I.E.S. Guadalpeña Dpt. Physics and Chemistry 4º ESO 2018-2019

UNIT 6: THE ATOMIC STRUCTURE AND THE PERIODIC TABLE

1.- a) Write the electron configuration of the neutral isotopes of lithium (Z = 3), sodium (Z = 11)

and potassium (Z = 19).

b) Write the electron configuration of the neutral isotopes of fluorine (Z = 9), chlorine (Z = 17),

and bromine (Z = 35). What do you conclude?

2.- Write the electron configuration of :

a) Li+ cation.

b) Mg +2 cation.

c) Cl- anion.

d) O-2 anion.

3.- Correct, if necessary, the following electron configurations:

a) 1s2 2s2 2p8 3s2.

b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 4p6.

d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d 6.

4.- Write the electron configurations and Lewis dot diagrams of the following chemicals: H, N,

Si, S2–, Al3+.

5.- Draw the Lewis dot diagram and specify the bond order of CH4 and SO.

6.- Draw the Lewis dot diagrams of the following covalent substances:

a) HF.

b) I2.

c) H2O.

d) CCl4.

7.- Classify the following compounds as ionic or covalent:

a) CO.

b) BeO.

c) CsF.

d) F2.

e) TiO2.

d) C.

8.- Indicate the number of protons, electrons and neutrons of the following elements:

a) 𝐶614

b) 𝐻𝑒24

c) 𝐵𝑟3580

d) 𝐾1940

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UNIDAD 7: EJERCICIOS DE FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA

1.- Nombra los siguientes óxidos por las dos nomenclaturas: a) Na2Ob) FeOc) CdOd) Co2O3

e) Cu2Of) SnO2

g) K2Oh) PbO2

i) Li2O

j) Ag2O

2.- Formula los siguientes óxidos: a) Óxido de cobre (I)b) Óxido de magnesioc) Pentaóxido de dinitrógenod) Óxido de hierro (II)e) Óxido de mercurio (II)f) Óxido de sodiog) Óxido de estaño (IV)h) Trióxido de dicromoi) Óxido de calcio

j) Óxido de bromo (I)

3.- Nombra los siguientes compuestos con hidrógeno de todas las formas posibles: a) PbH2

b) NaHc) HId) CoH2

e) BH3

f) AlH3

g) NH3

h) H2Si) CaH2

j) NiH3

4.- Formula los siguientes compuestos con hidrógeno: a) Hidruro de aluminiob) Fosfinac) Dihidruro de cobred) Hidruro de hierro (III)e) Amoniacof) Metano

g) Fluoruro de hidrógenoh) Ácido sulfhídrico

i) Silanoj) Ácido clorhídrico

5.- Nombra las siguientes sales binarias por las dos nomenclaturas: a) HgBrb) PbCl4

c) PtS2

d) ZnI2

e) CaBr2

f) MgSg) FeI3

h) Cu2S

i) ZnSej) Na2Te

6) Formula las siguientes sales binarias:a) Cloruro de niquel (III)b) Difluoruro de cobaltoc) Sulfuro de hierro (III)d) Cloruro de sodioe) Yoduro de beriliof) Tetracloruro de plomog) Sulfuro de platino (II)h) Bromuro de cobre (I)

i) Yoduro de zincj) Cloruro de aluminio

7) Nombra los siguientes compuestos binarios:a) BrFb) BrF5

c) SF6

d) CS2

e) IBr3

8) Formula los siguientes compuestos binarios entre dos no metales:a) Monocloruro de bromo

b) Fluoruro de yodo (VII)c) Tetrafluoruro de azufred) Cloruro de nitrógeno (III)e) Fluoruro de fósforo (V)

9) Nombra los siguientes compuestos binarios de todas las formas posibles:a) NiOb) CdOc) RbH

d) NiH2

e) CuH

f) COg) NH3

h) HFi) H2Sj) CuClk) SiH4

l) Cl2Om) SbH3

n) Si3N4

o) NaCl

10) Formula los siguientes compuestos binarios:

a) Dihidruro de platinob) Trióxido de dialuminioc) Amoníacod) Dicloruro de barioe) Ácido clorhídricof) Ácido selenhídricog) Silanoh) Bromuro de hidrógenoi) Fluoruro de selenio (VI)j) Óxido de calciok) Ácido sulfhídricol) Cloruro de hierro (II)

11) Nombra los siguientes hidróxidos:a) Cr (OH)3

b) Co(OH)2

c) Zn(OH)2

d) KOHe) Sr(OH)2

f) HgOH

12) Formula los siguientes hidróxidos:a) Hidróxido de litiob) Hidróxido de hierro (II)

c) Hidróxido de calciod) Trihidróxido de hierroe) Hidróxido de cesiof) Trihidróxido de alumnio

13) Nombra o formula los siguientes oxoácidos:a) HClO3

b) H2SO4

c) HIO

d) HIO3

e) HBrO4

f) H2CO3

g) HMnO4

h) H2CrO4

i) H3PO4

j) HNO2

k) Ácido yodosol) Ácido dicrómicom) Ácido perclóricon) Ácido nítricoo) Ácido mangánicop) Ácido fosforosoq) Ácido brómico

r) Ácido peryódicos) Ácido sulfurosot) Ácido hipocloroso

14) Nombra o formula los siguientes aniones:a) Anión bromatob) Anión sulfitoc) Anión carbonatod) Anión hipoioditoe) Anión nitratof) Anión percloratog) Anión dicromato

h) Anión fosfatoi) Anión sulfatoj) Anión sulfurok) Anión clorurol) Anión fluorurom) (SO4)2-

n) (PO4)3-

o) (NO3)-

p) (ClO)-

q) (IO3)-

r) S2-

s) F-

t) (Cr2O7)2-

u) (NO2)-

15) Nombra o formula las siguientes sales ternarias:a) Fe(NO3)2

b) Cd(NO3)2

c) BaCrO4

d) Ni3(PO4)2

e) Mn2(SO4)3

f) Hg(IO3)2

g) CuCO3

h) LiMnO4

i) CuSO4

j) NaClOk) Nitrato de aluminiol) Manganato de litiom) Peryodato de cesion) Cromato de níquel (II)o) Carbonato de estronciop) Hipobromito de litioq) Clorato de cromo (VI)r) Sulfito de berilios) Fostato de níquel (III)

t) Yodito de sodio

16) Nombra los siguientes compuestos binarios y ternarios:a) Co(OH)3

b) Ag2Sc) PCl3

d) Au2Oe) AlH3

f) H2Sg) HMnO4

h) H2SO4

i) AsH3

j) BaCrO4

17) Formula los siguientes compuestos binarios y ternarios:a) Ácido nítricob) Tetracloruro de carbonoc) Óxido de beriliod) Hidróxido de aluminioe) Estibinaf) Hidruro de hierro (III)g) Bromuro de hidrógenoh) Sulfito de plomo (IV)i) Carbonato de calcio

j) Sulfuro de magnesio

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UNIT 9: CHEMICAL REACTIONS

1.- Balance the following chemical equations.

1. Fe + O2 Fe3O4

2. Sr + O2 SrO

3. Sn + NaOH Na2SnO2 + H2

4. K + Br2 KBr

5. C8H18 + O2 CO2 + H2O

6. Sb + I2 SbI3

7. COCl2 + H2O HCl + CO2

8. CS2 + O2 CO2 + SO2

9. H2SO4 + NaCN HCN + Na2SO4

10. KClO3 KCl + O2

11. H2 + F2 HF

12. BaCl2 + KIO3 Ba(IO3)2 + KCl

13. Mg + HCl MgCl2 + H2

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UNIT 9: CHEMICAL REACTIONS EXERCISES

Remember: 1 mole=6.022·1023units(molecules,

atoms, ions or electrons…).

1. We have 100 g of water (H2O).

a) How many moles do we have?

b) How many molecules do we have?

c) How many atoms of O do we have?

d) How many atoms of H do we have?

Atomic masses: H=1 u; O=16 u.

2. Aspirin´s formula is C9H8O4. How many molecules do we have in a pill of aspirin with a mass of 0.5g?

Atomic masses: C=12 u; H=1 u; O=16 u.

Remember: Molarity=number of moles of solute/volume of solution in litres.

3. We dissolve 10 g of sodium hydroxide (NaOH) in water until the final volume of the solution is 250 ml.

Calculate the molarity of this solution.

Atomic masses: Na=23 u; O=16 u; H=1 u.

4. Calculate the volume of a solution of sodium chloride (NaCl) 0.5 M which has 3 g of NaCl.

Atomic masses: Na=23 u; Cl=35.5 u.

5. Calculate the molarity of a solution of hydrochloric acid (HCl), which contains 35.1% mass and whose

density is 1.18 g/cm3.

Atomic masses: H=1 u; Cl=35.5 u.

6. Identify the reactants and the products in the following chemical reactions and balance them:

a) O2 (g) + Fe (s) → Fe2O3 (s)

b) KClO3 (s) → KCl (s) + O2 (g)

c) AgNO3 (aq) + ZnCl2 (aq) → AgCl (aq) + Zn(NO3)2 (aq)

7. The following is the reaction of the combustion of butane:

C4H10 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g)

a) Balance the chemical equation.

b) If you burn 12´5 kg of butane (the mass which is contained in a gas cylinder) how many kg of water do

you obtain?

c) How many litres of water, in standard state (1 atm of pressure and 25ºC of temperature), do you obtain?

d) How many kg of carbon dioxide do you obtain?

e) How many litres of carbon dioxide?

Atomic masses: C=12 u; H=1 u; O=16 u.

Tip: in gases, we apply the formula P∙V=n∙R∙T, where R=0,082 atm∙L∙K-1∙mol-1.

Remember: when you work with moles, the mass must be in grams.

8. Magnesium hydroxide is obtained mixing magnesium oxide and water:

MgO + H2O → Mg(OH)2

Calculate the mass of magnesium hydroxide that is obtained when 100 g of magnesium oxide react with an

excess of water. Data: Mg=24.31 g/mole, O=16 g/mole, H=1.008 g/mole.

9. Nitric acid can be obtained with the following chemical reaction:

N2O5 (g) + H2O (l) → HNO3 (l)

What is the mass of dinitrogen pentaoxide and the mass of water it needs to obtain 200 g of nitric acid?

Data: N=14.01 g/mole, O=16 g/mole, H=1.008 g/mole.

10. When sodium hydroxide reacts with sulphuric acid, we obtain sodium sulphate and water:

NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + H2O

If 100 mL of a solution 0.1 M of NaOH have reacted with enough H2SO4, what is the mass of Na2SO4 that

has been formed? Data: Na=22.99 g/mole, S=32.06 g/mole, O=16 g/mole.

11. Calcium carbonate decomposes when heated:

CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

Calculate the volume of carbon dioxide, measured in normal conditions (0ºC and 1 atm), obtained when 500

g of calcium carbonate decomposes.

Data: Ca=40.08 g/mole, C=12.01 g/mole, O=16 g/mole.

12. Sulphur dioxide is one of the polluting substances that causes acid rain. It is formed in the combustion of

fuels that contain sulphur:

S (s) + O2 (g) → SO2 (g)

a) Calculate the mass of sulphur dioxide that is formed when 2000 kg of a fuel containing 2% of S is burned.

(Data: S=32.06 g/mole, O=16 g/mole).

b) What is the volume the sulphur dioxide that has been formed will occupy at 0ºC and 1 atm?

13. You can obtain hydrogen making zinc react with hydrochloric acid:

Zn (s) + 2 HCl (aq) → ZnCl2 (aq) + H2 (g)

0.25 L of a solution of HCl 0.2 M react with an excess of Zn. Calculate the volume of H2 we obtain,

measured at 780 mm Hg and 20 ºC.

Remember: 1 atm=760 mm Hg

14. Aluminium and hydrochloric acid react, producing aluminium trichloride and hydrogen:

Al (s) + HCl (aq) → AlCl3 (aq) + H2 (g)

a) Calculate the mass of hydrogen that will be formed when 100 cm3 of a solution of HCl 0.4 M react

with an excess of aluminium.

b) Calculate the volume of a solution of HCl 0.4 M that is needed so that 10 g of aluminium reacts

completely.

Data: H=1.008 g/mole, Al=26.98 g/mole.

I.E.S. Guadalpeña Dpt. Física y Química 4º ESO 2017-2018

UNIT 2 “KINEMATICS”

1.- In a study of linear motion we obtain the following speed-time graph: a) From it, describe the motion in each stretchb) Determine the acceleration in each sectionc) Determine the distance travelled by the object during 30 sSol.: a) MRUA, MRU y MRUA; b) 2 m/s2; 0; -4 m/s2; c) 800 m

2.- El movimiento de un cuerpo responde a la gráfica de la izquierda: a) ¿Qué tipo de movimiento tiene el cuerpo en cada tramo?b) ¿Cuánto vale la aceleración en cada tramo?c) ¿Qué espacio total ha recorrido?Sol.: a) MRU, MRUA, MRU y MRUA; b) 0; 2 m/s2; 0; -2 m/s2; c) 1300 m

3.- In 2013 at the Monteló track, Fernando Alonso’s car reached 287 km/h in 11 s from rest. Supposing uniformly accelerating linear motion, how far did he drive in that time? How long did he take to drive the first half? What was his velocity at that moment? Draw the graphs of motion. Answer: Δs › 438.63 m; Δt › 7.78 s; v › 56.41 m/s

4. A motorcycle drives straight at 100 km/h. If it maintains constant speed, how long will ittake to drive 0.5 km? How far will it travel in 10 s? Write the answers in SI units.

5.- Two cars are leaving at the same time from towns A and B that are 192 Km apart traveling toward each other. One car travels at 75 km/h and the other one at 85 km/h. When and where do they meet? Answer: They meet 90 km from A, 1.2 hours later.

6.- Los fabricantes de un coche indican en un catálogo que alcanza los 100 km/h, partiendo del reposo, en 11´9 s. Calcular la aceleración necesaria para ello y el espacio que recorrerá el coche en ese tiempo. Sol.: 2´33 m/s2; 165´28 m

7-. Cheetahs can accelerate from 0 to 96 km/h in 3 seconds and Valentino Rossi, with his Yamaha R1 motorbike, from 50 km/h to 100 km/h in 2,3 seconds. Which of them is faster?

8- The following graph describe a linear motion. a) What type of movement do we have in the first stage? And in the second? b) What is the instantaneous speed in t=20 s.b) Calculate the acceleration during each stage.

9.- La velocidad de un motorista es de 54 km/h, y al cabo de 10 s alcanza la velocidad de 10 m/s. ¿Qué aceleración ha experimentado? ¿Qué espacio habrá recorrido en ese tiempo? Sol.: -0´5 m/s2; 125 m

10.- Un automóvil circula a 144 km/h. ¿Qué aceleración debe imprimirse a los frenos para que se detenga en 100 m? Sol.: -8 m/s2

11.- Un corredor alcanza, partiendo del reposo, una velocidad aproximada de 38 km/h tras recorrer 75 m. Determinar su aceleración, supuestamente constante, y el tiempo empleado en ello. Sol.: 0´74 m/s2; 14´2 s

12.- El conductor de un coche que circula por una calle recta va a 46´8 km/h y ve un semáforo en rojo a 50 m. ¿Cuánto tiempo tardará en detenerse justo en el semáforo? Sol.: 7´69 s

13.- En el momento de tomar tierra, un avión lleva una velocidad de 280 km/h. ¿Qué longitud mínima deberá tener la pista de aterrizaje para que se detenga sin peligro si la aceleración de frenado es 1´4 m/s2? Sol.: 2160´62 m

14.- ¿Desde qué altura debemos dejar caer un balón para que al llegar al suelo su velocidad sea de 54 km/h? g = 9´8 m/s2 Sol.: 11´48 m

15.- Desde lo alto de un rascacielos de 300 m de altura se lanza verticalmente y hacia abajo una piedra con una velocidad de 10 m/s. ¿Con qué velocidad llegará al suelo? ¿Cuánto tiempo tardará en ello? g = 9´8 m/s2 Sol.: 77´33 m/s; 6´87 s

16.- Se lanza un cuerpo verticalmente hacia arriba con una velocidad de 45 m/s. ¿Cuánto tiempo tardará en pasar por un punto situado a 15 m sobre el suelo? g = 9´8 m/s2 Sol.: 0´35 s y 8´84 s (1ª y 2ª vez, respectivamente)

17.- En un saque en un partido de baloncesto, el árbitro lanza la pelota verticalmente hasta una altura de 2´5 m. ¿Cuánto tiempo tarda la pelota en alcanzar esa altura? ¿Con qué velocidad lanzó el balón? g = 9´8 m/s2 Sol.: 0´71 s; 7 m/s

18.- ¿Con qué velocidad hay que lanzar una piedra de 1 kg verticalmente hacia arriba para que alcance una altura de 20 m? ¿Cuánto tiempo tardará en alcanzar dicha altura? g = 9´8 m/s2 Sol.: 19´8 m/s; 2´02 s

19.- Un ciclista da vueltas en un velódromo circular de 80 m de radio con una velocidad constante de 50 km/h. Se pide: a) ¿Tiene aceleración el ciclista? ¿Cuánto vale?b) Velocidad angular del ciclista, expresada en rad/s y rpm.c) Ángulo descrito por el ciclista en 20 min.Sol.: a) aC = 2´41 m/s2; b) 0´17 rad/s = 1´66 rpm; c) 204 rad

20.- Un motorista da vueltas en una pista circular de 10 m de radio con una velocidad constante de 90 km/h. a) ¿Tiene aceleración? ¿Cuánto vale?b) Calcular el periodo y la frecuencia del movimiento.c) ¿Cuántas vueltas dará en 5 minutos?Sol.: a) aC = 62´5 m/s2; b) 2´51 s; 0´4 Hz; c) 47´75 vueltas

21.- An object falls from a balcony 30 m high. How long does it take to reach the ground? At what speed does it hit? Answer: t › 2.47 s, v › 24.21 m/s

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UNIT 3: Dynamics I

1. Draw on a Cartesian coordinate system and calculate the length and the angle they form with

the horizontal axis for the following forces:

𝑎) �⃗� = (−3𝑖 + 5𝑗)𝑁 𝑏) �⃗� = (−4𝑖 − 2𝑗)𝑁 𝑐) �⃗� = (𝑖 + 𝑗)𝑁 𝑑) �⃗� = (7𝑖 − 3𝑗)𝑁

2. One force whose length is 40 N has a direction North-East and forms an angle of 30º with

the horizontal axis. Express it as a vector using the unit vectors 𝑖 and 𝑗.

3. One force whose length is 27 N has a direction South-West and forms an angle of 60º with

the horizontal axis. Express it as a vector using the unit vectors 𝑖 and 𝑗.

4. Three forces are applied on one body. These forces are

𝐹1⃗⃗ ⃗⃗ = (2𝑖 + 4𝑗)𝑁,

𝐹2⃗⃗ ⃗⃗ = (−𝑖 + 7𝑗)𝑁

𝐹3⃗⃗ ⃗⃗ = (4𝑖 − 2.5𝑗)𝑁.

What is the total force applied on the body? Calculate its length and draw it on a Cartesian

coordinate system.

5. What is the total force applied on the box?

6. What is the total force applied on the box?

7. Calculate the total force.

Mass, weight and normal force

11. Calculate the weight of a man whose mass is 80 kg on the surface of the Earth. Calculate

his weight on the surface of the Moon. (gMoon=1.6 m∙s-2).

12. Calculate the normal force in the following cases, drawing a free-body diagram:

a) A box of 2.5 kg is at rest on a horizontal surface.

b) A box of 2.5 kg is at rest on a horizontal surface and is pushed down by a force of 8 N.

c) A box of 2.5 kg is at rest on a horizontal surface and is pulled up by a force of 8 N.

13. Calculate the acceleration of gravity in Jupiter if an astronaut whose mass is 70 kg weighs

1820 N there.

14. ¿Cuánto vale la fuerza F de la figura? Sol.: 30 N

15. ¿Cuánto vale la aceleración del cuerpo de la figura? Sol.: 2 m/s2

16. El cuerpo de la figura se mueve hacia la derecha con la aceleración que se indica. ¿Cuánto

valdrá F? Sol.: 10 N

17.- ¿Qué valor debe tener la masa del cuerpo de la figura para que se mueva hacia la derecha con una aceleración de 0´5 m/s2? Sol.: 20 kg

Newton´s second law

∑ 𝐹 = 𝑚 ∙ 𝑎

Remember: in LUAM →

𝑣𝑓 = 𝑣0 + 𝑎 ∙ ∆𝑡 𝑠𝑓 = 𝑠0 + 𝑣0 ∙ ∆𝑡 +1

2∙ 𝑎 ∙ ∆𝑡2 𝑣𝑓

2 = 𝑣02 + 2 ∙ 𝑎 ∙ ∆𝑠

14. A force of 64.8 N is exerted upon a body of 12 kg of mass, initially at rest. Calculate:

a) The acceleration acquired by the body.

b) The velocity it will have in 2.5 seconds.

c) The space it will have travelled in 2.5 seconds.

15. a) Calculate the force you need to apply upon a sledge of 4.5 kg of mass so that it acquires

an acceleration of 8 m/s2.

b) Calculate its velocity after 3.5 seconds if it was originally at rest.

c) Calculate the space it has travelled in those 3.5 seconds.

16. The table shows the forces applied to a body and the accelerations it acquires in each case:

F (N) 3 6 9 12 15

a (m/s2) 8 16 24 32 40

a) Draw a graph representing the force versus the acceleration using the values of the table.

b) Calculate the mass of this body.

17. A body of 15 kg of mass moves at a constant speed of 36 km/h. Calculate the force you

need to apply during 5 seconds so that it stops.

18. A force is applied upon a body of 3 kg of mass and makes its velocity rise from 1 m/s to 5

m/s in 3 seconds. Calculate the value of the force.

19. Two men apply a force upon a big box of 10 kg. These forces are of 4 N and of 9 N.

Calculate:

a) The acceleration that the box acquires.

b) The velocity it has after 10 seconds, if the box was originally at rest.

c) The space it will have travelled after those 10 seconds.

in these two situations:

i) The forces are applied in the same direction.

ii ) The forces are applied in different directions.

20. A ball is kicked with a force of 275 N. The impact of the foot with it lasts 0.1 seconds and

thanks to this impact the ball acquires a speed of 20 m·s-1. What is the mass of the ball?

Force of friction

𝐹𝑓𝑟 = 𝜇 ∙ 𝑁

21. A wardrobe is pushed with a horizontal force of 580 N. If the coefficient of friction is 0.4,

calculate:

a) The acceleration it acquires (the wardrobe has a mass of 60 kg).

b) The velocity and the distance travelled in 5 seconds (the wardrobe was initially at rest).

22. A sailing boat of 200 kg is pushed by the air with a force of 300 N. At the same time, there

is a force of friction with the water of 100 N.

a) What is the acceleration?

b) What is its speed after 20 seconds if it was initially at rest?

23. A body of 2 kg which moves with a speed of 20 m/s reaches a rough surface and after 5

seconds it stops. Calculate the coefficient of friction of this surface.

24. A body of 4 kg of mass is at rest along a horizontal surface. When you apply a force of 20

N, it acquires an acceleration of 1 m/s2. Calculate:

a) The friction force.

b) The coefficient of friction.

c) The acceleration it would acquire if there wasn´t any friction.

25. A body whose mass is 7 kg moves with a speed of 9.2 m/s on a horizontal surface. A man

applies a force of 3 N in the opposite direction of the motion, because he wants to stop the

body. The coefficient of friction of the floor is 0.15. Calculate:

a) The acceleration the body acquires.

b) The time it takes the body to stop.

c) The time the body will have travelled before it stops.

26. A man pulls a box of 20 kg with a force of 23 N that forms an angle of 10º with the

horizontal floor. Calculate the acceleration the box acquires, knowing that the coefficient of

friction is 0.1.

27. A box is pulled by a force of 30 N that forms an angle of 30º with the horizontal floor.

Calculate the acceleration the box acquires, knowing that the coefficient of friction is 0.15. The

mass of the box is 15 kg.

28. Antonio pulls a box of 40 kg with a force of 85 N that forms an angle of 20º with the

horizontal floor. At the same time Sandra pushes the box with a horizontal force of 70 N.

Calculate the acceleration the box acquires, knowing that the coefficient of friction is 0.2.

What will be the space the box will have travelled in 7 seconds?

29. You are dragging a box at a constant velocity on a horizontal surface whose coefficient of

friction is 0.1. The box has a mass of 10 kg. Calculate:

a) The force of friction of the surface.

b) The force that you are applying.

Ropes

30. Two boxes are hanging by a rope on both sides of a pulley, as you can see on the figure:

One of the boxes has a mass of 11 kg and the other box has a mass of 4 kg. Calculate the

acceleration of the motion and the tension of the rope.

31. Calculate the acceleration of the motion and the tension of the rope for the following

situation:

The box of the table has a mass of 10 kg and the other box has a mass of 20 kg.

32. Repeat the 31st problem considering that the coefficient of friction of the table is 0.1

Inclined plane

33. Calculate the acceleration of a box of 20 kg of mass that falls on an inclined plane that

forms an angle of 30º with the horizontal plane.

34. Calculate the acceleration of a box of 40 kg of mass that falls on an inclined plane that

forms an angle of 60º with the horizontal plane.

Centripetal Force

When we have a uniform circular motion, the velocity changes although the speed remains

constant (because the direction of the velocity changes, remember that velocity is speed with a

direction). Whenever there is acceleration, there is a force, and in this case this force is called

centripetal force. Remember that the centripetal acceleration is:

ac=v2/R

Therefore, the centripetal force is:

Fc=m·ac=m·v2/R

This force is directed to the centre of the circumference.

35. Calculate the acceleration and the centripetal force that a body has if it has a mass of 1500

kg and takes a curve of 20 m of radius at a constant speed of 80 km/h.

36. A body makes a uniform circular motion with an angular speed of 3 rpm (revolutions per

minute). The radius of the circumference is 4 metres. Calculate:

a) The angular speed in rad/s and the linear speed in m/s.

b) If the body has a mass of 5 kg, calculate the centripetal force of the motion.

37. On a circular motion whose radius is 2 metres and with constant angular speed, a body of

1.5 kg of mass travels an angle of 15 rad in 3 seconds. Calculate:

a) The angular speed in rad/s.

b) The angular speed in rpm.

c) The linear speed in m/s and in km/h.

d) The angle and the space the body has traveled in 2 hours and a half.

e) The centripetal force.

Hooke´s law

𝐹 = 𝑘 ∙ ∆𝑥

38. When we hang a body of 3.5 kg from a spring it extends 19 cm. Calculate the constant of

the spring.

39. A string has a constant of 120 N/m. Calculate how much it will extend when a body of 6 kg

of mass is hung.

40. What is the mass of the body that must be hung on a string whose constant is 9 N/cm for it

to extend 50 mm?

IES Guadalpeña Dpt. Physics and Chemistry 4º ESO 2018-2019

UNIT 3: FORCES AND GRAVITATION EXERCISES

1.- Dos niños tiran de un juguete de 10 kg con fuerzas iguales de 25 N. Determinar, considerando

despreciable el rozamiento, qué distancia habrá recorrido el juguete si tiran de él durante 2 s en los

siguientes casos:

a) Las fuerzas son perpendiculares entre sí.

b) Las fuerzas tienen la misma dirección y sentido.

c) Las fuerzas tienen la misma dirección y sentidos contrarios.

Sol.: a) 7´07 m; b) 10 m; c) 0;

2.- Calcular la masa de un autobús que se mueve a 90 km/h sabiendo que para detenerlo en 20 s se precisa

una fuerza de 12000 N. Considerar despreciable el rozamiento. Sol.: 9600 kg

3- Un automóvil de 1500 kg circula a 108 km/h. ¿Qué fuerza tendrían que ejercer los frenos para detener el

coche en 100 m? Considerar despreciable el rozamiento. Sol.: 6750 N

4.- Una grúa eleva 200 kg de ladrillos con una fuerza de 2000 N. ¿Con qué aceleración suben los ladrillos?

Sol.: 0´2 m/s2

5.- A 5 kg object starts from rest and is pulled by a force of 49 N on a horizontal surface. The coefficient of

friction with the floor is 0.4. How long will the object take to cover 10 m? Answer: 1´84 s

6.- A 100 kg body is moving at 30 m/s and it stops after cover 80 m on a horizontal surface with friction.

Find the coefficient of friction with the floor. Answer.: 0´57

7.- Una grúa levanta una viga de 500 kg, a una velocidad constante de 0,5 m/s.

a) Dibuja y calcula las fuerzas que actúan sobre la viga.

b) El operario de la grúa decide acelerar la subida, pasando a una velocidad de 1 m/s en 10s. Calcula ahora

la tensión que ejerce el cable de la grúa. Sol: T=5025 N

8.- Se arrastra un bloque de 50 kg de masa tirando con una fuerza de 100 N. Si al aplicar esta fuerza se le

da una aceleración de 0’5 m/s2, ¿cuánto vale la fuerza de rozamiento? Sol: FR = 75 N

9.- Calculate the acceleration the box acquires if F1=700 N, F2=100 N, =30º and =20º.

10. - A truck goes at 36 Km/h. It breaks with a force of 2000 N and it stops in 5 s. Calculate: a) Space

covered and breaking acceleration. b) Mass of the truck.

11. - On a horizontal surface a box is pulled by a force of 70 N that forms an angle of 10º with the

floor. The mass of the box is 45 kg and the coefficient of friction with the floor is 0.13. Calculate:

a) The acceleration the box acquires. Answer: a= 0.29 m/s2

b) The space it travels and its speed in 7 seconds, if the force is maintained. r= 7.18 m; v= 2.05 m/s2

(CONSIDER POSITIVE THE

DIRECTION OF THE MOTION)

Answer: 𝑎 = 8.2 𝑚 𝑠2

12. - A 80kg moving object is sliding on a horizontal surface with friction at 20 m/s and it stops in 50 m.

Calculate the friction coefficient μ

13.- We apply a 40 N horizontal force to a 10 kg body at rest. If the coefficient of friction is µ = 0.1,

calculate the distance travelled after 5 seconds.

Answer: Δs = 37.75 m

14.- Calculate the velocity of the object when it reaches the base of the plane for:

a) µ = 0.2. b) µ = 0.

Answer: a) v = 3.58 m/s. b) v = 4.43 m/s

15. - We draw a 50 kg chest of drawers with a force of 300 N at 35°

from the horizontal, as shown in the figure. Calculate the acceleration.

Answer: a= 3.96 m/s2

16. - In the previous exercise, at what value F would the chest of drawers lift off the ground?

Answer: F =854.29 N

17. - A 60 kg body moving at 20 m/s stops after traveling 50 m in the horizontal plane. Calculate its

coefficient of friction.

Answer: µ ≈ 0.4

18.-Calculate the gravitational force with which two identical masses of 30 kg attract each other from a

distance of 5 m. Data: G = 6.67 · 10–11 N · m2 · kg–2

Answer: F = 2.4 · 10–9

N

19.- La sonda "Mars Pathfinder", con una masa de 100 kg, fue lanzada hacia Marte, planeta al que llegó en

julio de 1997. Calcula:

a) Peso de la sonda en la superficie de Marte.

b) Fuerza gravitatoria entre Marte y la sonda cuando esta se encontraba a 1000 km de la superficie del

planeta.

Datos: Masa de Marte: MM = 6,5 · 1023 kg , Radio de Marte: RM = 3400 km, gravedad en la superficie de

Marte: gM = 3,7 N/kg

Sol: a) p=370 N; Fg= 223.94 N

20. - A spring has a length of 10 cm. When a force of 5 N is applied. Its length is 12 cm.

a) Find its spring constant

b) Find its length if we apply a force of 2 N

c) Find the force we have to apply to have a length of 15 cm

Answer: a) K= 250 N/m; b) x= 0.108 m; c) F= 12.5 N

IES Guadalpeña Dpt. Physics and Chemistry 4º ESO 2018-2019

UNIT 5: WORK AND ENERGY EXERCISES

1.- We apply a F = 200 N force at a 20° angle to the ground on an object at rest on the ground.

Calculate the work the force performs if the object moves 50 cm along the X axis.

Answer: W≈94 J

2.- We apply a 500 N force on a 500 g object at a 50° to the horizontal plane. What work does the

effective force perform if the object moves 2 m along the horizontal plane? The force forms a 50° angle

with the direction of motion, so the effective force will be its component along the X axis.

Answer W=642´8 J

3.- Calculate the work done by the force of weight on a 700 g object in these cases:

a) The object rises 2 m due to an external force. Answer: W= -13.72 J

b) The object falls vertically from a height of 2 m due to its own weight. Answer: W= 13.72 J

c) An object is moved horizontally, by an external force, a distance of 2 m. Answer: W= 0 J

4.- A 100 kg mass moves 5 m along a horizontal surface with a coefficient of friction of μ= 0.15, due

to a horizontal force of F = 200 N. Analyse whether the system changes its mechanical energy.

Answer: W= 265 J

5.- We let a 23 kg object slide down a 25° inclined plane. The object slides 10 m down and

experiences a 90 N friction force. Calculate the total work done on the object. Data: g = 9.8 m/s2.

Answer: Wtotal = 52.6 J

6.- We throw a 3 kg object on a rough surface, where it slides 5 m until stopping. Find the velocity at

which we threw the object. Data: μ = 0.15; g = 9.8 m/s2. Answer: V=3´8 m/s

7.- A 200 kg motorcycle and its 75 kg driver are moving at 60 km/h. How much work will the motor

have to do to reach 120 km/h to pass a lorry? Neglect friction. Answer: W =1.15 · 105 J

8.- Lanzamos un proyectil de 40 g de masa a una velocidad de 560 m/s en dirección horizontal que

impacta en una placa de madera de 8 cm de espesor atravesándola. Tras el impacto el proyectil

continúa su camino a una velocidad de 450 m/s. ¿Qué fuerza de rozamiento media ha ejercido la

madera sobre el proyectil? Solución: Froz = 2,78 · 104 N.

9.- We launch a 500 g mass vertically from the ground at v0 = 15 m/s. Calculate the gravitational

potential energy, Ep, at the highest point. Answer: Ep = 56´84 J

10.- Una grúa debe levantar verticalmente un contenedor de 10 toneladas desde 1,5 m hasta 10,5 m

sobre el suelo. ¿Qué trabajo realiza la grúa? ¿Y la fuerza peso? Dato: g = 9,8 m/s2.

Solución: Wgrúa = 8,82 · 105 J; Wpeso = –8,82 · 105 J.

11.- A teenager slides down a 3 m slide. Find the velocity she reaches at the bottom of the slide,

assuming the work due to friction is zero. Data: g = 9.8 m/s2. Answer: v = 7.7 m/s

12.- Lanzamos un cuerpo de 500 g verticalmen-te hacia arriba con una velocidad de 30 m/s. Si la

altura máxima alcanzada es de 45,4 m, ¿Qué pérdida de energía ha sufrido el cuerpo debido al

rozamiento del aire? Dato: g = 9,8 m/s2. Solución: ΔE = –2,54 J.

13.- Look at the next figure, which represents an amusement park ride. The roller coaster must pass

through the points indicated. What speed must it have at point A to reach point C, given that it

pauses instantaneously there before beginning to fall? Assume that friction is negligible. Calculate

the speed of the roller coaster at each point in the figure. Data: g = 9.8 m/s2.

Answer: vA ≈ 6,3 m/s; vB≈11,7 m/s; vC = 0; vD ≈ 8,9 m/s; vE≈12,5 m/s.

14.- Una piedra de 1 kg cae en caída libre desde una altura de 10 m. Despreciando el rozamiento

con el aire

a) Calcular la energía potencial y cinética en el instante inicial.

b) Calcular la velocidad con la que llega al suelo y las energías potencial y cinética en ese momento.

c) ¿Qué ha ocurrido con la Em de la piedra?

d) ¿Qué ocurriría si hubiera rozamiento? ¿Se mantendría constante la energía mecánica?

15.- Se lanza al río una piedra de 200g con una velocidad inicial de 2m/s verticalmente hacia abajo

desde un puente de 10 m de altura. Calcula:

a) La Ec, Ep y Em de la piedra en el momento del lanzamiento.

b) La Ep y la Em cuando se encuentra a 5 m sobre el río

c) La Ec y su velocidad en ese momento

d) La Ec, Ep y Em en el momento de llegar al río

e) Su velocidad en ese instante.

16.- Una piedra de 100 g de masa se lanza verticalmente hacia arriba con una velocidad de 72

km/h. Calcula:

a) La Ec y la Ep de la piedra 1 s después de ser lanzada. (Ec= 5J, Ep= 15J)

b) La Ec y Ep cuando la piedra se encuentra a 20 m de altura. (Ec= 0J, Ep= 20J)

17.- Se lanza un cuerpo de 1 kg de masa verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 15

m/s. Calcula:

a) La altura máxima alcanzada. (h= 11.48 m)

b) La velocidad al llegar al suelo (15 m/s)