1. La temperatura en un día de verano en Santiago fue 34 [ C] la máxima y 8 [ C] la mínima. La variación de temperatura en kelvin para ese día fue

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GUICES009CB32-A16V1

Ciencias Básicas

Física

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Ejercicios PSU

1. La temperatura en un día de verano en Santiago fue 34 [°C] la máxima y 8 [°C] la mínima. La variación de temperatura en kelvin para ese día fue

A) 8 [K] B) 26 [K] C) 34 [K] D) 281 [K] E) 307 [K]

2. Si se tiene un líquido desconocido a 0 [°C] y se le aplica calor, entonces el líquido A) se dilatará.

B) se contraerá.

C) mantendrá su volumen.

D) se dilatará o se contraerá, nunca mantenga su volumen. E) se contraerá o mantendrá su volumen, nunca se dilatará.

3. Al calentar un alambre por un extremo, el calor se propaga a través de él por A) convección.

B) conducción. C) radiación.

D) convección y radiación. E) radiación y conducción.

4. “Es una magnitud que da cuenta de la mayor o menor agitación de las partículas que constituyen un cuerpo”. La definición anterior corresponde al concepto de

A) calor. B) convección. C) temperatura. D) dilatación. E) contracción.

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5. ¿A cuántos grados Celsius equivalen 0 [K], 100 [K] y 273 [K], respectivamente? A) 0, 100 y 273 B) 0, 173 y 273 C) 0, –173 y –273 D) –273, –173 y 0 E) –273, 373 y 546

6. Se tienen dos líquidos, P y Q, a distinta temperatura. Al medir la temperatura del líquido P con un termómetro graduado en Celsius registra 87 [°C], y al medir la temperatura del líquido Q con un termómetro graduado en kelvin registra 180 [K]. Al medir ambas temperaturas en kelvin y compararlas, es correcto afirmar que el líquido P tiene

A) un cuarto de la temperatura del líquido Q. B) la mitad de la temperatura del líquido Q. C) la misma temperatura del líquido Q. D) el doble de la temperatura del líquido Q. E) el cuádruple de la temperatura del líquido Q.

7. La dilatación es un fenómeno térmico, en el cual los cuerpos incrementan su tamaño al aumentar su temperatura. Para un aumento de temperatura definido, el grado de dilatación que experimente un cuerpo dependerá del tipo de material y del tamaño inicial del cuerpo.

En un experimento se tiene una caja abierta, de 1 [m] x 1 [m] x 1 [m], construida de un determinado material, y en la cual caben exactamente 27 esferas idénticas entre sí, hechas del mismo material de la caja, sin que quede espacio para ninguna otra esfera, tal como muestra la figura.

El conjunto (caja y esferas) es puesto en un horno y calentado, de manera que su temperatura experimenta un incremento de ∆T grados Celsius. Luego, la caja (conteniendo las esferas) es sacada del horno y sus lados son inmediatamente medidos, encontrándose que ahora tienen 1,2 [m] x 1,2 [m] x 1,2 [m], producto de la dilatación térmica experimentada.

Considerando el aumento registrado en las dimensiones de la caja, ¿cuántas esferas más caben en ella, cuando es recién sacada del horno?

A) 12,0 esferas B) 3,6 esferas C) 1,2 esferas D) 0,6 esferas E) 0 esferas

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8. Un cuerpo sólido de 20 [m] de largo, luego de ser sometido a una variación de temperatura desde 75 [°C] a 268 [K], experimentó una contracción de 8 [cm]. ¿Cuál es su coeficiente de dilatación lineal en [°C]–1?

A) 1 ∙ 10–5 D) 21 ∙ 10–6

B) 5 ∙ 10–5 E) 80 ∙ 10–6

C) 15 ∙ 10–5

9. La siguiente figura muestra tres termómetros diferentes, en los que se han marcado tres temperaturas distintas. Kelvin 0 K R K Celsius S ºC 0 ºC 100 ºC Fahrenheit −460 ºF T ºF 212 ºF

Basándose en la información entregada en la figura, ¿cuáles son los valores de las temperaturas faltantes R, S y T? R S T A) 273 −273 0 B) 373 0 32 C) 373 −273 32 D) 373 32 0 E) 373 −32

0

10. “Al aumentar la temperatura del líquido de 0 [°C] a 4 [°C], su volumen disminuye”. Esta afirmación se refiere

A) a cualquier líquido. B) al agua.

C) al oro en estado líquido.

D) al agua, pero solo en condiciones de laboratorio. E) al cobre.

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11. Respecto de la transmisión del calor por convección, es correcto afirmar que I) se requiere de una fuente de calor para que se produzca.

II) se produce en un medio material. III) se produce solo en los fluidos. A) Solo I

B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III

12. Max se encuentra en la playa y desea verificar la temperatura a la que hierve el agua, pero solo dispone de un termómetro con graduación Fahrenheit para poder hacerlo. ¿Cuál es la temperatura que deberá marcar el termómetro, una vez que el agua comience a hervir? (Tº de ebullición del agua a nivel del mar: 100 ºC)

A) 32 [ºF] B) 100 [ºF] C) 180 [ºF] D) 212 [ºF] E) 373 [ºF]

13. Un frasco de vidrio, cuya capacidad volumétrica es 1.000 [cm3], está lleno de mercurio. Si al calentar

100 [°C] el conjunto se derraman 15 [cm3] de mercurio, ¿cuál fue la dilatación que experimentó este

material? (Considere que el coeficiente de dilatación volumétrica del mercurio es 0,18 ∙ 10–3 [°C]–1)

A) 14 [cm3]

B) 15 [cm3]

C) 16 [cm3]

D) 18 [cm3]

E) 20 [cm3]

14. Considerando la teoría cinética molecular, es correcto afirmar que I) las moléculas de un cuerpo están siempre en movimiento.

II) los aumentos de temperatura en un cuerpo conllevan un aumento en la energía cinética de sus moléculas.

III) en un cuerpo que se encuentra a 0 °C, la energía cinética de sus moléculas es prácticamente nula. A) Solo I B) Solo I y II C) Solo I y III D) Solo II y III E) I, II y III

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15. El espacio medido en centímetros que debe existir entre dos rieles de acero de 6 [m] de longitud cada uno, si se prevé una variación de temperatura de 100 [°C], es

(Considere que el coeficiente de dilatación lineal del acero es 11 ∙ 10–6 [°C]–1)

A) 0,33 B) 0,66 C) 0,99 D) 1,32 E) 1,88

16. Tres jóvenes se encuentran sentados junto a una fogata en la playa, frente al mar. El calor que ellos perciben en estas condiciones se transmite, principalmente, por

I) conducción. II) convección. III) radiación. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y II. E) solo II y III.

17. Una persona llenó completamente el estanque de bencina de su auto y lo dejó estacionado al sol. Luego de cierto tiempo se dio cuenta de que, en virtud del aumento de temperatura, cierta cantidad de bencina se había derramado del estanque. Respecto de esta situación, es correcto afirmar que

I) se dilató el estanque de bencina.

II) la dilatación del combustible fue mayor que la del estanque.

III) el coeficiente de dilatación volumétrica de la bencina es mayor que el coeficiente de dilatación volumétrica del estanque.

A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III

18. Un líquido de coeficiente de dilatación volumétrica 6,9 ∙ 10–5 [ºC]–1 se encuentra contenido en

un recipiente de metal, cuyo coeficiente de dilatación lineal es 2,3 ∙ 10–5 [ºC]–1. Si el líquido llena

completamente el recipiente y el conjunto es sometido a un aumento de temperatura de 40 [ºC], es correcto afirmar que el líquido se dilatará

A) el triple de lo que lo hará el recipiente. B) el doble que el recipiente.

C) lo mismo que el recipiente.

D) la mitad de lo que se dilatará el recipiente. E) la tercera parte de lo que se dilate el recipiente.

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19. De las siguientes situaciones, ¿cuál(es) corresponde(n) a formas de transmitir el calor por convección?

I) Calentar agua en una tetera.

II) Calentar una habitación con una estufa. III) Fundir una barra de metal.

A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y II E) I, II y III

20. ¿Cuál de los siguientes gráficos representa correctamente la relación entre las escalas Fahrenheit [ºF] y Celsius [ºC]? B) C) ºC ºF A) D) E) ºF ºF ºF ºF ºC ºC ºC ºC

21. Una barra bimetálica es una barra fabricada mediante la unión de dos láminas metálicas de distinto material. La barra bimetálica de la figura se encuentra horizontal y anclada al muro en el extremo A. B Metal 1 Metal 2 A Pared

Si el coeficiente de dilatación lineal del metal 1 es 12 ∙ 10–5 [ºC]–1, el coeficiente de dilatación

superficial del metal 2 es 15 ∙ 10–5 [ºC]–1 , y todo el conjunto es sometido a un aumento de

temperatura de 10 [ºC], entonces es correcto afirmar que A) el metal 2 se expande más que el metal 1.

B) la barra se curva y el extremo B sube. C) la barra se curva y el extremo B baja.

D) en la barra, los dos metales se expanden la misma cantidad. E) la temperatura no afecta a los metales 1 y 2.

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22. Francisca, en un frío día de invierno, cierra la puerta de su dormitorio y lo calefacciona mediante una estufa eléctrica, ubicada en el centro de su habitación. Respecto a lo anterior, es correcto afirmar que

I) existe transmisión de calor por radiación en la habitación. II) existe transmisión de calor por convección en la habitación. III) el aire más caliente es el cercano al suelo.

A) Solo I B) Solo I y II C) Solo I y III D) Solo II y III E) I, II y III

23. ¿A qué temperatura las escalas Celsius y Fahrenheit tienen el mismo valor numérico? A) −72

B) −40

C) 32 D) 40 E) 72

24. La dilatación que experimentan los cuerpos sólidos depende de I) el valor del coeficiente de dilatación lineal del material. II) la temperatura a la cual se encuentren inicialmente. III) la variación de temperatura a la cual sean sometidos. Es (son) correcta(s) A) solo I. B) solo II. C) solo III. D) solo I y III. E) I, II y III.

25. Respecto a las escalas de temperatura Celsius, Fahrenheit y kelvin, es correcto afirmar que I) para una misma temperatura, el valor numérico en la escala kelvin siempre supera al valor

en la escala Celsius.

II) la temperatura en la escala kelvin nunca es negativa.

III) al aumentar la temperatura de un cuerpo 10 grados en la escala Celsius, aumenta 18 grados en la escala Fahrenheit. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) Solo I y III E) I, II y III

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Tabla de corrección

Ítem Alternativa Habilidad

1 Comprensión 2 Comprensión 3 Reconocimiento 4 Reconocimiento 5 Aplicación 6 ASE 7 ASE 8 Aplicación 9 Aplicación 10 Comprensión 11 Reconocimiento 12 Comprensión 13 Aplicación 14 Comprensión 15 Aplicación 16 Comprensión 17 Comprensión 18 ASE 19 Reconocimiento 20 Comprensión 21 Aplicación 22 Comprensión 23 Aplicación 24 Reconocimiento 25 Comprensión

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Resumen de contenidos

Calor

Se define como la “energía en tránsito” que fluye natural y espontáneamente desde un cuerpo o

sistema “más caliente” hacia otro “más frío”. Es una magnitud escalar y se mide en: S.I.: [joule] = [J]

C.G.S.: [ergio] = [erg]

También se puede expresar en calorías: 1 [caloría] = 4,18[J]. Temperatura

Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un

cuerpo o sistema. Mientras más se muevan (vibren) las partículas de un

cuerpo, mayor será su temperatura.

Es una magnitud escalar y se puede expresar según diferentes escalas termométricas. Las más

usadas son: Celsius, Fahrenheit y kelvin.

Escala Celsius

Creada en 1742 por el físico y astrónomo sueco Anders Celsius. En esta escala a la temperatura

de fusión del hielo se le asigna el 0 [ºC] y a la temperatura de ebullición del agua se le

asigna el valor 100 [ºC].

Escala Fahrenheit Fahrenheit Celsius

212 180 32 100 100 0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Temperatura ebullición del agua. Temperatura fusión del hielo.

Creada en 1724 por Gabriel Fahrenheit (alemán); en esta escala la temperatura de fusión del hielo corresponde a 32 [ºF], y la temperatura de ebullición del agua corresponde a 212 [ºF].

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Escala kelvin o absoluta Fahrenheit 212 180 32 Celsius 100 100 0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Temperatura ebullición del agua. Temperatura fusión del hielo. −460 −273 Kelvin 100 373 273 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Cero absoluto

Creada en 1848 por el británico William Thomson (Lord Kelvin). La escala absoluta

incluye la temperatura teórica más baja

posible, el cero absoluto o 0 [K]. En esta escala

la temperatura de fusión del hielo corresponde, aproximadamente, a 273 [K] y la de ebullición

del agua a 373 [K].

TK = TC+ 273

Transmisión del calor

El calor puede transmitirse de tres formas, que dependen del medio por el cual se propague.

Conducción

El calor (energía) se transmite de una partícula a otra, avanzando paulatinamente por el material. Esta forma de propagación del calor ocurre solo en los sólidos.

Convección

Corresponde a la transmisión del calor en los fluidos (líquidos y gases) por medio de corrientes cálidas ascendentes y frías descendentes.

Radiación

El calor puede viajar grandes distancias a través del vacío; en este caso la energía se transmite por medio de ondas electromagnéticas.

Dilatación y contracción de materiales

Li DL DL = L

i ⋅a⋅DT Por ejemplo: un alambre.

Dilatación lineal

La dilatación o contracción afecta solo la longitud del cuerpo (las otras dos dimensiones son despreciables respecto de la primera).

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Por ejemplo: una lámina delgada de metal. DS DS = Si ⋅b⋅DT b =2a Si Dilatación superficial

La dilatación o contracción afecta el área o superficie del cuerpo (el objeto posee solo dos dimensiones importantes y una tercera despreciable respecto de las otras dos).

DV Por ejemplo: un cubo de metal.

Vi

DV = Vi⋅g ⋅DT g = 3a

Dilatación volumétrica

La dilatación o contracción afecta el volumen del cuerpo (cada una de las dimensiones del objeto es importante respecto de las demás).

El agua, una excepción

En general, los materiales se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Sin embargo, cuando enfriamos agua, a partir de los 4 [ºC] comienza a dilatarse, aún cuando su temperatura siga disminuyendo.

Por otro lado, si tenemos agua a 0 [ºC], al aumentar su temperatura comenzará a contraerse, al contrario de lo esperado; esto sucederá así hasta los 4 [ºC].

Recuerda, este comportamiento anómalo del agua solo se presenta entre los 0 [ºC] y los 4 [ºC].

Volumen v/s temperatura 0 Temperatura (ºC) 4 8 12 16 20 1,0016 1,0014 1,0012 1,0010 1,0008 1,0006 1,0004 1,0002 1,0000 Volumen específico

(

cm 3 g

)

Densidad v/s temperatura Temperatura (ºC) 1,0000 Densidad (g/cm 3) 0,9999 0,9998 0,9997 0 2 4 6 8 10 12

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