Problemas Resueltos Cap 1 Fisica Serway

PROBLEMAS RESUELTOS FISICA Y MEDICIONES

CAPITULO 1

FISICA I

CUARTA, QUINTA, SEXTA y SEPTIMA EDICION SERWAY
Raymond A. Serway

Sección 1.1 Patrones de longitud, masa y tiempo
Sección 1.2 La materia y construcción de modelos
Sección 1.3 Densidad y masa atómica
Sección 1.4 Análisis dimensional
Sección 1.5 Conversión de unidades
Sección 1.6 Estimaciones y cálculos de orden de magnitud
Sección 1.7Cifras significativas

Erving Quintero Gil
Ing. Electromecánico
Bucaramanga – Colombia
2010

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Ejemplo 1.4 Análisis de una ecuación
Muestre que la expresión V = V0 + at es dimensionalmente correcta, donde V y V0 representan
velocidades, a es la aceleración y t es un intervalo detiempo.
[V] = [V0 ] = L
T
L
[a ] = 2
T

[a ] =

L
T2

[a t ] =

L
L
*T =
2
T
T

En consecuencia, la expresión es dimensionalmente correcta.
Problema 1.1 Serway Edición cuarta
Calcule la densidad de un cubo sólido que mide 5 cm de lado y cuya masa es de 350 gr.
V = L3 = (5)3 = 125 cm3

ρ =

gr
m
350 gr
=
= 2,8
V
125 cm 3
cm 3

ρ = 2,8

gr
1 kg
(100 cm)3 = 2,8 * 10 6 kg = 2,8 kg
*
*
cm 3 1000 gr
1 m3
10 3m 3
m3

ρ = 2,8 gr / cm3.
Problema 1.2 Serway cuarta edición
La masa de Saturno es de 5.64x 1026 Kg. y su radio es 6 x 107 m.
a) Calcule su densidad.
b) Si el planeta se colocara en un océano suficientemente grande, ¿flotaría? Explique,
pero el volumen es: V = 4/3 π r3 = 4/3 π (6 X 107 )3
V = 904,77 x 1021 m3

ρ =

kg
m
5,64 * 10 26 kg
=
= 6,2336 * 10 2
V
904,77 * 10 21 m 3
m3

ρ = 623,36 Kg /m3.
b) Como la densidad de saturno es menor que la densidad del mar entonces saturno flotaría.
Problema 1.3 Serway cuarta edición
¿Cuántos gramos de cobre se requieren para construir un cascarón esférico hueco con un radio interior
de 5,7 cm y un radio exterior de 5,75 cm? La densidad del cobre es 8,93 g/ cm3.
4
π (r2 )3
3
4
4
2388,86
V2 = π (5,75 )3 cm 3 = * 3,14 * 190,1 cm 3 =
cm 3 = 796,289 cm 33
3
3

V2 =

2

4
π (r1 )3
3
4
4
2327,2
V1 = π (5,7 )3 cm 3 = * 3,14 * 185,193 cm 3 =
cm 3 = 775,73 cm 3
3
3
3

V1 =

V = V2 – V1 = 796,289 cm3 – 775,73 cm3 = 20,554 cm3
V = 20,554 cm3

5,75 cm

m
d =
V

d = 8,93 gr / cm3.

5,7 cm

m=V*d
m = 20,554 cm3 * 8,93 gr / cm3.
m =183,55 gr.
Problema 1.3A Serway cuarta edición; ; Problema 1.5 Edición sexta
¿Cuántos gramos de cobre son necesarios paraconstruir un cascarón esférico hueco que tiene un
radio interior r1 (en cm) y un radio exterior r2 (en cm)? La densidad del cobre es ρ ( en g/ cm3) .
4
π (r2 )3
3
4
V1 = π (r1 )3
3
V2 =

r2 cm

4
4
V = V2 - V1 = π (r2 )3 - π (r1 )3
3
3
4
V = π (r2 )3 - (r1 )3
3

[

m=V*d
m=

[

]

r1 cm

]

4
π (r2 )3 − (r1 )3 * ρ
3

Problema 1.4 Serway cuarta edición
El radio de Júpiter es, en promedio, 10,95 vecesel radio promedio de la Tierra y una masa 317,4 veces
la de nuestro planeta. Calcule la proporción de la densidad de masa de Júpiter y la densidad de masa
de la Tierra.
rJ = radio de Júpiter = 10,95 radio de la tierra
mJ = masa de Júpiter = 317,4 masa de la tierra.

mJ
masa Jupiter
=
VJ
Volumen Jupiter
m
masa tierrra
ρ tierra = t =
Vt
Volumen tierra
rJ = radio Júpiter
VJ = Volumen Júpiter

ρJupiter =

rt = radio tierra
Vt = Volumen tierra
4
VJ = π (rJ )3
3
3

4
Vt = π (rt )3
3
317,4 masa de tierra
317,4
masa Jupiter
3
3
3
(
)
π
10,95
radio
tierra
ρ Jupiter
Volumen Jupiter
(10,95) * (radio tierra )3 = 317,4 = 317,4
=
= 4
=
masa tierra
masa tierra
1
ρ tierra
(10,95)3 1312,9323
Volumen tierra
3 π (radio tierra )3
(radio tierra )3
4

ρ Jupiter
ρ tierra

= 0,2419

Problema 1.5 Serway cuartaedición; Problema 1.7 edición 5
Calcule la masa de un átomo de a) helio, b) hierro y c) plomo. De sus respuestas en gramos. Las masas
atómicas de estos átomos son 4 u, 55,9 u y 207 u, respectivamente.
helio
g
4
g
masa atomica del helio
mol
m helio =
=
= 6,644 * 10 - 24
atomos
# Avogadro
atomos
6,023 * 10 23
mol
1 átomo de helio tiene una masa de 0,6644 * 10- 23 gramos
μ = unidad de masa atómica
1...