Prof. Edwin José Hernández Silva INDICACIONES GENERALES: la presente guía deberá ser resuelta con base a la teoría descrita en este documento y entregada en su cuaderno de apunte con las siguientes indicaciones.
I. En el cuaderno de apuntes deberá escribir el número de pregunta (SIN TRANSCRIBIR LA PREGUNTA) seguido del literal que considere correcto, agregando a este una justificación de 3 a 4 líneas de porque considera que es la respuesta correcta.
Ej. 1) Desde el suelo, un balín es disparado verticalmente hacia arriba., alcanza su altura máxima y regresa al punto en que fue disparado. Si se deprecia la resistencia del aire, considere las siguientes afirmaciones: I. Tarda el mismo tiempo en la subida que en la bajada.
II. La magnitud de la aceleración es la misma, tanto subiendo como bajando.
III. Cuando regresa al suelo lo hace con una rapidez mayor con la que fue disparado. Son correctas, solo
A) I. B) II. C) I y II. D) I y III.
Para este caso la respuesta correcta es el literal C) I y II entonces en el cuaderno escribo:
Preg. # 1, Literal C) I y II, considero que esta es la respuesta correcta ya que la aceleración tanto en el movimiento vertical hacia arriba y hacia abajo está dado por el mismo factor que es la fuerza de gravedad por consiguiente la velocidad seria la misma y el tiempo también.
II. En caso de que la pregunta esté relacionada con un procedimiento matemático no es necesario justificar, pero si deberá dejarse constancia del proceso en el siguiente orden: 1- extracción de datos, 2- conversión de unidades (si el ejercicio lo amerita), 3- escribir la formula a utilizar, 4- sustitución de formula por valores. III. Esta guía deberá ser presentada al docente el día 3 de abril del año 2020, en caso de extensiones o de cambios
de orientación de parte del ministerio de educación deberá mandar el desarrollo de la guía al correo electrónico edwinjjj1@yahoo.com en la primer semana de abril (tomar fotografías al cuaderno e insertar creando un solo documento en formato PDF para enviarlas, NO ENVIE IMÁGENES POR SEPARADO DEBE SER EN UN SOLO DOCUMENTO, asegúrese de escribir en la primera fotografía su nombre completo, grado y sección a la que pertenece).
IV. En caso de dudas puede escribirme al WhatsApp 7680-9553
V. El desarrollo de esta guía comprende parte de sus notas cotidianas e integradoras así también la nota del examen final del periodo I.
Temas de repaso:
UNIDAD 2 CONOZCAMOS LOS FLUIDOS 1. Fluidos reales e ideales
Principio de Pascal y Arquímedes.
Presión hidrostática.
UNIDAD 3 PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD 1. Electrostática.
2. Potencial eléctrico. 3. Corriente eléctrica. 4. Resistividad y resistencia. 5. Conductividad y conductancia.
Prof. Edwin José Hernández Silva Estados de la materia.
1. Gaseoso.
Un gas es un fluido aeriforme a la presión y temperatura ordinarias.
Los gases se pueden comprimir y también expandir; no tienen forma ni volumen definidos ya que sus moléculas están muy separadas.
2. Líquido.
Un líquido es un cuerpo cuyas moléculas tienen tan poca cohesión, que se adapta a la forma del recipiente que lo contiene y tiende a ponerse a nivel.
Al igual que los gases, los líquidos son fluidos que no tienen forma propia, pero, a diferencia de ellos, no son expandibles por lo que debido a la gravedad se depositan en el fondo de los recipientes que los contienen y toman su forma. Contrario a los gases, los líquidos son casi imposibles de comprimir. Sus moléculas están en perpetua agitación térmica.
3. Sólidos.
Un sólido es un cuerpo cuyas moléculas tienen entre sí mayor cohesión que las de los líquidos. Poseen forma y volumen definidos.
Densidad y peso específico.
La densidad es una característica de cada sustancia.
Está definida como la cantidad de masa por unidad de volumen. Matemáticamente se define como
el cociente entre la masa y el volumen de un cuerpo. Esto es, D = m / V en donde D = densidad en
kg / m3, m = masa en kg y V = volumen en m3.
La unidad de densidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg / m3), pero
por razones prácticas se utiliza el gramo por centímetro cúbico (g / cm3). Así, por ejemplo, la
densidad del agua salada es de 1,03 g / cm3 o bien 1 030 kg / m3 lo cual nos indica que 1 m3
contendrá 1030 kg de agua salada. Notemos que para hacer la conversión de kg / m3 a g / cm3 se
divide por 1 000.
La densidad de líquidos y sólidos homogéneos, prácticamente, no varía con la presión y la temperatura; mientras que los gases son muy sensibles a las variaciones de estas magnitudes.
El peso específico ( Pe ) de un cuerpo se define como la razón de su peso ( p ) a su volumen ( V ),
esto es Pe = p / V cuyas unidades son el newton por metro cúbico ( N / m3 ).
La relación entre el peso específico y la densidad está dada por
P
e= D g
Presión.
Se encuentra con frecuencia que la eficacia de una fuerza depende del tamaño del área donde se
ejerce. Se define presión a la fuerza normal (perpendicular) por unidad de área. Esto es, P = F / A
donde A es el área sobre la cual se aplica una fuerza perpendicular F.
La unidad de presión en el Sistema Internacional es el newton por metro cuadrado (N / m2) que
recibe el nombre de pascal (Pa). De la definición de presión debe ser claro que, una misma fuerza aplicada sobre una menor área produce una mayor presión.
Téngase en cuenta que la fuerza que ejerce un cuerpo sobre el área en que se apoya es igual al peso. El manómetro es un instrumento que se utiliza para medir la presión de un líquido o de un gas. En relación a la presión de fluidos se debe tener en cuenta que:
a) las fuerzas ejercidas por un fluido sobre las paredes del recipiente que los contiene son siempre perpendiculares.
b) la presión del fluido es directamente proporcional a la profundidad del fluido y a su densidad, esto es Pf = D g h en donde Pf es la presión del fluido, D es la densidad del fluido en kg / m3 y h es la
profundidad en m.
c) a cualquier profundidad, la presión del fluido es la misma en todas las direcciones. d) la presión del fluido es independiente de la forma o área del recipiente que lo contiene.
Presión atmosférica.
La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve todo el planeta donde vivimos y está formada por una mezcla de gases que en conjunto llamamos aire, éste como todos los cuerpos, tiene peso, el cual ejerce una fuerza sobre la superficie terrestre. Es lo que llamamos presión atmosférica.
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Así, la presión atmosférica se define como la fuerza por unidad de superficie, en donde, la fuerza viene determinada por el número y velocidad de moléculas de aire al chocar contra una superficie dada.
La presión atmosférica no es igual en todo sitio. Tampoco permanece siempre igual en un lugar determinado, ni en las diferentes épocas del año.
Para medir la presión atmosférica contamos con la ayuda de un aparato llamado barómetro, inventado por el físico italiano Evangelista Torricelli en 1643. Los barómetros sirven para el
pronóstico del tiempo y la preparación de registros del tiempo; y también para la determinación de la altura sobre el nivel del mar o altitud.
Cuanto más alto se sube por encima de la tierra (nivel del mar), tanto menor es la presión
atmosférica. El barómetro está formado por una pequeña columna de mercurio sobre una escala graduada en milímetros, que indica los cambios de la presión atmosférica, ésta se mide en
milímetros de mercurio ( mmHg ), esta unidad también se llama milibares. Por ejemplo, 760 mmHg equivalen a 1,013 milibares y esa unidad de presión es llamada presión atmosférica normal. Lo anterior nos indica que, a nivel del mar y a presión y temperatura normales, el mercurio alcanzaría una altura de 760 mm en un barómetro.
Otras unidades para la presión atmosférica son atm y Pa; están relacionadas por
1 atm = 760 mmHg = 1,01 105 Pa
La presión atmosférica varía por la acción de factores como: a) altura: a mayor altura menor presión.
b) temperatura: a mayor temperatura se tendrá mayor presión. c) humedad: a mayor humedad se tendrá menor presión.
Por otro lado, cuando un cuerpo es sumergido en un fluido, éste soportará una presión absoluta que
se calcula mediante la relación presión absoluta = presión atmosférica + presión del fluido
Principio de Arquímedes.
Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesara menos. Lo sentimos personalmente cuando nos sumergimos en una piscina o en el mar. Podemos concluir que “todo cuerpo sumergido en un líquido recibe una fuerza de abajo hacia arriba”. Esta fuerza se llama empuje. Si, al estar llena la tina del baño, nos sumergimos en ella se derramará cierta cantidad de agua que es igual al peso del espacio que ocupamos. Podemos concluir que “todo cuerpo sumergido totalmente desaloja un volumen de líquido exactamente igual al suyo”.
Claro está que si el cuerpo está parcialmente sumergido, el volumen del líquido desalojado será igual al volumen de la parte sumergida.
De ambas conclusiones se deduce
Principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido, total o parcialmente, en un fluido experimenta un empuje, de abajo hacia arriba, igual al peso del fluido desalojado.
Este principio se enuncia, matemáticamente, como Fe = m g = V g en donde Fe es la fuerza de
empuje en N, m es la masa del líquido desalojado en kg, es la densidad del fluido en kg / m3 y V su
volumen en m3; Por otro lado, el peso aparente (Pa) de un cuerpo parcial o totalmente sumergido
está dado por Pa = p – Fe = m g – Fe Ley de Boyle.
Un gas ideal es aquel cuyo comportamiento no se altera por la fuerza s de cohesión o volúmenes moleculares. Naturalmente ningún gas es ideal; sin embargo, en condiciones normales de
temperatura y presión, el comportamiento de cualquier gas es aproximadamente igual al de un gas ideal. Siempre que la masa y la temperatura de una muestra de gas se mantienen constantes, el volumen del gas es inversamente proporcional a su presión, esto es p1 V1 = p2 V2
Prof. Edwin José Hernández Silva Ley de Coulomb.
La fuerza de interacción (atracción o repulsión) entre dos cargas puntuales es directamente
proporcional al producto de las cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Esto es
en donde k = 9 109 Nm2 / C2, además esta fuerza electrostática es una fuerza conservativa. Conductores, semiconductores, superconductores y aisladores.
1. Conductores.
Las sustancias bajo condiciones normales que en mejor forma conducen la electricidad se denominan conductores y ejemplo de ellos son los metales, así como sus aleaciones. 2. Semiconductores.
Todo cuerpo que en condiciones normales está dotado de una débil conductividad eléctrica. Los principales semiconductores son el germanio, el silicio y el selenio. A baja temperatura, un
semiconductor contiene muy pocos electrones libres y su conductividad eléctrica es tan débil que se le puede comparar con un aislador. La elevación de la temperatura produce una liberación de
electrones, una disminución de la resistencia y la aparición de lagunas llamadas “huecos “, en los sitios dejados por los electrones. Si se aplica una corriente eléctrica a un semiconductor, los electrones se desplazan en sentido inverso del campo eléctrico, y los huecos en el mismo sentido del campo. Los semiconductores son intrínsecos si están formados por cuerpos puros y extrínsecos si sus propiedades se han logrado por la adición de impurezas (antimonio, indio, etc.), que se
insertan en la red cristalina en lugar de un átomo de la sustancia semiconductora. 3. Superconductores.
A temperaturas cercanas al cero absoluto (0 K = -273 C), los cuerpos superconductores dejan de
ofrecer resistencia eléctrica. La superconductividad está relacionada con la modificación de los electrones libres entre los átomos a temperaturas muy bajas; se ha comprobado este fenómeno en gran número de metales o de aleaciones de metales.
4. Aisladores.
Todo material que se resiste al flujo de carga, es decir, que interceptan el paso de electricidad.
Intensidad de campo eléctrico.
El campo eléctrico producido por una partícula con carga q, que está aislada de cualquier otra carga, se extiende radialmente a partir de la partícula, es proporcional a la magnitud de la carga e
inversamente proporcional (disminuye) con el cuadrado de la distancia. Esto es E = k q / r2 en donde
k = 9 109 Nm2 / C2 y las unidades del campo eléctrico son N / C. Diferencia de potencial.
La diferencia de potencial, también denominada voltaje, entre dos puntos es el trabajo por unidad de carga positiva realizado por fuerzas eléctricas para mover una pequeña carga de prueba desde el
punto de mayor potencial hasta el punto de menor potencial. Esto es V = W / q su unidad es el
voltio: 1 V = 1 J / C en el Sistema Internacional pero también se utiliza el Nm / C cuando se emplea V = E d.
En este último caso, el campo eléctrico está en el interior de un capacitor de placas paralelas el cual es un dispositivo que está constituido por dos placas paralelas cargadas con partículas cuyas cargas son iguales en magnitud pero con signo contrario que tiene la particularidad de almacenar energía.
Trabajo.
Cuando se considera el espacio entre dos placas cargadas opuestamente, los cálculos del trabajo son relativamente sencillos debido a que el campo eléctrico es uniforme. La fuerza eléctrica que experimenta una carga es constante en tanto permanezca entre las placas. Sin embargo,
generalmente el campo no será constante, y se debe tener en cuenta que la fuerza puede variar. El trabajo es función de la distancia entre los puntos A y B donde se desplaza la carga de prueba y por tanto la trayectoria que siga la carga carece de importancia con lo que el campo eléctrico
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realizaría el mismo trabajo al mover la carga desde A hasta B. El valor del trabajo efectuado por las fuerzas eléctricas al mover una carga positiva q a través de la distancia rA – rB es igual a
Trabajo = k Q q ( 1 / rB – 1 / rA )
La carga Q está en el centro del campo magnético. Nótese que el trabajo depende de la carga de prueba y la distancia entre los puntos A y B.
Intensidad de corriente.
La intensidad de corriente es la cantidad de carga eléctrica que pasa por una sección transversal de un conductor en un intervalo de tiempo. Esto es I = q / t Si la carga está en coulombs ( C ) y el tiempo en segundos ( s ) la corriente estará en amperios ( A ), es decir: 1 A = 1 C / s.\
Campo magnético.
El magnetismo es el resultado de un desplazamiento de las cargas eléctricas (desplazamiento de los electrones de un átomo o rotación del electrón sobre si mismo). La región de espacio donde se ejercen dichas acciones magnéticas se llama campo magnético.
En general, cargas en movimiento producen un campo magnético. 1. Solenoide.
El solenoide es una bobina formada por un conductor arrollado en espiral, que al ser atravesado por la corriente eléctrica produce un campo magnético. Para calcular el valor del campo magnético producido en el interior del solenoide se emplea la fórmula
En donde, B es el campo magnético, I es la intensidad de corriente eléctrica que fluye en B, N es el número de vueltas o espiras y L la longitud del solenoide. La constante μ0 tiene el valor
μ0 = 4p × 10–7 T m / A. y la unidad del campo magnético es el Tesla (T). 2. Bobina.
Una bobina es un rollo de alambre conductor. El valor de su campo magnético está dado por
B = μ0 N I / 2r ; r = radio de N
3. Conductor largo.
El campo magnético a una distancia perpendicular r de un conductor recto y largo por el cual fluye una intensidad de corriente I puede calcularse a partir de B = μ0 I / 2 p r
RESOLVER
1. Dos tapas de dulce, iguales en todo, pueden ser colocadas una sobre otra en una mesa
horizontal en las posiciones I, II, III y IV, como se muestra en la figura.
La presión sobre la mesa es mayor en las posiciones A) I y II.
B) I y IV. C) II y III. D) III y IV.
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2. Un gas ideal confinado en un recipiente ocupa un volumen V1 a una presión P1. Si la
temperatura y la masa se mantienen constantes, y la presión varía a 4P1, el nuevo volumen
será A) V1
B) V1 / 4
C) V1 / 2
D) 4V1
3. Dentro de un envase de vidrio hay 0,91 kg de mercurio; si el volumen que ocupa esa cantidad
de mercurio es 6,69 10-5 m3, entonces, la densidad de esa sustancia es
A) 1.36 104 kg / m3.
B) 1.50 104 kg / m3.
C) 6.10 10-5 kg / m3.
D) 71.36 10-5 kg / m3.
4. Considere las dos proposiciones siguientes:
I. La fuerza por unidad de área, que ejerce la atmósfera sobre la superficie de la Tierra, se conoce como presión atmosférica.
II. El peso por unidad de área, de la capa gaseosa que rodea la Tierra, se conoce como presión atmosférica.
De ellas, son correctas, A) solo I.
B) solo II. C) ambas. D) ninguna
5. Analice las siguientes afirmaciones.
I. En un barómetro en perfecto estado, un cambio en la altura de la columna de mercurio garantiza un cambio en la presión atmosférica.
II. En condiciones normales, cuanto más cerca estemos del mar, mayor es la presión atmosférica. Son correctas, A) solo I. B) solo II. C) ambas. D) ninguna.
6. Un cilindro de volumen ajustable, contiene un gas ideal que ocupa un volumen de 0.25 m3
cuando la presión que ejerce sobre las paredes es 2,0 105 N / m2. Si elvolumen es
aumentado a 0,60 m3, la nueva presión, a temperatura y masa constantes será
A) 3,0 104 N / m2.
B) 5,0 104 N / m2.
C) 8,3 104 N / m2.
D) 2,0 105 N / m2.
7. Un trozo de madera de 10–2 m3 flota en el agua. Si la mitad del trozo está sumergido, la fuerza
de empuje del fluido es A) 10 N
B) 49 N C) 98 N D) 0,01 N
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8. Un hueso de 3,0 kg ocupa un volumen de 1,5 10-3 m3; la densidad de ese hueso es
A) 2,0 103 kg / m3.
B) 5,0 10-4 kg / m3.
C) 4,5 10-3 kg / m3.
D) 1,5 10-3 kg / m3.
9. En un recipiente con volumen ajustable mediante un pistón, contiene un gas ideal que ocupa
un volumen de 0,8 m3 cuando una presión de 4,2 104 N / m2. Si el volumen es disminuido a
0,4 m3 y la temperatura y la masa se mantienen constantes, la presión sobre las paredes del
recipiente será A) 1,2 10–5 N / m2.
B) 8,4 104 N /m2.
C) 5,6 103 N / m2.
D) 1,3 102 N / m2.
10.Cuando nos referimos a: “algunos materiales en los cuales los electrones, a temperatura
ambiente, fluyen con facilidad”; estamos caracterizando los A) aisladores.
B) conductores. C) semiconductores. D) superconductores.
11.La fuerza de repulsión entre dos protones es de 230 N; si la carga del protón es 1,6 10–19 C; ¿cuál es la distancia de separación entre los protones?
A) 2,5 10–6 m B) 3,2 10–7 m C) 1,0 10–15 m D) 1,0 10–30 m
12.A la corriente eléctrica le resulta fácil transmitirse a lo largo de un kilómetro de cable de cobre, aunque pierda un poco de energía; pero no se transmite a través de los pocos milímetros de espesor del plástico que cubre ese cable. Lo anterior se debe a que el cobre y el plástico son, respectivamente
A) superconductor y semiconductor. B) conductor y semiconductor. C) superconductor y aislador. D) conductor y aislador.
13.La afirmación que sigue identifica un concepto físico: “El trabajo necesario por unidad de
carga, para mover una carga de una posición a otra en un campo eléctrico”. Se trata de la A) potencia eléctrica.
B) corriente eléctrica. C) resistencia eléctrica. D) diferencia de potencial.
14.Lea cuidadosamente la siguiente expresión: “ Son materiales que aumentan
considerablemente su conductividad eléctrica, cuando se les incorpora algún tipo de impureza específica ”
Se refiere a materiales conocidos como A) aisladores.
B) conductores. C) semiconductores. D) superconductores.
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15.Dos cargas de 2,0 10–4 C y 4,5 10–4 C, están separadas una distancia de 1,0 10–1 m; la fuerza electrostática mutua entre ambas partículas es
A) 8,1 104 N
B) 8,1 10–7 N C) 8,1 10–8 N D) 8,1 10–16 N
16.Si la corriente que circula en un alambre es 1,2 A; la carga que fluye por su sección
transversal cada 200 s es A) 1,7 102 C
B) 2 ,4102 C
C) 6,0 10–3 C D) 3,4 10–2 C
17.Lea cuidadosamente la siguiente expresión: “Cada carga de 1 C que se desplace de un
terminal a otro recibirá 3 J de energía del campo eléctrico”
La expresión anterior se refiere al concepto de A) potencia.
B) trabajo.
C) fuerza electrostática. D) diferencia de potencial.
18.Una bobina circular de 0,10 m de radio tiene 25 espiras de alambre. ¿ Cuál es el valor del
campo magnético en el centro de la bobina cuando la corriente que pasa por el alambre es de 6,0 A ?
A) 1,9 10–3 T B) 1,9 10–4 T C) 3,0 10–4 T D) 9,4 10–4 T
19.Un cable conductor horizontal que corre a lo largo de una pared transporta una corriente de
20 A. En un punto situado a 0,05 m del cable, el valor del campo magnético es A) 5,0 10–4 T
B) 2,5 10–5 T C) 8,0 10–5 T D) 4,0 10–6 T
20.Un solenoide de 8 000 espiras por metro, permite el paso de una corriente de 0.25 A. La
intensidad del campo magnético en su interior es A) 6,3 10–4 T
B) 2,5 10–3 T C) 1,2 10–3 T D) 5,0 102 T
