la máxima frecuenciaa la que el sonido reflejado es recibido por el detec-tor de movimiento. (Al .escuchar electrónicamente.ecoscon una frecuencia diferente de la frecuencia emitida,el detector de movimiento produce pitidos audibles ensincronización con los latidos del corazon del feto)

Soluc

iones

De Físic

a

11.9. ONDAS ESTACIONARIAS EN COLUMNAS DE AIRE 47

Pregunta 11. 44 — Un diapasón que vibra a512 Hz cae desde el reposo y acelera a 9.80 m/s2. ¿Aque distancia esta el diapasón, desde el punto en quecae, cuando a ese punto llega ondas de 485 Hz de fre-cuencia? Tome la rapidez del sonido en el aire como de340 m/s

Pregunta 11. 45 — Un avión supersónico que vuelaa Mach 3 a una altitud de 20 000 m está directamentesobre el pinto en el tiempo t = 0 , como se ve en la

figura (a) ¿Cuánto tiempo transcurre antes de que elobservador en tierra encuentre la onda de choque? (b)¿Dónde estará el avión cuando finalmente sea escucha-do? (Suponga que el valor promedio de 330 m/s parala rapidez del sonido en el aire).

Pregunta 11. 46 — Un avión Concorde vuela aMach 1.5, lo cual significa que la rapidez del avión es1.5 veces la rapidez del sonido en el aire. ¿Cuál es elángulo entre la dirección de propagación de la onda dechoque y la dirección de la velocidad del avión?

11.9. Ondas estacionarias en columnas de aire

Pregunta 11. 47 — La tráquea de una grullablanca común mide 5.0 pies de largo. ¿Cuál es la másbaja frecuencia resonante de está tráquea si se suponeque es un tubo cerrado en un extremo? Suponga quela temperatura es de 37o

Pregunta 11. 48 — El canal auditivo del oído hu-mano mide 2.8 cm de largo. Si se considera como untubo abierto en un extremo y cerrado en el tímpano,¿cuál es la frecuencia fundamental donde la audibilidades más sensible? (Tome la rapidez del sonido como 240m/s)

11.10. Pulsaciones

Pregunta 11. 49 — Dos cuerdas idénticas de man-dolina, bajo una tensión de 200 N, presentan tonos confrecuencias de 523 Hz. La clavija de una cuerda resbala

ligeramente y la tensión en ella baja a 196 N. ¿Cuántaspulsaciones por segundo se escuchan?

11.11. El oído

Pregunta 11. 50 — Si el canal auditivo humanopuede considerarse como semejante a un tubo deórgano, cerrado en un extremo, que resuena a una fre-cuencia fundamental de 3 000 Hz, ¿cuál e la longituddel canal? (Utilice la temperatura normal del cuerpohumano 37oC para determinar la rapidez del sonido enel canal).

Pregunta 11. 51 — Algunos estudios sugierenque el límite superior de frecuencia de audibilidad es-tá determinado por el tímpano. La longitud de ondade sonido y el diámetro del tiempazo son aproximada-mente iguales en este límite superior. Si esto es cierto,¿cuál es el diámetro del tímpano de una persona capazde escuchar 20 000 Hz? (Suponga una temperatura cor-poral de 37oC)

11.12. El péndulo

Soluc

iones

De Físic

a


Pregunta 11. 52 — Un péndulo es construidocon un cilindro delgado, rígido y uniforme; unido auna pequeña esfera (la que esta del lado opuesto delpivote). Este estructura se puede considerar muy bien

un péndulo simple (con un periodo de 0.66 seg); porquela masa de la esfera (plomo) es mayor a la del cilindro(aluminio). Cunado la esfera es removida, la estructurase debe considerar como un péndulo esférico. Determi-na el periodo del péndulo físico.

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 12

Sonidos musicales

12.1. Ejercicios

Pregunta 12. 1 — ¿Se ocasiona un daño perma-nente al sentido del oído cuando se asiste a conciertos,discotecas o funciones que se caracterizan por presentarmúsica muy intensa?

Pregunta 12. 2 — Explique cómo puede produciruna nota de baja altura en una guitarra modificando(a) la longitud de la cuerda, (b) la tensión de la cuerday (c) el diámetro o la masa de la cuerda.

Pregunta 12. 3 — ¿Por qué la masa por unidad delongitud es mayor para las cuerdas graves de una gui-tarra?

Pregunta 12. 4 — Al ser pulsada una cuerda deguitarra, ¿Vibraría por mayor tiempo de no existir lacaja de resonancia? ¿Por qué?

Pregunta 12. 5 — Si se toca muy levemente unacuerda de guitarra por su parte media, puede es-cucharse un tono puro que esta una octava por encimadel fundamental de esa cuerda. Explique.

Pregunta 12. 6 — Si una cuerda de guitarra vibraen dos segmentos, ¿Dónde se puede sostener un pe-queño trozo de papel doblado sin que se vuele? ¿Cuán-tos trozos de papel doblado se podrán sostener de modosimilar si la forma de onda fuera de tres segmentos?

Pregunta 12. 7 — Si se reduce la longitud de ondade una cuerda en vibración, ¿qué efecto tiene esto sobrela frecuencia de la vibración y sobre la altura?

Pregunta 12. 8 — La amplitud de una ondatransversal en una cuerda estirada es el máximo de-splazamiento de la cuerda desde su posición de equilib-rio ¿A qué corresponde la amplitud de una onda sonoralongitudinal en el aire?

Pregunta 12. 9 — ¿Cuál de las notas musicales ex-hibidas una a la vez en un osciloscopio tiene mayoraltura? ¿Cuál tiene mayor sonoridad?

Pregunta 12. 10 — En un sistema de altavoces obocina de alta fidelidad, ¿por qué el de las graves esmás grande que el de los agudos?

Pregunta 12. 11 — Una persona tiene un umbralde audición de cinco decibeles, y otra de 10 decibeles.¿Cuál persona tiene el oído más agudo?

Pregunta 12. 12 — ¿Cuánto más intenso es unsonido de 10 decibeles que el umbral de audibilidad?,¿de 30 decibeles?, y ¿de 60 decibeles?

49

Soluc

iones

De Físic

a

50 CAPÍTULO 12. SONIDOS MUSICALES

Pregunta 12. 13 — ¿Cuánto más intenso es unsonido de 40 decibles que uno de 30 decibeles?

Pregunta 12. 14 — Cuando una persona habla de-

spués de inhalar helio gaseoso, su voz es más aguda.Esto se debe principalmente a que las partículas delhelio se mueven más rápido que las del aire al pasarpor las cuerdas vocales. ¿Por qué las partículas de he-lio se mueven más rápido?

Soluc

iones

De Físic

aParte IV

Electricidad y magnetismo

51

Soluc

iones

De Físic

a

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 13

Electrostatica


Pregunta 13. 1 — La intensidad de la fuerza grav-itacional entre un par de electrones es increíblementediminuta en comparación con la fuerza eléctrica, sinembargo, la de gravitación es la fuerza predominanteentre los cuerpos celestes. ¿Por qué?

Pregunta 13. 2 — ¿Cuál es la fuerza fundamentalsubyacente a todas las fuerzas "químicas¿

Pregunta 13. 3 — ¿En qué se parecen la ley de

Coulomb y la ley de gravitación de Newton? ¿En quédifieren?

Pregunta 13. 4 — ¿En cuanto disminuye la fuerzaeléctrica entre un par de cuerpos cargados al duplicarsu separación? ¿Y su se triplica?

Pregunta 13. 5 — Cite tres diferencias importantesentre las fuerzas eléctricas gravitacionales y las eléctri-cas.

13.2. Ejercicios

Pregunta 13. 6 — No sentimos las fuerzas gravita-cionales que existen entre nosotros y los objetos quenos rodean, debido a que estas fuerzas son pequeñas enextremo. En comparación, las fuerzas son extremada-mente enormes. Puesto que nosotros y los objetos quenos rodean estamos compuestos de partículas cargadas,¿por qué no sentimos las fuerzas eléctricas?

Por un lado, la diferencia de cargas eléctricas, entrenosotros y los objetos, no suele ser muy grande, por locual no salen chispas de nuestros dedos en todo mo-mento.

Pregunta 13. 7 — ¿Por qué las prendas de vestir seadhieren entre sí después de haber sido secadas en unamaquina secadora?

Pregunta 13. 8 — Muchas pantallas de computa-dora, que trabajan con cinescopios, se llenan de polvo.Explique brevemente por qué

Pregunta 13. 9 — Un hombre esta vestido comple-tamente con una armadura metálica y le cae un rayo.¿El hombre sufre daño por la descarga eléctrica?

53

Soluc

iones

De Físic

a

54 CAPÍTULO 13. ELECTROSTATICA

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 14

Corriente electrica

14.1. Preguntas coplementarias

Pregunta 14. 1 — Tenemos dos bombillas idénticasen todas sus caracteristicas, excepto que el filamnte deuna de ellas es más grueso que el de la otra. Si las conec-tamos a una pila, cerrando el circuito, las bombillas se

encenderán, Sin embargo

(a) Si se conectan en serie, ¿cuál será la bombilla quebrille más? (b) Si se conectan en paralelo, ¿cuál serála bombilla que brille más? (c) Ambas bombillas bril-larán por igual, tanto si se conectan en serie como si seconectan en paralelo.

55

Soluc

iones

De Físic

a

56 CAPÍTULO 14. CORRIENTE ELECTRICA

Soluc

iones

De Físic

aParte V

La luz

57

Soluc

iones

De Físic

a

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 15

Ondas electromagneticas

15.1. Ejercicios

15.2. Espectro electromagnetico

Pregunta 15. 1 — Algunos rayos X producidos porfuentes de rayos X tiene una longitud de onda de 2.1nm. Determina la frecuencia de estas ondas electro-magnéticas.

Pregunta 15. 2 — Un canal de televisión, el 3 porejemplo, emite en una frecuencia de 63.0 MHz (VHF),mientras que otro canal emite una frecuencia de 527MHz (UHF), por ejemplo el canal 23. Encuentra larazón (VHF/UHF) de las longitudes de onda de estasemisoras.

Pregunta 15. 3 — El ojo humano es mas sensi-ble a la luz de una frecuencia de de 5,5×1014 Hz, que esla región amarillo-verde del espectro electromagnético.¿Cuántas longitudes de onda de esta luz pueden caberen una distancia de 2.0 cm?, casi el grueso de un pulgar.

Pregunta 15. 4 — Imágenes de resonancia mag-nética, o por sus siglas en ingles MRI; tomografía poremisión de positrones, o por sus siglas en ingles PET.Son dos técnicas de diagnostico médico. Ambas em-plean ondas electromagnéticas. Encuentre la razón dela longitud de onda entre MRI (frecuencia = 6,38×107

Hz ) y PET (frecuencia = 1,23 × 1020 Hz).

Pregunta 15. 5 — Algunos televisores usan ante-nas de .orejas de conejo". Estas antenas consisten en

dos delgados cilindros metálicos. La longitud de cadacilindro puede ser ajustada para ser un cuarto de lalongitud de onda de una onda electromagnética de 60MHz de frecuencia. Que tan largo es cada cilindro.

Pregunta 15. 6 — Dos ondas de radio son usadasen la operación de un teléfono celular. Al recibir unallamada, el aparato detecta la onda emita a una fre-cuencia que una base transmisión. Para enviar un men-saje el teléfono envía una diferente frecuencia. Supongaque la longitud de onda de una estación de trasmisiónes 0.34339 m y la longitud de onda de emisión delteléfono celular es 0.36205 m. Empleando el valor de2,9979× 108 m/s para la velocidad de la luz. Determi-na la diferencia entre las dos frecuencias usadas en laoperación de un teléfono celular.

Pregunta 15. 7 — Las ondas electromagnéti-cas, son ondas transversales, como las de una cuerda.Las ondas electromagnéticas también pueden ser ondasestacionarias, por ejemplo en un microondas. Cuandola distancia entre un nodo y el antinodo adyacente esde 0.50 cm, determina la frecuencia de ese microondas.

Pregunta 15. 8 — El campo eléctrico de unaonda electromagnética viajera es representada matemáti-camente como:

59

Soluc

iones

De Físic

a

60 CAPÍTULO 15. ONDAS ELECTROMAGNETICAS

E = E0 sin[(1,5 × 1010s−1)t − (5,0 × 101m−1)x]

donde E0 es el máximo que el campo puede alcanzar.

(a) Determine la frecuencia de la onda, (b) Esta onday la onda que se forma por reflexión crean una ondaestacionaria. Determina la separación entre nodos ady-acentes en la onda estacionaria.

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 16

Emisión de luz

16.0.1. La velocidad de la luz

Pregunta 16. 1 — La estrella más brillante en elcielo nocturno es Sirio, que esta a una distancia de8,3 × 1016 m. Cuando vemos esta estrella, determina

que tan alejado del tiempo estamos viéndola. Expresatu respuesta en años (recuerda que hay 365 1

4 días enun año).

16.0.2. Energia transportada por ondas electromagneticas

Pregunta 16. 2 — Un láser emite un delgado hazde luz. El radio del haz es de 1,0×10−3 m y su potencia

es de 1,2 × 10−3 W. Determina la intensidad del hazláser.

16.1. El efecto Doppler y ondas electromagneticas

Pregunta 16. 3 — Una galaxia distante emite luzque tiene una longitud de onda de 434,1 nm. En laTierra, la longitud de onda medida es 438,6 nm. (a)Determine si la galaxia esta acercándose o alejándosede la Tierra, (b) determine la velocidad de la galaxiarespecto de la Tierra.

Pregunta 16. 4 — Un policía en reposo tiene unapistola de radar electromagnético. Esta herramientaemite una frecuencia de 7,0×109 Hz. La onda alcanza aun auto que se aleja y después se refleja para ser detec-tada por un sensor en la misma pistola. La frecuenciadetectada es 320 Hz menor que la frecuencia original.Determina la velocidad del auto.

Pregunta 16. 5 — Una galaxia con forma espi-

ral y distante esta simultáneamente rotando y dismin-uye su velocidad respecto de la Tierra, como muestrala figura del ejercicio. El centro de la galaxia dismin-uye su velocidad a uG = 1,6 × 106 m/s. Los brazosequidistantes al centro de la galaxia, marcados como Ay B, tienen una velocidad tangencial de vT = 0,4× 106

m/s. Cada brazo emite diferente de la frecuencia orig-inal 6,200 × 1014 Hz. Encuentre la frecuencia de la luzde medida del brazo A ydel B.


61

Soluc

iones

De Físic

a

62 CAPÍTULO 16. EMISIÓN DE LUZ

Pregunta 16. 6 — ¿Ha tenido la oportunidad el lec-tor de observa un incendio y notar que al quemarsemateriales diferentes producen llamas de colores difer-entes? ¿Cuál es la razón de que suceda así?

Pregunta 16. 7 — La luz ultravioleta produce lasquemaduras de Sol, en tanto que la luz infrarroja nolas produce. ¿Por qué?

Pregunta 16. 8 — Si se duplica la frecuencia de laluz, duplicamos su energía. Si en lugar de lo anteri-or duplicamos la longitud de onda de la luz, ¿Qué lesucede a la energía?

Pregunta 16. 9 — ¿Por qué no es cierto que final-mente se .agoten"los átomos excitados en un anunciode neon y éste produzca una luz cada vez más tenue?

Pregunta 16. 10 — Si se hiciera pasar la luz através de un agujero redondo y no a través de una ra-nura delgada, en un espectroscopio, ¿cómo se verían laslíneas espectrales? ¿Por qué resultaría desventajoso unagujero en comparación con una ranura?

Pregunta 16. 11 — Si investigamos con un prismao una rejilla de difracción la luz emitida por un tubo

de neon común y la emitida por un láser de helio-neon,¿Qué notable diferencia vemos?

Pregunta 16. 12 — ¿Cuál es la evidencia para afir-mar que existe hierro en el gas frió que rodea al Sol?

Pregunta 16. 13 — ¿Cómo podrían distinguirseentre las líneas de Fraunhofer que aparecen en el es-pectro de la luz solar debidas a la absorción en la at-mósfera del Sol, y las que se deben a la absorción porlos gases de la atmósfera terrestre?

Pregunta 16. 14 — ¿Ocurre la excitación atómicaen los sólidos así como en los gases? ¿Cuál es la difer-encia ente la radiación de un sólido incandescente y laemitida por un gas excitado?

Pregunta 16. 15 — El filamento de un foco se fab-rica con tungsteno. ¿Por qué obtenemos un espectrocontinuo, en lugar de un espectro de líneas de tung-steno, si se ve la luz de un foco incandescente con unespectroscopio?

Pregunta 16. 16 — ¿Por qué son tan brillantes loscolores fluorescentes?

16.3. Índices de fracción

Pregunta 16. 17 — El índice de refracción de losmateriales A y B tiene una razon de nA/nB = 1,33. Lavelocidad de la luz en el material A es de 1,25 × 108

m/s. Determina la velocidad de la luz en el material B.

Pregunta 16. 18 — La velocidad de la luz es 1.25veces más grande en el material A que un material B.Determine la razón nA/nB de los índices de refracciónen los materiales.

Pregunta 16. 19 — Una ventana de vidrio (n =1,5) tiene un espesor de 4,0×10−3 m. Determine cuan-to tiempo tarda la luz de atravesar perpendicularmentea la ventana.

Pregunta 16. 20 — En cierto tiempo, un hazde luz viaja 6,20 km en el vacío. Durante el mismotiempo, un haz de luz viaja solamente 3,40 en un líqui-do. Determine el índice de refracción en el líquido.

Pregunta 16. 21 — Una placa de hielo de un espe-sor de 2.0 cm, sobre la placa hay una hoja de de cuarzocristalino que tiene un espesor de 1.1 cm. Un haz deluz incide perpendicularmente a la superficie de la pla-ca de hielo; la luz viaja en y hielo y luego en el cuarzo.Determine en centimetros cuando viajaría un haz deluz en el vacío, en el tiempo que la luz tarda en salirde los dos materiales.

Soluc

iones

De Físic

a

16.5. POLARIZACIÓN Y LA REFRACCIÓN Y REFLEXIÓN DE LA LUZ 63

16.4. Ley de Snell y refracción de la luz

Pregunta 16. 22 — Un haz de luz en el aire es in-cidente en una superficie de agua a un ángulo de inci-dencia 43o. Encuentra (a) el ángulo de refracción y (b)el ángulo de refracción

Pregunta 16. 23 — Un nadador, quien esta viendohacia arriba desde adentro de una alberca, divisa a unallanta de alberca flotando. Para el nadador la llantatiene un diámetro de 1 metro. Determine el diámetroreal de la llanta.

Pregunta 16. 24 — La figura del ejercicio muestrauna moneda en el fondo de un pecera llena de un líqui-do desconocido. Un rayo de luz viaja desde la monedahasta la superficie, es refractado en la superficie y escaptado por un observador. Determine la velocidad dela luz en el líquido.

Pregunta 16. 25 — de la figura de este proble-ma, suponga que el ángulo de incidencia θi = 30,0o, elespesor de la placa de vidrio es de 6.00 mm, y que elíndice de refracción del vidrio es nr = 1,52. Encuen-tre la cantidad (en milímetros) en el haz emergente esdesplazado relativo al rayo incidente.

Pregunta 16. 26 — El diagrama de este ejerci-cio muestra a un bloque rectangular de vidrio (nv =1,52) rodeado de un aceite (no = 1,63). Cuando unrayo de luz incide en el bloque a un ángulo de 30o,determine el ángulo (θof ) con el cual el rayo de luzabandona al bloque.

Pregunta 16. 27 — Un observador esta arribaun objeto sumergido. Para esta situación deduzca parala profundidad aparente: d′ = d(n2/n1), donde d es laprofundidad real, n2 es el índice de refracción del mediorefractado, n1 es para el medio de incidencia. Empleela ley de Snell y el hecho que los a ángulos pequeñosobedece a tanθ ≈ sin θ.

Pregunta 16. 28 — Un vaso tiene una altura de30.0 cm. La mitad inferior del vaso es llenada con agua,mientras que la mitad superior es llenada con aceite(n = 1,48). Determine la profanidad aparente que leparece a una persona, quien observa desde la parte su-perior del vaso.

16.5. Polarización y la refracción y reflexión de la luz

Pregunta 16. 29 — Cuando la luz incide en una su-perficie entre dos materiales desde la parte superior. Elángulo de Brewster es 65,0o. Determine el ángulo deBrewster cuando la luz incide a la misma superficie,pero desde la parte de abajo.

Pregunta 16. 30 — Luz incide desde el aire en una

placa (n = XX). Cuando la luz es reflejada 100

Pregunta 16. 31 — Luz es reflejada de un vidrio so-bre una mesa. Cuando el ángulo de incidencia es 56,7o,la luz reflejada es polarizada completa y paralelamente,respecto a la superficie del vidrio, determine el índicede refracción de este vidrio.

Soluc

iones

De Físic

a

64 CAPÍTULO 16. EMISIÓN DE LUZ

Pregunta 16. 32 — Cuando luz roja en el vacíoincide al ángulo de Brewster sobre cierto tipo de vidrio,el ángulo de refracción es de 29,9o. Determine (a) elángulo de Brewster y (b) el índice de refracción delvidrio.

Pregunta 16. 33 — En el ángulo de Brewster,El ángulo de reflexión más el ángulo de refracción es de90o, Pruebe que el ángulo de reflexión mas el ángulode reflexión es de 90o

16.6. Dispersión de la luz: prismas y arcoiris

Pregunta 16. 34 — Un rayo de luz solar atraviesaun diamante y entra luego en un vidrio c crown. El ángulo de incidencia es de 35,00o. Los índicesde refracción para las componentes azul y roja son:azul (ndiamante = 2,444, ncrown = 1,531), y rojo(ndiamante = 2,410, ncrown = 1,520). Determine el án-gulo entre los rayos refractados rojo y azul en el vídrocrown.

Pregunta 16. 35 — Un haz de luz solar se encuen-tra con una placa de vidrio crown a un ángulo de in-cidencia de 45,00o. Utilizando una tabla, encuentre elángulo entre el rayo violeta y el rayo rojo en el vidrio.

Pregunta 16. 36 — Luz roja (n = 1,520) y luz vio-leta (n = 1,538) viajando en aire e incide en una delga-da placa de vidrio. Ambos haces de colores entran conel mismo ángulo de transmisión. La luz roja entra con

un ángulo de incidencia de 30,00o. Determine el ángulode incidencia del rayo violeta.

Pregunta 16. 37 — rayos horizontales de luz roja(λ = 660 nm, en el vacío) y de luz violeta (λ = 410nm, en el vacío) inciden en un prisma de vidrio flint ,como se muestra en el diagrama de este ejercicio. Losíndices de refracción para la luz roja y violeta son 1.662y 1.698, respectivamente. Determine el ángulo de re-fracción para cada rayo que emerge del prisma.

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 17

Interferencia de la luz

17.1. Ejercicios de Difracción

Pregunta 17. 38 — Determine franjas oscurasse producirán en cualquier lado del máximo centralcuando la luz (λ = 651 nm ) es incidente en una rejillade 5,47 × 10−6 m de ancho.

Pregunta 17. 39 — La franja central formadopor una la rejilla presenta un patrón con un acho iguala la distancia entre la pantalla y la rejilla. Encuentrela razon entre la longitud de onda y el acho de la rejilla(λ/W ).

Pregunta 17. 40 — El ancho de una rejilla es

de 2,0× 10−5 m. Luz con una longitud de onda de 480nm pasa a través de esta rejilla e incide en una pan-talla localizada a 0.50 m . En el patrón de difracción,encuentre el ancho de la franja brillante que está en-seguida de la central franja brillante.

Pregunta 17. 41 — En un patrón de una re-jilla de una sola rejilla, la franja central es 450 vecesde ancho que la rejilla. La pantalla es 18 000 veces máslejos que el ancho de la rejilla. Determine la razón dela longitud de onda entre el ancho de la rejilla (λ/W ).Asuma que el ángulo donde se localiza la franja oscuraen la pantalla es pequeño, de modo que θ ≈ tan θ.

17.2. Ejercicios Miselaneos

Pregunta 17. 42 — Luz rojo de longitud de onda6 438 A , proveniente de una fuente puntual, pasa através de dos rendijas paralelas que están separadas1mm. Determine la distancia entre la línea (franja) cen-tral brillante y la tercera línea (franja) de interferenciaoscura, formada sobre una pantalla paralela al planode las ranuras a 1 m de la distancia

Pregunta 17. 43 — Dos placas de vidrio planas seencuentran perfectamente unidas en el extremo supe-rior y separado en el extremo inferior por una tira dehoja de estaño. El prisma de aire se examina con luzde sodio amarilla (5 893 A) reflejada normalmente por

sus dos superficies, y se observan 42 franjas oscuras deinterferencia. Calcúlese el espesor de la hoja de estaño.

Pregunta 17. 44 — Una mezcla de luz amarilla delongitud de onda 580 nm y de luz de longitud de on-da 450 nm, incide normalmente sobre una película deaire de 290 nm de espesor, ¿Cuál es el color de la luzreflejada?

Pregunta 17. 45 — Una película transparente devidrio, con un índice de refracción de 1.50, se intro-duce perpendicularmente en la trayectoria de uno delos haces de interferencia del interferómetro de Michel-

65

Soluc

iones

De Físic

a

66 CAPÍTULO 17. INTERFERENCIA DE LA LUZ

son, el cual está iluminado con luz azul de longitudde onda 486 nm. Esto origina 500 franjas oscuras quebarren el campo. Determínese el espesor de la pelícu-la (Sugerencia: considérese que la luz pasa dos vecesa través de la película de vidrio; el incremento en latrayectoria óptica de la luz reflejada por uno de losespejos es 2(n-1)d donde n es índice de refracción delvidrio, 1 es el índice de refracción del aire, y de es elespesor de la película).

Pregunta 17. 46 — Una ranura sencilla de ancho0.14 mm se ilumina con una luz monocromática y seobservan bandas de difracción sobre una pantalla lo-calizada a 2 m. Si la segunda banda oscura está 16 mmde la banda brillante central, ¿Cuál es la longitud deonda de la luz?

Pregunta 17. 47 — Una luz verde de longitud deonda 5000 A incide normalmente sobre una rejilla, y laimagen de segundo orden se difracta 32o de la normal.¿Cuántas lineas/cm estan marcadas en la rejilla?

Pregunta 17. 48 — En un experimento de doblerendija de Young se emplea luz con una longitud deonda de 630 nm. La separación entre las rendijas es de5,5×10−5m Encuentra los ángulos donde se localiza el(a) primer orden, (b) el segundo orden, (c) y el tercerorden de interferencia de franjas brillantes sobre unapantalla.

Pregunta 17. 49 — Una antena de transmisiónpara una estación de radio esta a una distancia de 7.00km de tu casa. La frecuencia de la onda electromagnéti-ca de la estación es de 536 kHz. La estación construyeuna segunda antena idéntica a la primera, la trans-misión de la fase es igual a la antena original. La nuevaantena está a 8.12 km de tu casa. En un receptor-radioen tu casa, ¿la interferencia de las ondas será contrac-tiva o destructiva?, muestra tus cálculos.

Pregunta 17. 50 — Una película transparente (np =1,43) es depositada sobre un sustrato de vidrio (nv =1,52); para formar un recubrimiento no reflector. Lapelícula tiene un grosor de 1,07 × 10−7 m. Determinela longitud de onda, en el vacío, máxima para la cualla película delgada fue depositada

Pregunta 17. 51 — El espacio de una puerta es de0.91 metros de ancho. (a) localiza el ángulo al cual selocaliza la primer franja oscura de difracción de Fraun-hofer para una onda de luz (longitud de onda = 660nm). (b) Repita la parte (a) con una onda de sonidode 440 Hz, asuma que la velocidad del sonido es de 343m/s.

Pregunta 17. 52 — Dos rejillas paralelas son ilumi-nadas por luz compuesta por dos longitudes de onda,una de las cuales es de 645 nm. Observando la pan-talla, la luz cuya longitud de onda es conocida producesu tercer franja oscura en el mismo lugar que la luz delongitud de onda desconocida produce su cuarta franjabrillante. Las franjas son contadas desde la franja cen-tral brillante (orden cero). Determina la longitud deonda desconocida.

Pregunta 17. 53 — Uno de telescopios más grandesdel mundo se encuentra en el observatorio Yerkes enWilliams Bay, Wisconsin. El objetivo del telescopiotiene un diámetro de 1,02 m. Dos objetos están a3,75× 104. Usando luz de longitud de onda de 565 nm.Determine que tan cerca pueden estar los objetos paraque puedan ser resueltos por el telescopio.

Pregunta 17. 54 — Determina el número máximode franjas brillantes que se pueden formar a un lado dela franja brillante central cuando luz con una longitudde onda de 625 nm (rojo) incide en una rejilla dobledonde la separación entre ranuras es de 3,76 × 10−6m.

Soluc

iones

De Físic

aCapítulo 18

Cuantos de luz


Pregunta 18. 1 — ¿Es verdadera o falsa la proposi-ción?: "La luz es la única cosa que en realidad vemos"

Pregunta 18. 2 — Diga cual es la diferencia entrefísica clásica y física cuántica

Pregunta 18. 3 — ¿Cómo puede la energía de unfotón estar dada por la fórmula E = hf , si f de lafórmula es la frecuencia de una onda?

Pregunta 18. 4 — ¿Cuál fotón tiene la mayor en-ergía, uno en infrarrojo, uno visible o uno en ultravio-leta?

Pregunta 18. 5 — Hablamos de fotones de luz rojay fotones de luz verde. ¿Podemos hablar de fotones deluz blanca? Explique

Pregunta 18. 6 — Un haz de luz roja y uno de luzazul tienen exactamente la misma energía. ¿Cuál haztiene el mayor número de fotones?

Pregunta 18. 7 — A medida que un sólido se

calienta y empieza a brillar, ¿por qué primero se verojo?

Pregunta 18. 8 — Los experimentos de física cuán-tica sustentan esta idea. El bromuro de plata (AgBr)es una sustancia sensible a luz que se emplea en al-gunos tipos de películas fotográficas. A fin de lograr laexposición de la película debe iluminarse con luz quetenga la energía suficiente para disociar las moléculas.¿Por qué al manejar esta película, en un cuarto oscurose emplea una luz roja? ¿Qué sucede si se emplea unaluz azul?

Pregunta 18. 9 — El bronceado por el Sol producedaños en las células de la piel. ¿Por qué la radiaciónultravioleta es capaz de producir este daño, en tantoque la radiación visible es inocua?

Pregunta 18. 10 — en el efecto fotoeléctrico, ¿es labrillantes o la frecuencia lo que determina el númerode electrones expulsados por segundo?

Pregunta 18. 11 — ¿Qué ventaja principal tieneun microscopio electrónico respecto a uno óptico?

67

Soluc

iones

De Físic

aIndex

kk, 4kk3, 4

68

Soluc

iones

De Físic

a

INDEX 69

document

preguntas fisica

Documents

preguntas conceptuales

correo y

polarizacin y

ondas y vibraciones

preguntas coplementarias

preguntas conceptales

preguntas complementarias

trabajo y energa