Problemas variados I - temas del 2do. parcial

1) Se ha medido el calor entregado a una piedra, inicialmente a 0ºC, y la temperatura alcanzada. Los resultados se muestran en el gráfico:

Cuando esa misma piedra tiene una temperatura de 60ºC, se la introduce en un litro de agua a 20ºC, dentro de un recipiente adiabático.
a) ¿Cuál será la temperatura de equilibrio del sistema?
b) Indicar, justificando, si la energía interna del sistema piedra+agua aumenta, dismunuye, o no cambia, durante este proceso. Lo mismo para la entropía del sistema.

2) El gráfico muestra la temperatura a lo largo (eje x) de una barra recta de sección unifrome y longitud L, formada por dos materiales denominados 1 y 2. El primer material (desde x=0 hasta x=L/2) tiene conductividad k1 y el siguiente k2.

Entonces:

a) k1 = 2 k2
b) k1 = k2 /2
c) k1 = k2
d) k1 = 4 k2
e) k1 = k2 /4
f) k1 = - k2

 3)  Un sistema evoluciona en forma reversible entre los estados A y B como lo muestra el diagrama presión - volumen de la figura:

 Para esa evolución, el sistema:

a) entrega un trabajo mayor que 250 J
b) recibe un trabajo mayor que 250 J
c) entrega un trabajo entre 150 J y 250 J
d) recibe un trabajo entre 150 J y 250 J
e) entrega un trabajo menor que 150 J
f) recibe un trabajo menor que 150 J

4) Si el calor latente de evaporación del agua a 1 atm es de 540 cal/g, ¿cuál es la masa máxima de agua a 100ºC que podemos evaporar durante 3 min con un calefactor de 900W?
a) 2,32 g
b) 0,13 g
c) 20,9 g
d) 300 g
e) 71,7 g
f) 5,02 g


5) Una revista de divulgación propone que hay cierta máquina que extrae, luego de un número entero de ciclos, 5000 J de una caldera en la que hierve agua a 100ºC y entrega 4000 J a un in tercambiador por el que circula agua a 27ºC. En ese lapso realiza trabajo mecánico por valor de 1000 J. A partir de estos datos se puede afirmar que:
a) Cumpliría el primer principio pero no el segundo
b) Cumpliría el segundo principio pero no elprimero
c) No cumpliría ninguno de los dos principios
d) Puede funcionar y el proceso es reversible
e) Puede funcionar y el proceso es irreversible
f) La entropía de la máquina aumenta

(Corrección día 22/11: inicialmente decía 7 ºC en vez de 27ºC. Si lo hiciste con 7 ºC, da la opción e). Si lo hacés con 27 ºC, da la opción a) )


6) Por el circuito de la figura, constituido por dos resistencias en serie R1 = R y R2 = 2R, circula una intensidad de corriente i, para una diferencia de potencial  ΔVAB. Si se quiere duplicar i agregando una resistencia en paralelo a R2, el valor de la misma será:

a) 2/3 R
b) 3/2 R
c) 1/3 R
d) 2 R
e) 3 R
f) 3/4 R


7) Un local comercial se calefacciona mediante una estufa de 14688 kcal/hora de potencia. Si el local posee una vidriera de 5m de ancho X 2 m de altura, de 10 mm de espesor, considerando las paredes, el piso y el techo totalmente aislados, si la temperatura exterior es de 3ºC, cuando el sistema está en régimen, la temperatura interior del local será de:
(Kvidrio = 0,24 cal/(m s ºK) )


a) 3 ºC
b) 17 ºC
c) 20 ºC
d) 23 ºC
e) 69 ºC
f) 72 ºC


8) Un capacitor C1 se conecta a una batería de 12V y, una vez alcanzado el equilibrio, adquiere una carga de 300 mC. Al cargar otro capacitor C2 con la misma batería, la carga es, en ese caso, de 600 mC. Si luego de cargados se conectan ambos capacitores entre sí, uniendo los alambres de polaridades diferentes (positivo con negativo y negativo con positivo), ¿qué cargas Q1 y Q2 tendrán al llegar al equilibrio?


a)  Q1 = 400 mC, Q2 = 500 mC
b)  Q1 =  75 mC, Q2 =  225 mC
c)  Q1 = 100 mC, Q2 = 200 mC
d)  Q1 = 450 mC, Q2 = 450 mC
e)  Q1 = 150 mC, Q2 = 750 mC
f)   Q1 = 150 mC, Q2 = 150 mC


9) Una solución de concentración Cs se encuentra en el interior de un tubo sumergido en un depósito que contiene una solución de menor concentración Ca, ambas separadas por una membrana semipermeable M. En el estado de equilibrio la columna de líquido llega hasta una altura h. Entonces:

a) Si se aumentara la temperatura, h disminuiría
b) Si se dismunuyera la temperatura, h no cambiaría.
c) En el equilibrio la concentración de B es mayor que la de A.
d) En el estado de equilibrio, la concentración de B es igual a la de A.
e) Si se agregan n moles de soluto a la solución B, h disminuye.
f) Si se agregan n moles de soluto a la solución A, h aumenta.


10) En el circuito de la figura, las resistencias son de: R1 = 100 Ω, R2 = 300 Ω, R3 = 60 Ω y R4 = 40 Ω. Por R3 circulan 75 mA, entonces la tensión de la fuente es:

a) 10 V
b) 7,5 V
c) 4,5 V
d) 3 V
e) 17,5 V
f)  25 V

Resultados de esos ejercicios:
Problema 1: a) Tf = 52,72°C, b) La energía interna del sistema piedra+agua no cambia porque DeltaUtotal = Qtotal - Ltotal, y tanto Qtotal como Ltotal son cero (la primera por ser el calorímetro adiabático; la segunda, si suponemos que el calorímetro es rígido y no cambia su volumen).
La entropía del sistema piedra+agua aumenta ya que el proceso de intercambio de calor es irreversible.
Problema 2: a) k1 = 2.k2
Problema 3: b) Recibe un trabajo mayor a 250 J (*)
(*) No está muy claro, aunque todos los conteos de cuadraditos que hice parecen dar algomás que 250 J.
Problema 4: e) 71,7 g
Problema 5: a) Cumpliría el primer principio pero no el segundo.
Problema 6:a) 2/3 R
Problema 7: c) 20°C
Problema 8: c) Q1 = 100 mC, Q2 = 200 mC
Problema 9: c) En el equilibrio la concentración de B es mayor que la de A.

Problema 10: e) 17,5 V

Los parcialitos

Aquí podés descargar los enunciados de los parcialitos propuestos en clase.

Descargar 1er. Parcialito (Mecánica)

Descargar 2do. Parcialito (Fluidos)

Descargar 3er. Parcialito (Calor y Termodinámica)  

Nota: Las soluciones de los 3 parcialitos  ya están publicadas en este Blog.

Problemas adicionales de hidrodinámica (fluidos ideales o reales)

Hola,

A continuación les dejo algunos ejercicios adicionales de fluidos ideales y de fluidos reales.

Problema 1
Por una tubería con sección transversal de 3 cm^2 circula un líquido no viscoso cuya densidad es de 0,8 kg/dm^3 a una velocidad de 30 cm/s. El líquido desciende gradualmente 12 m mientras que el área del tubo aumenta, siendo de 6 cm^2 en el punto más bajo.

a) ¿Cuál es la velocidad del flujo en el nivel inferior?
b) Sabiendo que la presión en el nivel superior es de 152 kPa, hallar la presión en el nivel inferior.

Problema 2
Un fluido viscoso escurre, en régimen laminar, por un caño horizontal de 1m de longitud y de diámetro d. El caudal es Q y la diferencia de presión entre los extremos del caño es Δp. Por otra parte, el mismo fluido escurre en idéntico réginen, por un conjunto de n caños de 1 m de longitud cada uno dispuestos horizontalmente en paralelo. El diámetro de cada caño es d/2. Para esta nueva disposición, el caudal total es Q y la diferencia de presión entre sus extremos es 2 Δp. El valor de n es:
a) 2   b)  4   c)  8  d)   16  e) 32  f)  64

Problema 3
Un tanque de agua de 10 m^2 de seccion y 20000 litros de capacidad está abierto a la atmósfera por arriba y tiene, en su parte inferior, un caño horizontal para descargarlo, cerrado mediante un tapón.

El gráfico muestra los caudales de agua en ese caño, en un ensayo para distintas diferencias de presión entre sus extremos:

a) ¿Cuál es la diferencia de presión entre ambas caras del tapón cuando el tanque está lleno?
b) Si se saca el tapón, suponiendo que la velocidad del agua en el tanque es insignificante, ¿Qué caudal de agua comenzará a salir por el caño al principio si el flujo es laminar?


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Además pueden resolver:

Todos los problemas de las siguientes dos entradas:

- Fluidos ideales:
http://cbcbiofisica.blogspot.com/2010/09/problemas-adicionales-de-fluidos.html

- Fluidos reales
http://cbcbiofisica.blogspot.com/2010/09/problemas-adicionales-de-fluidos-reales.html

Los problemas 8, 10 y 11 de esta entrada:
http://cbcbiofisica.blogspot.com/2010/12/problemas-adicionales-de-temas-variados.html

Problemas adicionales de hidrostática

Hola,

Aquí les dejo algunos problemas adicionales de hidrostática, para que puedan practicar. Recuerden que la próxima clase es el Martes próximo (26/04).

Problema 1: El de la figura es un recipiente cerrado, cuya base tiene una superficie de 2 m^2 y que contiene agua. El aire que queda encima del agua, dentro del recipiente, está a 1,2 atm de presión. A 30 cm de profundidad respecto de la superficie libre del líquido se halla un tubo abierto a la atmósfera. En estas condiciones, calcule:
a) La fuerza que soporta la tapa inferior del recipiente.
b) la altura de la columna de agua en el tubo.

Problema 2: Dos líquidos que no se mezclan están en equilibrio, uno sobre el otro, formando capas de igual espesor en un recipiente abierto por arriba y sometido a la presión atmosférica (A). La presión interior en el fondo del recipiente es de 4 atm. Si la densidad del líquido superior es la mitad de la densidad del líquido inferior, la presión en la interfase (B) entre ambos líquidos es:
a) 1 atm  b) 2 atm   c) 3 atm    d) 4 atm   e) 5 atm    f) 6 atm

Problema 3: (éste es una variante del anterior) Dos líquidos que no se mezclan están en equilibrio, uno sobre el otro, formando capas de igual espesor en un recipiente abierto por arriba y sometido a la presión atmosférica. Las presiones en los puntos A y B, ubicados en la mitad de cada capa, son P_A = 1,2 atm y P_B = 2,4 atm. Si δ_A es la densidad del líquido superior, la densidad del líquido inferior es:

a)  2δ_A    b) 4δ_A     c) 5δ_A        d) 0,25 δ_A     e) 0,2δ_A  f) 0,5δ_A      

Problema 4: Un tubo en U de ramas desiguales cuyas secciones son 40 cm^2 y 80 cm^2 respectivamente, está abierto en sus extremos y contiene en su interior glicerina (δ = 1,25 g/cm^3) en equilibrio. Se apoya sobre la rama de la izquierda un émbolo que ajusta perfectamente a la sección del tubo,de manera que el nivel de líquido en dicha rama desciende 15 cm (ver figura). Considere despreciable el rozamiento entre el émbolo y el tubo.

Calcular:
a) El valor de la presión que soporta el fondo del recipiente (punto A) al apoyar el émbolo
b) El peso del émbolo.

Problema 5: Un recipiente cilíndrico abierto a la atmósfera y de sección constante, contiene en su interior dos líquidos no miscibles de densidades δ1 y δ2 (con δ2 > δ1) que se encuentran en equilibrio y en reposo (ver figura). A mitad de la altura del líquido de densidad δ2 se ha hecho un orificio taponado por un corcho de secciòn uniforme S, que impide que derrame líquido. Sabiendo que h2 = 2 h1, determinar el valor de la fuerza necesaria para sostener el tapón:
a)  (2δ1 + δ2 ) h1 g S     b)  (δ1 + δ2 ) h2 g S          c)  (δ1 h1 + δ2 h2) g S
d)  (δ1 + δ2 ) h1 g S      e)  (δ1 + 2 δ2 ) h1 g S     f)   (2δ1 + δ2/2) h2 g S

Problema 6: El gráfico representa la presión en función de la altura para un tanque cilíndrico de m^2 de sección transversal que contiene un líquido en equilibrio. Se puede afirmar que la densidad del líquido es, aproximadamente:
a) 3 g/cm^3    b) 2,5 g/cm^3     c) 2 g/cm^3    d) 1,5 g/cm^3    e) 1 g/cm^3    f) 0,5 g/cm^3

Problema 7: En la figura se representa la presión hidrostática, en atmósferas, en función de la profundidad, en metros, para un líquido desconocido en reposo.
a) ¿Qué densidad tiene el líquido?
b) ¿Qué distancia hay que subir en ese líquido para registrar una reducción de presión de 40 mm Hg?

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Además pueden resolver:

- Todos los problemas de esta entrada (son 5):

http://cbcbiofisica.blogspot.com/2010/09/problemas-adicionales-de-hidrostatica.html

- El Problema 9 de esta entrada:
http://cbcbiofisica.blogspot.com/2010/12/problemas-adicionales-de-temas-variados.html

9) La presión en la superficie de un líquido desconocido es de 1 atm. y a 40 cm mas abajo es de 1.8 atm. ¿A qué profundidad la presión es el triple de la superficial?

a) 8m

b) 4m

c) 3m

d) 2m

e) 1m

f) 0.5m

- El Problema 1 de esta entrada:
http://cbcbiofisica.blogspot.com/2011/02/mas-ejercicios-adicionales-de-todo-un.html

1)  Tres recipientes abiertos contienen agua  en reposo hasta el nivel indicado en la figura (ver más abajo).  En esas condiciones los valores de la presión en los puntos A, B y C verifican:

a) Pa = Pb = Pc
b) Pa < Pb = Pc
c) Pa = Pb < Pc
d) Pa = Pc < Pb
e) Pa = Pc > Pb
f)  Pa < Pb < Pc

La figura es la número 1 de este enlace:
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgTp4bOWq5HdP5611tuGyMUtiHZh3McUO_Bjfu76SkYOiLpMwm8DjbYFJGvsWMRaRn36lttfUQNDAKIu9wsAPGZv_WlGOarRAh8CDfT09n42EqN2gUunG1GokC5ZjvmZLbJBDKUM0UKE6gJ/s1600/figurasparcial2010.jpg

Ejercicios propuestos (continuación de la entrada anterior)

Continuación de los ejercicios propuestos...

7) Considere la transformación A B C de un mol de gas ideal indicada en el diagrama PV.

¿Cuál es la afirmación correcta referida a este gas y a esta transformación?

a)  Disminuye su energía interna de A a B y la aumenta de B a C
b)  Disminuye su energía interna
c)  Aumenta su energía interna
d)  Recibe trabajo y entrega calor
e)  Entrega una cantidad de trabajo mayor al calor que absorbe
f)  Entrega una cantidad de trabajo igual al calor que absorbe

8) Tres capacitores de capacidades C1 = 1 micro F, C2 = 2 micro F y C3 = 3 micro F, se fabrican para soportar un voltaje de hasta 200 V sin permitir fugas (es decir, sin que el dieléctrico se vuelva conductor). Si se los conecta en serie, y el conjunto a una batería de 550 V, respecto a posibles fugas, puede afirmarse que:

a) No se producirán en ninguno de los tres
b) Se producirán sólo en el capacitor 1.
c) Se producirán en los capacitores 1 y 2.
d) Se producirán en los tres.
e) Se producirán sólo en el capacitor 3.
f)  Se producirán en los capacitores 2 y 3.

9) Un ambiente cuyas paredes están totalmente aisladas, posee una ventana de vidrio rectangular de 1,5 mts. x 2 mts. y 6 mm. de espesor (kvidrio= 0,8 cal/ ºC m s) Si la temperatura del ambiente interior es de 20 ºC y la temperatura exterior es 5 ºC. La potencia de la estufa, en Kcal/ h, que se debe colocar para mantener la temperatura interna constante (suponer sólo fuga de calor por conducción) será de:

a) 21600
b) 5167
c) 2160
d) 129600
e) 600
f) 518

 10) Se suministran 30 Kcal a 10 mol de un gas monoatómico, expandiéndose contra una presión exterior de 1254 hPa hasta ocupar 5 veces su volumen inicial. Entonces el volumen inicial ocupado por ese gas será:
a) 1500 lts.
b) 100 lts.
c) 1000 lts.
d) 600 lts.
e) 1250 lts.
f) 500 lts.

11)  Se tiene una masa de gas contenida en un recipiente que presenta un pistón en la cara superior. Se comprime el gas reversiblemente mediante la colocación de pesas sobre el pistón. Las paredes son adiabáticas. Despreciando el rozamiento y si el gas es ideal:

a) La energía interna y la entropía del gas son constantes
b) La energía interna aumenta y la entropía es constante
c) La energía interna es constante y la entropía disminuye
d) La energía interna disminuye y la entropía aumenta
e) El gas absorbe calor del medio exterior
f) La entropía del medio exterior aumenta

12) En el circuito de la figura, la fuente de tensión mantiene una diferencia de potencia constante (v) entre sus bornes y los valores son: R2=R3=2R1.

 

 Entonces, decir que pasará con i1, i2, i3 y con v1, v2, v3:

a) v1 = v2 = v3 = v/3
b) v2 = v3 > v1
c) i1 > i2 > i3
d) v1 = v2 = v3 = v/2
e) v2 = v3 < v1
f) i2 = i3 = 2 i1

Más ejercicios adicionales (de todo un poco)

Hola, aquí les dejo ejercicios variados de opciones múltiples que (espero!) no son repeticiones de los ejercicios de las entradas anteriores. Pueden dejar sus comentarios al pie.

1)  Tres recipientes abiertos contienen agua  en reposo hasta el nivel indicado en la figura (ver más abajo).  En esas condiciones los valores de la presión en los puntos A, B y C verifican:

a) Pa = Pb = Pc
b) Pa < Pb = Pc
c) Pa = Pb < Pc
d) Pa = Pc < Pb
e) Pa = Pc > Pb
f)  Pa < Pb < Pc

2)  El gráfico (ver más abajo) muestra la fuerza aplicada a un móvil que parte del reposo como función de su posición (x). Se cumple que:

a) Desde 0 hasta B, la velocidad aumenta.
b) En A, la aceleración es máxima.
c) La velocidad es máxima en la posición A.
d) Entre A y B la velocidad disminuye.
e) En B, la velocidad es igual que en A.
f) En A, el móvil cambia el sentido del movimiento.

3) Un carrito se mueve por una montaña rusa sin rozamiento desde D hacia A, como muestra la figura (ver abajo). Diga cuál de las afirmaciones es la correcta:

a) La velocidad en B es cero porque a partir de allí comienza a bajar.
b) El trabajo de todas las fuerzas entre D y A es menor que cero.
c) El trabajo de todaslas fuerzas entre C y A es mayor que entre D y A.
d) El trabajo del peso entre C y A es el mismo que entre B y A.
e) El trabajo del peso entre C y A es mayor que entre D y A.
f) La energía cinética es la misma en A y en B.

Figuras de los problemas 1 a 3:

4) Dos tubos de 1 m de longitud y 2 cm de diámetro están concetados en paralelo y presentan una resistencia hidrodinámica R. Si se cambia uno de ellos por otro tubo de igual longitud pero de 1 cm de diámetro, la resistencia hidrodinámica del sistema, comparada con la anterior, es aproximadamente:

a) 22% menor
b) 22% mayor
c) 50% menor
d) 50% mayor
e) 88% menor
f) 88% mayor

5) Una fuente alimenta dos capacitores, de 2mF y 3mF, conectados en paralelo. La carga total suministrada en esta situación es Q. ¿Qué valor debería tener un capacitor extra conectado en paralelo a los anteriores para que la carga acumulada por el nuevo conjunto sea un 60% superior?

a) 1,2mF
b) 1,6mF
c) 1,8mF
d) 3mF
e) 3,2mF
f) 4,8mF



6) Una placa de cierto material separa dos recipientes con líquidos que se mantienen a temperaturas constantes pero distintas. Las temperaturas de las caras de la placa en contacto con los líquidos son 30ºC y 10ºC. En esas condiciones el flujo de calor a través de la placa es de 48 cal/seg. Si esta placa se reemplaza por otra del mismo material pero del doble de espesor y de la mitad del área, el flujo de calor es entonces:

a) 12 cal/seg
b) 20 cal/seg
c) 60 cal/seg
d) 80 cal/seg
e) 15 cal/seg
f) 160 cal/seg

Continuará...

Problemas adicionales de temas variados - para el final

1) Un cuerpo es lanzado verticalmente hacia arriba, retornando al punto de lanzamiento al cabo de 8 seg. Puede despreciarse el rozamiento durante el movimiento.

Se cumple que:

a. A los 4 seg. la aceleración es nula.

b. El módulo de la aceleración es mayor cuando baja que cuando sube.

c. En los primeros 2 seg. el cuerpo recorre mayor distancia que en los siguientes 2 seg.

d. A los 5 seg. el módulo de la velocidad es mayor que a los 3 seg.

e. La distancia recorrida de 0 a 4 seg. es menor que la distancia recorrida de 4 a 8 seg.

f. La representación gráfica de la velocidad en función del tiempo es una parábola. 

2) En el interior de un ascensor se puede leer un cartel que advierte "Máximo 630kg". Se sabe que el ascensor cuando arranca y frena tiene una aceleración de módulo 5 m/seg^2. Entonces, la fuerza máxima de contacto entre el piso del ascensor y un conjunto de pasajeros en la situación máxima es:

a) 630 kgf

b) 315kgf

c) 945kgf

d) 6300kgf

e) 3150kg

f) 9450kgf

3) Un cuerpo se desliza por un plano inclinado, sube y baja por el mismo. Si la aceleración en el descenso es la mitad de la aceleración que tuvo al ascender ¿Cuánto vale la fuerza de rozamiento (de igual módulo en la subida y en la bajada)? No actúan otras fuerzas no conservativas

a) Froz=3Px   

b) Froz=2Px

c) Froz=Px

d) Froz=4Px

e) Froz=Px/3

f) Froz=Px/2

4) Una locomotora arrastra un tren compuesto por dos vagones sobre una vía horizontal sin rozamiento. La locomotora ejerce una fuerza F sobre el primer vagón. El primer vagón posee una masa M y el segundo una masa de 2M ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?

a) La aceleración del tren es F/2M.

b) La aceleración del tren es 2F/3M.

c) La aceleración del primer vagón es igual a la mitad de la del segundo.

d) La aceleración del segundo vagón es igual a la mitad que la del primero.

e) La fuerza resultante que actúa sobre el primer vagón es el doble de la fuerza resultante que actúa sobre el segundo.

f) La fuerza resultante que actúa sobre el segundo vagón es el doble de la fuerza resultante que actúa sobre el primero.

5) Un cuerpo de 2Kg, se desplaza por un plano inclinado partiendo del reposo de tal manera que cuando su altura disminuye 2m, su velocidad aumenta 2m/seg. Entonces puede afirmarse:

a) Se conserva su energía mecánica y el trabajo de la fuerza de contacto fue cero.

b) Aumentó la energía mecánica y el trabajo de la fuerza no conservativa fue positivo.

c) Aumentó la energía mecánica y el trabajo de la fuerza fue negativo.

d) Disminuyo la energía mecánica y el trabajo del peso fue positivo.

e) Disminuyo la energía mecánica y el trabajo del peso fue negativo.

f) Se conservo su energía mecánica y el trabajo del peso fue cero.

6) Un ascensor se encuentra en reposo en el último piso de un edificio, comienza a descender con una aceleración constante los primeros 25 m alcanzando una velocidad de 5 m/s y luego continúa su descenso con velocidad constante durante los siguientes 15 m, desciende en total 40 m.

a) la energía mecánica se conserva durante todo el recorrido

b) durante todo el recorrido la resultante realiza un trabajo positivo

c) la energía mecánica se conserva durante los últimos 15 m

d) la aceleración del primer tramo es mayor en valor absoluto que g

e) durante todo el recorrido las fuerzas conservativas realizan un trabajo negativo

f) la energía mecánica es mayor durante los primeros 25 m 

7).Una persona ingiere 300 cal en forma de comida y luego hace gimnasia levantando y bajando 20 veces una pesa de 3 kg hasta una altura de 50 cm. Asumiendo que la persona no transpira, la energía interna del sujeto:
a) permanece constante         

b) aumenta más de 600 J
c) disminuye casi 600 J         

d) aumenta menos de 300 J
e) disminuye casi 300 J

f) tiene un cambio que no puede saberse con estos datos 

8) Un recipiente abierto por arriba hacia la atmósfera (po=1.010hPa) contiene un líquido cuya densidad es 0,8g/cm3. Al destapar un pequeño agujero (de sección despreciable frente a la sección horizontal del recipiente) en una pared lateral, comienza a salir líquido a una velocidad de 3 m/s. Respecto a la superficie libre del líquido, el agujero está a una profundidad de:

a) 0,45m.

b) 1m. 

c) 10m. 

d) 0,1m.

e) 4,5m.

f) 100m.

9) La presión en la superficie de un líquido desconocido es de 1 atm. y a 40 cm mas abajo es de 1.8 atm. ¿A qué profundidad la presión es el triple de la superficial?

a) 8m

b) 4m

c) 3m

d) 2m

e) 1m

f) 0.5m

10) La superficie libre del agua contenida en un embudo desciende. La parte superior del embudo tiene una sección de 30 cm(A) y la inferior de 2 cm(B).

Despreciando la viscosidad ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?

a) La presión del liquido en B es 15 veces la de A.

b) La presión de liquido en A es 15 veces la de B.

c) Los caudales en A y B son iguales.

d) Las velocidades del liquido en A y en B son iguales.

e) El caudal en la parte inferior es 1/15 del caudal en la parte superior.

f) El caudal en la parte superior es 1/15 del caudal en la parte inferior.

11) En una instalación de agua en la que no puede despreciarse la viscosidad, un caño de resistencia hidrodinámica R tiene la misma longitud que otro de diámetro doble. Cuando se conectan ambos en paralelo, presentan una resistencia hidrodinámica:

a) R/2       

b) 17R/16

c) 5R/4

d) R/5

e) R/17

f) 8R/5

12) Una bolsa de membrana semipermeable que contiene una solución de 10 moles de Cl Na en 1 litro de agua, se sumerge en una solución que contiene 10 moles de sacarosa en 100 litros de agua ¿Qué ocurrirá?:

 a) No habrá  flujos de agua, sacarosa ni NaCl a través de la membrana

 b) La bolsa comenzará  a hincharse por el flujo de agua que penetra en ella

 c) La bolsa se arrugará debido a que sale agua de ella

 d) Se formará  una solución de sacarosa y NaCl en la bolsa

 e) Se formará  una solución de sacarosa y NaCl fuera de la bolsa

 f) Pasará  NaCl dentro de la bolsa y sacarosa al exterior

13) Humedad Relativa. ¿ Cual es la afirmación correcta respecto a la temperatura de rocío (Tr)?

a) si la Tr. es 0º C la humedad relativa es 0%.

b) si la Tr ambiente es igual que la Tr, la Hr es 100%.

c) Cuanto mas alta sea Tr, menos es Hr.

d) Si Hr es 40%, el aire atmosférico contiene un 60% de masa de vapor que pueda contener.

e) Si Hr es de 40%, por cada 100 g de aire hay 40 g de vapor de agua.

f) Si Hr es del 40%, por cada 100 m3 hay 40 m3 de vapor

14) Dos cubos iguales de metal separados, que se encuentran a una temperatura uniforme de 900ºC, emiten una potencia de radiación de 200 W. Si se juntan ambos cubos uniendo dos de sus caras, la potencia de radiación de ese único cuerpo será:

a) 167W

b) 200W

c) 100W

d) 300W

e) 134W

f) 332W

15) Cuando se lleva un sistema desde el estado “a” al “b” por “acb” se le entrega una cantidad de calor igual a 80 J y el sistema realiza un trabajo de 30 J. Si evolucionara a lo largo del camino “adb” realizando un trabajo de 10 J, el calor intercambiado por el sistema es:

a) 60 J recibidos

b) 30 J recibidos

c) 45 J recibidos

d) 60 J entregados

e) 30 J entregados

f) 45 J entregados

16) Dos cargas eléctricas iguales separadas por una distancia de 2mm se repelen con una fuerza F. Si se agrega una tercera carga idéntica a las anteriores, a 2mm de una de ellas y de modo que las tres queden alineadas, la fuerza de repulsión sobre esta tercera carga es:

a) 3F/2               

b) 5F/2

c) 5F/4

d) 2F/3

e) 2F

f) F

17) Una máquina térmica recibe 1000kcal. de una fuente caliente y cede 750kcal. a una fuente fría que está a 375K. Para tener el máximo rendimiento, la temperatura de la fuente caliente debe ser:

a) 227K             

b) 450K                

c) 227ºC 

d) 250K

e) 1000K

f) 450ºC

18) 1 kg de agua a 280 K se mezcla con 2 kg de agua a 310 K en un recipiente aislado. (Cagua=1cal/g°K). El sistema llega al equilibrio térmico. La variación de entropía del universo (en J/K) debida a este proceso es de:

a) 288

b) 274

c) 14

d) -14

e) -288

f) -274

19) Un mol de gas ideal evoluciona cumpliendo el ciclo en sentido abcd.

 ¿Cuál de las afirmaciones acerca de la variación de entropía del gas (ΔS) es la correcta?

a) ΔSciclo > 0

b) ΔSab = ΔScd

c) ΔSciclo < 0

d) ΔSab > ΔScd

e) ΔSab < ΔScd  

f)  ΔSab = 0

20) Dos capacitores inicialmente descargados, cuyas capacidades cumplen C1 = 2C2 se conectan en serie con una batería de 9V. Una vez cargados, se los retira del circuito y se los conecta en paralelo entre sí, uniendo las placas de igual polaridad. Entonces, la diferencia de potencial entre los extremos del capacitor 2 es en volts:

a) 2,2

b) 4,0

c) 4,5

d) 6,0

e) 7,5

f) 9,0

21) Dos resistores iguales están conectados en serie con una batería de resistencia interna insignificante. Si se agrega otro resistor de igual valor en paralelo con uno de los anteriores, la tensión entre los extremos del otro, respecto de su valor original:

a) aumenta en un 50%

b) disminuye en un 50%

c) aumenta en un 33%

d) disminuye en un 67%

e) disminuye en un 33%

f) no se modifica

22) En un circuito tres resistencias de 10, 40 y 50 Ohms están conectadas en serie, y el conjunto en paralelo con otra resistencia de 100 Ohms. El circuito es alimentado por una fuente de 20 Volt. ¿Cuánto indicará un voltímetro ideal conectado entre los extremos de la resistencia de 10 Ohms?

a) 2 V

b) 4 V

c) 6 V

d) 8 V

e) 16 V

f) 20 V

23) Dispone de 3 capacitores: C1= C2 = 160 microfaradios; C3 = 20 microfaradios y de una fuente de 100 V. Si se necesita acumular una carga Q de 0,01 Coulomb, ¿cómo conectaría los capacitores a la fuente?

a) C1 en serie con C2 y el conjunto en paralelo con C3.

b) C1 en paralelo con C3 y el conjunto en serio con C2

c) Los tres capacitores en serie

d) Los tres capacitores en paralelo.

e) C1 en serie con C3 y el conjunto en paralelo con C2.

f) C1 en paralelo con C2 y el conjunto en serie con C3.

24) Los cuatro capacitares son idénticos, y están inicialmente descargados. 

Si q designa la carga de cada capacitor, y V la diferencia de potencial entre sus bornes, alcanzando el equilibrio luego de conectarlos a la batería se cumple que:

a- q1=q3 y V1=V3/2

b- q3=3q1 y V4= 2V2

c- q1=q4 y V1=V4

d- q3=q4 y V3=V4

e- q4=q1+q3 y V1=V2

f- q4=q1+q2 y V3=V4

Problemas adicionales sobre circuitos

1) La tensión de la pila es de 24 V. Las tres resistencias R son iguales (18 ohm cada una) y la resistencia R1 es desconocida. Sabiendo que la diferencia de potencial entre los extremos del paralelo es de 15 V, hallar:

a) la corriente total que pasa por la pila
b) el valor de la resistencia R1.

2) Se conectan dos resistencias iguales en paralelo con una pila. El consumo total es de 20 W. Si se conectan las mismas resistencias en serie con la misma pila, el nuevo consumo total de potencia es:
a)  5 W
b) 10  W
c) 20W
d) 30 W
e) 40 W
f) 80 W

 3) Sea el circuito de la figura, donde la batería tiene resistencia interna despreciable, con los datos siguientes: E = 63 V, R1 = 40 Ω, R2 = 15 Ω. Indicar qué valor tiene el resistor R3 si la intensidad de corriente que circula por R1 es I1 = 1,2 A.

a) cero
b) 15 Ω 
c) 75 Ω
d) 30 Ω
 e) 60 Ω
 f) 45 Ω

 4) El circuito de la figura adjunta consta de una fuente de 24 V y 4 resistencias. Se conectan dos instrumentos ideales (un voltímetro V  y un amperímetro A). Determinar:
a) El valor registrado por el voltímetro V con la llave A abierta.
b) El valor registrado por el amperímetro A luego de cerrar la llave A.

5) En el circuito de la figura la resistencia R1 disipa 0,1 W. Calcule:
a) la potencia entregada por la fuente.
b) la corriente que circula por la resistencia R3.

Datos: R1 = R2 = 400 Ω, R3 = R4 = 200 Ω .









6) Cada uno de los resistores de la figura, representados en línea llena, es de 100 ohms. ¿Qué resistencia tiene que tener un tercer resistor (en línea de puntos) para que cuando se lo conecte entre los puntos C y D, la resistencia entre A y B sea de 180 ohms?

a)  100 Ω
b)  200  Ω
c)  300 Ω
d)  400 Ω
e)   80 Ω
f)   600 Ω

7) Tres resistencias tales que R1 = R2 = R3/4 se conectan como indica la figura con una fuente de tensión continua. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es la única correcta?

a) La diferencia de potencial eléctrico entre los extremos de R1 es igual a la diferencia de potencial eléctrico entre los extremos de R3.
b) La intensidad de corriente que circula por R3 es el doble de la intensidad de corriente que circula por R1.
c) La potencia disipada por R2 es la mitad de la potencia disipada por R3.
d) La potencia disipada por cada resistencia es la misma.
e) La potencia que entrega la fuente es igual a la potencia disipada por la resistencia R3.
f) La potencia que entrega la fuente es seis veces la potencia disipada en R1.

8) Se tiene un tubo de vidrio de sección circular como se muestra en la figura, y se llena con mercurio ( ρ_Hg= 95 10^-8Ω m). Si L = 1 m, S1 = 10^-6m², S2 = S1/2, entonces la resistencia eléctrica entre los extremos del tubo será:

a) 0,95 Ω
b) 190 10^-8 Ω
c) 1,90 Ω
d) 0 Ω porque el mercurio es un metal
e) 2,85 Ω
f) 95 10^-8 Ω

Problemas adicionales sobre capacitores

1) Mediante un generador se aplica entre los extremos A y B del circuito de la figura una diferencia de potencial de 150 V. Los valores de las capacidades son: C1 = 20 μF, C2 = 5 μF, C3 = 6 μF. Las cargas sobre cada capacitor son:

a) Q1 = 7,5 μC, Q2 = 30 μC, Q3 = 25 μC.
b) Q1 = 480 μC, Q2 = 120 μC, Q3 = 600 μC.
c) Q1 = 600 μC, Q2 = 600 μC, Q3 = 900 μC.
d) Q1 = 300 μC, Q2 = 300 μC, Q3 = 900 μC.
e) Q1 = 300 μC, Q2 = 750 μC, Q3 = 900 μC.
f) Q1 = 600 μC, Q2 = 600 μC, Q3 = 600 μC.

2) Resolver el problema de la entrada anterior, pero conectando ambos capacitores en paralelo, entre los puntos 1 y 2. Nota: ¡pensar bien qué es lo que cambia!

3) Dos capacitores iguales inicialmente descargados, conectados en serie a una pila, adquieren una carga final de 6 mC cada uno. Si en vez de dos fueran tres, la carga final de cada uno sería:
a) 12  mC
b) 18 mC
c) 4 mC
d) 6 mC
e) 9 mC
f)  8 mC

4) Se carga mediante una fuente de potencial eléctrico de 10 V, dos capacitores conectados en paralelo de 10 mF cada uno. Después, se saca la fuente y se reconectan los capacitores cargados entre sí uniendo con cables las placas de diferente polaridad. En consecuencia, la carga acumulada, la diferencia de potencial y la energía potencial almacenada en el sistema final valen:
a) Q = 0,2 C, ΔV = 10 V y ΔU = 1J
b) Q = 0,1 C, ΔV = 5 V y ΔU = 1J
c) Q = 0,2 C, ΔV = 0 V y ΔU = 2J
d) Q = 0 C, ΔV = 0 V y ΔU = 0J
e) Q = 0 C, ΔV = 10 V y ΔU = 0J
f) Q = 0,1 C, ΔV = 5 V y ΔU = 2J

5) Considere la situación del problema anterior, pero considerando dos capacitores diferentes: uno de 10 mF y el otro de 20 mF. Hallar, en el estado final, y para cada capacitor: su carga, su diferencia de potencial y su energía almacenada.

6) Un circuito contiene 4 capacitores iguales llenos de aire conectados en serie a una fuente de tensión continua V. Se hunde el circuito en agua cubriéndose el espacio entre las placas de los condensadores con ese fluido (ε agua = 80). Por lo tanto, la nueva energía potencial acumulada por los capacitores comparada con la almacenada en el circuito cuando estaba en aire:
a) aumentó 20 veces
b) aumentó 80 veces
c) no cambió
d) es nula
e) dismunuyó 80 veces
f) disminuyó 320 veces

7) Dos capacitores C1 y C2 se conectan en serie con una batería, siendo C2 la mitad de C1. Si V1 y V2 representan las diferencias de potencial en los extremos de los respectivos capacitores, y E1, E2 las respectivas energías electrostáticas almacenadas, se cumple que:
a) V1 = 1/2 V2 ; E1 = E2
b) V1 = 2 V2 ; E1 = E2
c) V1 = 3 V2 ; E1 = 9 E2
d) V1 = V2 ; E1 = 1/2 E2
e) V1 = 1/2 V2 ; E1 = 1/2 E2
f) V1 = 2 V2 ; E1 = 2 E2

 8) En el sistema de la figura, los condensadores están inicialmente descargados. Datos: E = 30 V, C1 = 20 mF, C2 = 40 mF, C3 = 20 mF.

Si se cierra la llave L, calcular

a)  La carga sobre los Capacitares. C₂ y C₃.

b)  Se abre  la llave L y se introduce entre las placas del condensador C₂  un dieléctrico con permitividad relativa  ε=1,5. ¿Cuánto valen las cargas  sobre los capacitores.C₂ y C₃ ?

 

Problemas sobre ley de Coulomb y campo eléctrico

1) El esquema muestra dos cargas eléctricas fijas en los puntos A y E. El espacio entre ellas está dividido en cuatro partes de igual longitud. ¿Dónde habría que poner una tercera carga para que estuviera en equilibrio bajo la acción de las otras dos?

a) entre A y B
b) entre B y C
c) entre C y D
d) entre D y E
e) a la izquierda de A
f) a la derecha de E

2) Repetir el problema anterior, si las cargas en A y E fueran ambas positivas, con los mismos valores absolutos que antes: 4 mC y 2mC respectivamente.

3) Para el ejercicio 2), hallar exactamente en dónde debería estar esa tercera carga. Expresar en términos de la distancia entre A y E (tomarla como si fuera dato).

4) Las dos cargas eléctricas iguales están separadas una distancia d. ¿Hacia dónde apuntarán el campo eléctrico E y la fuerza total F producidos por esas cargas sobre otra carga, negativa, ubicada en el punto A?

a) E es nulo, F es nula
b) E hacia la izquierda, F hacia la izquierda
c) E hacia la derecha, F hacia la izquierda
d) E hacia la izquierda, F hacia la derecha
e) E hacia la derecha, F hacia la derecha
f) E es nulo, F hacia la izquierda

5) Las tres cargas de la figura tienen el mismo valor absoluto y están ubicadas en los vértices de un cuadrado. ¿Cuál de los vectores propuestos podría corresponder al campo eléctrico producido por esas tres cargas en el otro vértice? (elegir una de las flechitas)

Problemas variados de calorimetría y termodinámica

1) Un aparato de refrigeración eléctrico extrae, por cada ciclo, 620J de calor de una habitación que se encuentra a 20°C y entrega calor al exterior que está a 36°C. ¿Cuál es el valor mínimo de energía eléctrica por ciclo, que emplea el aparato?

a) 295 J

b) 220 J

c) 142 J

d) 100 J

e) 34 J

f) 8,13 J

 
2) Un sistema evoluciona en cuatro etapas. Primero aumenta su presión isocóricamente, luego disminuye su volumen isobáricamente, después disminuye su presión isocóricamente y por último aumenta su volumen isobáricamente. Al cabo de las cuatro etapas regresa al estado inicial. Se puede afirmar que para ese ciclo el sistema:

a) entrega calor y recibe trabajo
b) entrega calor y entrega trabajo
c) no realiza trabajo y recibe calor
d) no realiza trabajo y entrega calor
e) recibe calor y recibe trabajo
f) recibe calor y entrega trabajo

3) En un recipiente que contiene 2 litros de agua a 20ºC se introducen 5 kg de un sólido que se encuentra a 160ºC. Una vez alcanzado el equilibrio térmico se alcanzó una temperatura de 50ºC. El intercambio de calor ocurrió sólo entre ambas sustancias (calor específico del agua = 1 kcal / kg ºC)

a) ¿Cuántas kilocalorías ganó el agua y cuántas perdió el sólido?
b) El calor específico del sólido, ¿es mayor, menor o igual al del agua? Explique por qué.

4) Una máquina térmica recibe, por cada ciclo, 100 J de calor de una fuente a 500 K y entrega un trabajo L, liberando al ambiente (T = 300 K) un calor Q.

a) ¿Cuáles deben ser los valores de L y Q para que la máquina térmica tenga un rendimiento igual a la mitad del rendimiento ideal?
b) ¿Cuál es, en este caso, la variación de entropía del universo en cada ciclo?

5) Se enfrían 200 g de un material completamente fundido que se encuentra a 450ºC. La evolución de la temperatura del material en función del calor entregado se muestra en la figura. Entonces:

a) Su calor latente de fusión es igual a 25 cal/g
b) Su calor latente de fusión es igual a 20 cal/g
c) Su calor latente de fusión es igual a 4 cal/g
d) Su calor específico es igual a 0,05 cal/gºC
e) Su calor específico es igual a 0,0625 cal/gºC
f) Su calor específico es igual a 0,09 cal/gºC

6) En un recipiente adiabático, se introducen hielo y una piedra caliente. El gráfico representa la evolución del sistema hasta que se alcanza el equilibrio. Indicar cuál es la opción correcta.

a) Delta Spiedra + Delta Sagua > 0
b) Delta Spiedra > 0 y Delta Suniv > 0
c) |Qagua| < |Qpiedra|
d) Delta Spiedra < 0 y  Delta Suniv = 0
e) Delta Spiedra > 0 y Delta Sagua < 0
f) |Qagua| > |Qpiedra|

7) Para la misma situación del problema anterior (prob. 6), hallar:

a) La variación de entropía del hielo-agua, la variación de entropía de la piedra y la del universo.
b) La masa del hielo. ¿Es posible hallar la masa de la piedra? ¿Qué representa la pendiente de la recta del gráfico?

8) Un mol de un gas ideal monoatómico ocupa un volumen de 8 litros y se halla a una presión de 2 atmósferas. Se lo hace evolucionar en forma reversible hasta que su volumen y su presión valen (cada una de ellas) la mitad. Durante esta evolución las variaciones de entropía y de energía interna son, respectivamente:

a) cero y cero
b) cero y 4,5 litro atm
c) negativa, negativa
d) negativa, 9 litro atm
e) positiva, 9 litro atm
f) ninguna de las anteriores


9) Una máquina térmica opera cíclicamente entre dos temperaturas Tc = 800ºK y Tf= 500ºK, y la máquina entrega 1000 J de trabajo en cada ciclo. Entonces:

a) En cada ciclo la máquina absorbe más de 1000 J de la fuente caliente.
b) El rendimiento de esta máquina necesariamente es 1 - Tf/Tc
c) En cada ciclo la máquina absorbe 500 J de la fuente caliente
d) |Qc|- |Qf| > 2000 J por cada ciclo
e) El rendimiento de la máquina puede ser del 45%.
f) |Qc|- |Qf| = 2000 J por cada ciclo

10) Una masa de gas ideal es llevada desde el estado A hasta el C, y puede volver a las condiciones de A por el camino I (CBA) o por el camino II (CDA). Si Q1 representa el calor intercambiado por el sistema cuando realiza el ciclo por el camino I (ACBA) y Q2 representa el calor intercambiado por el sistema cuando realiza el ciclo por el camino II (ACDA), y todas las evoluciones son reversibles, marque la opción correcta:

a) Q1 =  - 45 J , Q2 =  90 J
b) Q1 =  - 75 J , Q2 =  75 J
c) Q1 =  - 45 J , Q2 =  45 J
d) Q1 =   75 J,  Q2 = - 45 J
e) Q1 =   45 J , Q2 = - 45 J
f) Q1 =  175 J , Q2 = 105 J

11) Se tiene un recipiente adiabático, de paredes rígidas y volumen V. Dentro de dicho recipiente hay un tabique que separa el mismo en dos partes. En uno de los compartimientos, de volumen V/3, se encuentra un mol de gas ideal monoatómico a presión P. En el otro compartimiento, hay vacío.
Se quita el tabique en forma abrupta, expandiéndose rápidamente el gas hasta ocupar todo el recipiente.
a) Hallar la variación de la energía interna del gas entre sus estados inicial y final.
b) Hallar la presión final en términos de su presión inicial (P) y la variación de entropía del gas.

12) Cierta máquina térmica reversible en cada ciclo intercambia calor entre dos fuentes. La fuente fría se encuentra a Tf = 600ºK, mientras que la fuente caliente está a Tc = 800ºK. Llamamos Qf y Qc a los calores intercambiados en un ciclo entre la máquina y la fuente fría o la caliente, respectivamente. Son positivos los calores absorbidos por la máquina, y negativos los cedidos. Y llamamos L al trabajo realizado por la máquina en un ciclo. Diga cuál de las siguientes afirmaciones es la correcta:

a) Qf = -600 J, Qc = + 1200 J, L =  + 600 J
b) Qf = -600 J, Qc = +  800 J, L =  -  50 J
c) Qf = -150 J, Qc = +  200 J, L =  +  50 J
d) Qf = -150 J, Qc = +  400 J, L =  + 250 J
e) Qf = +150 J, Qc = -  200 J, L =  + 300 J
f) Qf = +150 J, Qc = -  150 J, L =      0 J