TRABAJO PROBLEMA 3

YEISON SMITH PERILLACÓDIGO: 1.124.820.339

FISICA GENERALCURSO: 100413_400

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADPROGRAMA INGENIERÍA INDUSTRIAL

CEAD ACACIASJUNIO 2014

INTRODUCCION

Por medio del desarrollo colaborativo de este trabajo se busca profundizar en los conceptos contenidos en la unidad tres, entre otros conceptos y mejorar las habilidades de desarrollo de ejercicios referentes al tema.

Lo anterior, apoyándonos en nuestro tutor de curso y los compañeros, sus correcciones y apreciaciones; el material disponible en algunas fuentes de internet relacionado a dichos temas.  

OBJETIVOS

Comprender la temática del curso, los contenidos de cada unidad, los métodos de aprendizaje y criterios de evaluación.

Familiarizar al estudiante con los integrantes del curso para el desarrollo de las actividades, el intercambio de conceptos y la solución de dudas mediante el foro del aula.

Motivar al estudiante a presentar de manera clara, rigurosa y concisa informes y reportes de trabajo en los cuales utilice la física como herramienta.

Analizar los fenómenos diarios partiendo de los conceptos de la física, las leyes y su relación con la naturaleza.

DESARROLLO DE LOS EJERCICIOS

Movimiento Oscilatorio

1. La posición de una partícula se conoce por la expresión x=(4.00m )cos (3.00 πt+π ), donde x está en metros y t en segundos. Determine: a) La frecuencia y periodo del movimiento, b) La amplitud del movimiento, c) La constante de fase y d) La posición de la partícula en t = 0.250 s.

Una partícula que se mueve a lo largo del eje x, tiene un movimiento armónico simple cuando su desplazamiento x desde la posición de equilibrio, varía en el tiempo de acuerdo con la relación:

x=(4.00m )cos (3.00π (0.250 s)+π )x=A cos (ωt+δ )

La constante  A se llama amplitud del movimiento, es simplemente el máximo desplazamiento de la partícula, ya sea en la dirección positiva o negativa de x. La constante ω se llama frecuencia angular, el ángulo δ se llama ángulo o constante de fase, y junto con la amplitud quedan determinados por el desplazamiento y velocidad inicial de la partícula. Las constantes A y δ nos dicen cual era el desplazamiento en el instante t = 0. La cantidad (ωt + δ) se llama la Fase del movimiento y es de utilidad en la comparación del movimiento de dos sistemas de partículas.

El periodo T es el tiempo que demora la partícula en completar un ciclo de su movimiento, esto es, es el valor de x en el instante t + T. Se puede demostrar que el periodo del movimiento esta dado por T = 2π  / ω, sabiendo que la fase aumenta 2π radianes en un tiempo T:

ωt+δ+2π=ω ( t+T )+δ

Comparando, se concluye que ωT=2π o:

T=2πω

Al inverso del periodo se le llama frecuencia f del movimiento. La frecuencia representa el número de oscilaciones que hace la partícula en un periodo de tiempo, se escribe como:

f= 1T

= ω2π

Para hallar la posición de la partícula en t = 250s se reemplaza t en la ecuación general.

Movimiento Ondulatorio

10.Un cordón de teléfono de 4.00 m de largo, que tiene una masa de 0.200 kg. Un pulso transversal se produce al sacudir un extremo del cordón tenso. El pulso hace cuatro viajes de atrás para adelante a lo largo del cordón en 0.800 s. ¿Cuál es la tensión del cordón?

El movimiento ondulatorio es un proceso por el que se propaga energía de un lugar a otro sin transferencia de materia, mediante ondas mecánicas o electromagnéticas. En cualquier punto de la trayectoria de propagación se produce un desplazamiento periódico, u oscilación, alrededor de una posición de equilibrio.

Tensión (T) es la fuerza con que una cuerda o cable tenso tira de cualquier cuerpo unido a sus extremos. Cada tensión sigue la dirección del cable y el mismo sentido de la fuerza que lo tensa en el extremo contrario.

T=tensiónT=ϑ2∗μ

λ=Longi tud de ond a

λ=2πk

ϑ=Velocidad de fase

ϑ=λ∗f= λT

=ωk=√Tμ

μ=Densidad lineal de la cuerda

μ=mλ

ω=Velocidad angular

ω=2πT

k=numero deonda

k=2πλ

f=frecuencia

f= 1T

= ω2π

T=periodo

T=1f=2 πω

Temperatura

13.El punto de fusión del oro es 1 064°C, y su punto de ebullición es 2 660°C. a) Exprese estas temperaturas en kelvin. b) Calcule la diferencia entre estas temperaturas en grados Celsius y en kelvin.

Escalas de temperatura Celsius y Fahrenheit. La temperatura Celsius, TC, está desplazada respecto a la escala absoluta (o Kelvin) T en 273.15º, ya que por definición el punto triple del agua (273.16 K) vale 0.01º C. La relación entre estas escalas es:

T C=T−273.15

Se observa que el valor de un grado en la escala Kelvin es igual al de la escala Celsius. Por ejemplo, una diferencia o variación e temperatura de 5º C es igual a una diferencia de temperatura de 5 K. Las dos escalas solo se diferencian en la elección del punto cero.

Otra escala usada en países anglosajones es la escala Fahrenheit. La temperatura Fahrenheit, T F ,se relaciona con la temperatura Celsius por la expresión:

T F=95T C+32℉

Primera Ley de la Termodinámica

18.La temperatura de una barra de plata se eleva 10.0°C cuando absorbe 1.23 kJ de energía por calor. La masa de la barra es 525 g. Determine el calor específico de la plata.

Cuando un cuerpo varía su temperatura en general lo hace porque o se le ha suministrado calor o el cuerpo ha dado calor. Cuando tomamos un jugo y lo enfriamos por medio de hielo lo que en realidad estamos haciendo es calentando el hielo, el calor necesario para calentar el hielo lo da el jugo. El jugo calienta el hielo no el hielo enfría el jugo como se piensa. Esta es la dirección en la cual se propaga el calor, de los objetos más calientes a los más fríos, y no en dirección contraria.

La cantidad de calor Q que se le suministra a un cuerpo de masa m y de calor específico c para elevar su temperatura una cantidad ΔT será,

Q=mCHg∆T

De la ecuación anterior podemos decir,

El calor Q tiene unidades de energía (Joule), sin embargo para el caso específico del calor se utilizan unidades especiales como la caloría o la unidad térmica inglesa.

mc recibe el nombre de capacidad calorífica del cuerpo, se suele denotar por la letra C, mayúscula, y es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura del cuerpo de masa m en un grado kelvin.

Para nuestro ejercicio despejamos CHg

CHg=Q

m∆T

Teoría Cinética de los gases

24.Calcule la masa de un átomo de a) helio, b) hierro y c) plomo. Proporcione sus respuestas en gramos. Las masas atómicas de estos átomos son 4.00 u, 55.9 u y 207 u, respectivamente.

Conceptualmente, masa atómica (m. a.) es la masa de un átomo, y la masa de un átomo en particular es la suma de las masas de sus protones y neutrones, y varía en los distintos isótopos.

Sabemos que existe el concepto de mol, el cual representa un número definido de átomos.

Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantas unidades como el número de átomos que hay en exactamente 12 gramos de 12C. Se ha demostrado que este número es: 6,0221367 x 1023. Se abrevia como 6,02 x 1023, y se conoce como número de Avogadro.

mAtomo=masaatomica del atomo

¿Avogrado

La fórmula para la conversión entre unidad de masa atómica y la masa SI en gramos para un solo átomo es:

1u=M u

N A

=1.660538782 (83 )∗10−24g

donde   es la constante de masa molar y   es el número de Avogadro.

Item iv.

Un cordón de teléfono de 6.00 m de largo, que tiene una masa de 0.900 kg. Un pulso transversal se produce al sacudir un extremo del cordón tenso. El pulso hace dos viajes de atrás para adelante a lo largo del cordón en 0.120 s. ¿Cuál es la tensión del cordón?

Solución.

Teniendo en cuenta que va y vuelve dos veces en 0,120 s significa que demora 0,30 s en recorrer los 6,00 m

λ=6.00m T=0.30 s m=0.900Kg

ϑ=Velocidad de fas e

ϑ= λT

=6.00m0.30 s

ϑ=20ms

μ=Densidad lineal de la cuerda

μ=mλ=0.900Kg6.00m

μ=0.15 Kgm

Entonces T=tensión

T=ϑ2∗μ

T=(20ms )2

∗(0.15 Kgm )T=60N

Item v.

El punto de fusión del oro es 1064°C, y su punto de ebullición es 2660°C. a) Exprese estas temperaturas en kelvin. b) Calcule la diferencia entre estas temperaturas en grados Celsius y en kelvin

Solución a) Exprese estas temperaturas en kelvin.

KelvinT=T C+273.15

Punto de FusiónT=1064℃+273.15T=1337 .2 ° K

Punto de Ebullición.T=2660℃+273.15T=2933 .2° K

b) Calcule la diferencia entre estas temperaturas en grados Celsius y en kelvin

Grados Celsius.T=2660℃−1064℃T=1596℃

Grados Kelvin.T=2933.2 ° K−1337.2° KT=1596 ° K

Item vi.

La temperatura de una barra de plata se eleva 10.0°C cuando absorbe 1.23 kJ de energía por calor. La masa de la barra es 525 g. Determine el calor específico de la plata.

Solución. Q=1.23KJ=1230Jm=525 g∆T=10.0℃

Q=mCHg∆T

Despejamos CHg

CHg=Q

m∆T

CHg=1230 J

(525 g )∗(10℃ )

CHg=0.234J

g℃

Pregunta 1.

¿1.23 KJ equivale a?a. 123KJb. 1230J (Rta correcta) c. 1.23Jd. Ninguna de las anteriores.

Pregunta 2.

¿Cuál es el calor específico para la plata?

a. 0.234KJg℃

b. 234Jg℃

c. 0.234J

g℃ (Rta correcta)

d. Ninguna de las anteriores

Pregunta 3.

¿A cuánto equivale?a. 50℉(Rta correcta)b. 500℉ c. 10℉d. 100℉

Item vii.

Calcule la masa de un átomo de a) helio, b) hierro y c) plomo. Proporcione sus respuestas en gramos. Las masas atómicas de estos átomos son 4.00 u, 55.9 u y 207 u, respectivamente. Solución.

a) Helio.

mhelio=masaatomicadel hel io

¿ Avogrado

mhelio=4

gmol

6.023∗1023atomosmol

mhelio=6.644∗10−24 g

atomos

1 átomo de helio tiene una masa de 0.6644∗10−23 g

μ=unidad demasaatómic a

1μ=1.66∗10−23 g

mhelio=6.644∗10−24 g∗1 μ1.66∗10−23g

=4 μ

mhelio=4 μ

b) Hierro.

mhierro=masaatomica delhierro

¿ Avogrado

mhierro=56

gmol

6.023∗1023atomosmol

mh ierro=93.023∗10−24 g

atomos

1 átomo de helio tiene una masa de 9.3023∗10−23 g

μ=unidad demasaatómic a

1μ=1.66∗10−23 g

mhierro=93.023∗10−24 g∗1μ1.66∗10−23 g

=4 μ

mh ierr o=56 μ

c) Plomo.

m plomo=masaatomica del plomo

¿ Avogrado

mplomo=207

gmol

6.023∗1023atomosmol

m plomo=343.853∗10−24 g

atomos

1 átomo de helio tiene una masa de 343.853∗10−24∗10−24g

μ=unidad demasaatómic a

1μ=1.66∗10−23 g

m plomo=343.853∗10−24 g∗1μ1.66∗10−23 g

=207μ

m plomo=207μ

CONCLUSIONES

Al realizar esta actividad pudimos constatar que para poder desarrollar los ejercicios propuestos se debe comprender en su totalidad los conceptos y de esta forma poder analizar los mismos.

Se identificó y se comprendió las diferentes temáticas que se planteaban en la tercera unidad, para adquirir y reforzar los conocimientos físicos y matemáticos para ser capaces de solucionar problemas.

Al desarrollar la actividad pudimos ver como se aplican los conceptos básicos y los diferentes temas en la vida diaria.

Se comprendió los diferentes temas de la unidad y se aplican en el desarrollo de los ejercicios establecidos en la guía de actividades.

REFERENCIAS

Universidad Nacional Abierta y a Distancia-UNAD. Campus Virtual Actualizado 1 de Mayo de 2014 http://campus07.unadvirtual.org/moodle/course/view.php?id=63

Diego Alejandro Torres Galindo. Bogotá 2012. Física General. Universidad Nacional Abierta y a Distancia - UNAD

.