Guía de ejercicios. Supletorio. Segundo IB 1. Cuando un gas en un recipiente en forma cilíndrica se comprime a temperatura constante por un pistón, la presión del gas se incrementa. Considere los siguientes planteamientos: I. II. III.

La razón (frecuencia) a la cual las moléculas colisionan con el pistón se incrementa. La velocidad promedio de las moléculas se incrementa. Las colisiones entre las moléculas se producen con mayor frecuencia.

¿Cuál o cuáles de los planteamientos anteriores explica correctamente el incremento de presión? A. B. C. D. (a)

I solamente II solamente I y II solamente I y III solamente Establezca qué significa gas ideal.

2. El volumen interno de un recipiente en forma de esfera es de 2.0 x 10-2 m3. Un gas ideal es bombeado dentro del recipiente hasta que la presión se convierte en 20 MPa a una temperatura de 17°C. Determine. a. El número de moles en el recipiente de gas.

b.

El número de átomos de gas en el recipiente.

c.

Determine el volumen ocupado por un átomo de gas en dicho recipiente.

d.

Establezca un valor estimado para la separación media entre átomos.

3. Una masa fija de un gas ideal se calienta a volumen constante ¿Cuál de los siguientes gráficos representa mejor la variación de la presión (p) del gas con la temperatura (T) en grados Celsius?

A.

B. p

0

p

0

0

t /°C

C.

0

t /°C

0

t /°C

D. p

0

p

0

0

t /°C

4. Dos gases ideales A y B, se encuentran en un cilindro a temperatura constante. La masa de los átomos del gas A es m la masa del gas B es 4m. ¿Cuál de las siguientes opciones es la respuesta correcta de la relación entre las energías cinéticas medias de los átomos de B y A? A. 1 B.

2

C.

4

D.

16

5. Un gas ideal se mantiene en un recipiente de volumen constante, a temperatura de 30°C y a presión de 12.0 atm. El gas se calienta, a volumen constante, hasta una temperatura de 330°C.

Presión 12.0 atm

Presión

Temperatura 30°C

Temperatura 330°C

El mejor estimador de la nueva presión del gas es: A.

1.2 atm

B.

6.0 atm

C.

24 atm

D.

132 atm

5. Dos gases ideales A y B, se encuentran en un cilindro a temperatura constante. La masa de los átomos del gas A es 2m la masa del gas B es 4m. ¿Cuál de las siguientes opciones es la respuesta correcta de la relación entre las energías cinéticas medias de los átomos de B y A? A. 1 B.

2

C.

4

D.

16

D.

C.

6. Un gas ideal se mantiene en un recipiente de volumen constante, a temperatura de 30°C y a presión de 6.0 atm. El gas se calienta a volumen constante hasta una temperatura de 330°C. Presión 6.0 atm

Presión

Temperatura 30°C

Temperatura 330°C

El mejor estimador de la nueva presión del gas es: A.

0.6 atm

B.

3.0 atm

C.

12 atm

D.

66 atm

7. Esta pregunta es sobre gases ideales. Para un sistema que sufre un pequeño cambio de estado,

Q = U + W Donde:

+Q = energía térmica transferida al sistema. + U = aumento de la energía interna del sistema + W = el trabajo realizado por el sistema. En una compresión adiabática de un gas ideal ¿cuál de las siguientes opciones es verdadera con respecto a Q, U y

W?

8.

Q

U

W

A.

Cero

Positivo

Negativo

B.

Cero

Negativo

Negativo

C.

Positivo

Positivo

Positivo

D.

Negativo

Cero

Positivo

Esta pregunta es sobre el movimiento circular. Un resorte lineal de masa despreciable requiere una fuerza de 18.0 N para que su longitud para aumente en 1,0 cm. Una esfera de masa 75,0 g está unida a un extremo del resorte. La distancia entre el centro de la esfera M y el otro extremo P del resorte sin estirar es 25,0 cm, tal y como se muestra a continuación.

P

M

25.0 cm

La esfera se hace girar a velocidad constante describiendo una trayectoria circular horizontal con centro P. La distancia PM aumenta a 26,5 cm. (a) Explique por qué aumenta la longitud del resorte cuando la esfera se mueve en una trayectoria circular

(b)

Determine la rapidez de la esfera.

9.

Un recipiente contiene 15 g de Ne (número másico 20) y 8 g de He (número másico 4). ¿Cuál es el cociente entre el número de átomos de Ne y el número de átomos de He? A._____ 0,25

B.______ 0,50

C. _____ 2,0

D._____ 4,0

10. La ecuación de estado para un gas ideal, PV = nRT, describe el comportamiento de los gases reales A._____ solamente a bajas presiones y volúmenes grandes. B. _____ solamente a altas temperaturas. C._____ solamente en grandes volúmenes y altas presiones. D. _____ a todas las presiones y volúmenes.

11. El objeto P tiene una masa mP y calor específico de capacidad cP. El objeto Q tiene una masa mQ y capacidad calorífica específica cQ. La temperatura de cada objeto aumenta en la misma cantidad. Cuál de las siguientes da la razón (cociente) entre la energía transferida al objeto P y la energía transferida al objeto Q.

12. Una partícula P se está moviendo en el sentido antihorario con velocidad constante en un círculo horizontal. ¿Qué diagrama muestra correctamente la dirección y el sentido de la velocidad v y la aceleración a de la partícula P en la posición mostrada?

13. Los gráficos muestran la aceleración (a) de cuatro diferentes partículas varía con su desplazamiento (x). ¿Cuál de las partículas está ejecutando un movimiento armónico simple?

A.

B.

C.

D.

14. Un satélite orbita la Tierra a una velocidad constante, como se muestra a continuación:

Satélite

Tierra e

a) Dibuje en el diagrama (i) una flecha etiquetada con F para mostrar la dirección de la fuerza gravitacional de la Tierra en el satélite. (ii) una flecha etiquetada con V que muestra la dirección de la velocidad del satélite. b) Aunque la velocidad del satélite es constante, se está acelerando. Explique por qué se está acelerando.

c) Analice si la fuerza de la gravedad produce trabajo sobre el satélite.

d) Si G es la constante de gravitación universal, r es la distancia entre el centro de la Tierra y el centro del satélite y M es la masa de la Tierra, deduzca que la velocidad lineal del satélite (v), está dada por la expresión:

√

15. Un cuerpo ejecuta un movimiento armónico simple (MAS) alrededor de una posición de equilibrio P. Las posiciones X e Y muestran los extremos del desplazamiento de P. Seleccione la opción en la cual, la aceleración es igual a cero y la energía cinética es igual a cero.

A. B. C. D.

16. En cuál de los siguientes sistemas es deseable que el amortiguamiento sea el menor posible:

Energía cinética X Y X P

Aceleración P X Y X

A. Movimiento de una pelota en una superficie cóncava B. Oscilador de reloj de péndulo C. Cuerda de guitarra D. Ala de avión

17. El esquema muestra la sección de una pista de un disco de larga duración (LP) de acetato. La aguja del gramófono se localiza en una de las pistas de la grabación. En la medida que el disco de larga duración rota, se mueve la aguja debido a los cambios de ancho y posición de la pista. Estos movimientos son convertidos en sonido por un sistema eléctrico y unos altavoces.

Aguja

Pista

18. Se ejecuta la grabación de la frecuencia simple de una nota musical. El gráfico muestra la variación de la aceleración horizontal de la aguja con el desplazamiento horizontal.

aceleración / m s-2

-6

Desplazamiento / x10 m

a) Explique por qué el gráfico muestra que la aguja desarrolla un movimiento armónico simple.

b) Usando el gráfico anterior, determine la amplitud de la nota musical ejecutada.

c) Usando el gráfico anterior, determine la frecuencia angular de la nota musical ejecutada.

d) Usando el gráfico anterior, determine la frecuencia de la nota musical ejecutada.

e) En el gráfico anterior, identifique con la letra M, la posición de la aguja en la cual la energía cinética es máxima.

19. Cuando una onda cruza el límite entre dos medios, ¿cuál de las siguientes propiedades de la onda no varía? A. Amplitud B. Longitud de onda C. Frecuencia D. velocidad

20. Las ondas de sonido se mueven más rápido en el aire caliente que en el aire frío. El siguiente diagrama muestra ondas planas en el aire frío moviéndose hacia una frontera con aire caliente. ¿Cuál de las flechas muestra la posible dirección de las ondas luego de alcanzar la frontera entre los dos medios?

I

Aire caliente warm air

II III

A. I

B. II

C. III

D. IV

boundary Frontera

Airecold fríoair

IV

21. El diagrama siguiente muestra frentes de onda, que inciden en la frontera entre dos medios A y B.

Medio A A medium medium B Medio B

El cociente El ángulo entre el frente de ondas incidente y la normal a la frontera es 55°. a)

Calcule el ángulo entre un frente de ondas refractado y la normal a la frontera.

________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ b) En el diagrama anterior, construya tres frentes de onda para mostrar la refracción de la onda en la frontera.

22. Una fuente produce ondas agua con período 0.2 s. El gráfico muestra la variación del desplazamiento vertical con la posición horizontal de la superficie del agua en un instante en el tiempo.

vertical displacement / cm desplazamiento vertical /cm

0.4

00

1.0

2.0

3.0

–0.4 La rapidez de la onda es: A. 0.20 cm s−1

B. 4.0 cm s−1.

C. 10 cm s−1.

D. 20 cm s−1.

4.0

horizontal position / cm

desplazamiento horizontal /cm

23. Esta pregunta es sobre difracción e interferencia de ondas: a) Defina qué se entiende por interferencia de ondas: (1) ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ b) El fenómeno de la difracción se asocia con:

(1)

A. Sólo las ondas sonoras, de agua y las de luz. B. Sólo las ondas de agua. C. Sólo las ondas de luz D. Todas las ondas

c) Explique si existe relación entre la abertura de una rendija con relación a la longitud de onda para que una onda que pase a través de ella se difracte. (3) ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________

Dos fuentes idénticas localizadas en un tanque producen olas de longitud de onda λ. La interferencia de ondas produce el patrón mostrado a continuación:

II III

I

IV

d) ¿A través de cuál de las líneas etiquetadas la diferencia de caminos entre las ondas emitidas desde las fuentes es igual a 1.5 λ? (2)

A. I

B. II

C.III

D.IV

Esas dos fuentes de ondas se nombran: S1 y S2, y producen ondas de longitud de onda igual a 2,0 m. Las fuentes vibran en fase. El punto P se encuentra a las distancias especificadas desde S1 y S2. Cada

onda por separado produce una amplitud de onda igual a X en P. S1

S2 1m

3m P

e) ¿Cuál es la amplitud de la onda resultante en el punto P, cuando las fuentes de onda S 1 y

S2 actúan simultáneamente? A. 2X

(2)

B. X

C. X/2

D. Cero

24. Esta pregunta es sobre los fenómenos de reflexión, refracción y polarización de una onda de luz La reflexión interna total es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz se refracta de tal modo, que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. a) Dado un rayo de luz que se mueve del medio 1 al medio 2. Sea n1 el índice de refracción del medio 1 y n2 el índice de refracción del medio 2. La reflexión total se produce si: (2) A. n1 > n2

B. n1 < n2

C. n1 = n2

D. n1 ≥ n2

El esquema muestra un rayo de luz no polarizada que incide sobre la frontera entre dos medios:

Luz incidente no polarizada

α Medio 1 = Aire

Medio 2 b) Si el medio 1 es el aire y el ángulo de incidencia α es 25°, determine el índice de refracción del medio 2 para que comience a producirse reflexión total. (2) _______________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

c) Mencione dos métodos para polarizar la luz.

(2)

_______________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ d) Si el medio 2 se reemplazara por un medio 3, cuyo índice de refracción fuera 1.5, compruebe cuantitativamente si con esa combinación y el mismo ángulo de incidencia la onda de luz reflejada se polariza. (3) _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ Si una onda polarizada de intensidad 20 W m-2 y con campo eléctrico orientado horizontalmente se deja pasar primero por un polarizador cuyo eje forma 60° con respecto a la horizontal y luego esa luz se deja pasar por otro polarizador, cuyo eje forma 20° con respecto a la horizontal. e) Determine la intensidad de la luz al salir del segundo polarizador. _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________

(2)