Problemas resueltos fisica i facultad de arquitectura universidad de cordoba
Páginas: 9 (2092 palabras)
Publicado: 20 de diciembre de 2011
MATERIA Y ENERGÍA
1. En el Gabinete de Física de la Faud se realiza un ensayo de materiales, para determinar la cantidad de calor que hay que entregarle a masas iguales de dos sustancias distintas y hacer una comparación. Se toman 3 kg de agua y 3 kg de hierro, ambos a una temperatura de 20 ºC y se los calienta a 100 ºC. ¿A qué conclusión se llegará, aproximadamente, si el Ce del hierro =0,1 Kcal / Kg x ºC y el Ce del agua = 1 Kcal / Kg x ºC?
Qagua = Ce x m x ∆t = 1 Kcal / ( Kg x ºC ) x 3 Kg x (100 ºC – 20 ºC) = 240 Kcal
Qhierro = Ce x m x ∆t = 0,1 Kcal / ( Kg x ºC) x 3 Kg x (100 ºC – 20 ºC) = 24 Kcal
Rta: La cantidad de calor que hay que entregarle al agua es 10 veces mayor.
2. Se diseña un fusionador que debe cambiar de estado 50 g de agua congelada a - 30 ºC,convirtiéndola en agua líquida a 0 ºC. ¿Qué cantidad de calor debe aportar?
Ce del hielo= 0,5 cal / g x ºC; Ce del agua = 1 cal / g x ºC.
Calor latente del hielo = 80 cal / g.
Qfase hielo + Q latente = Cefhielo x m x ∆t + Clatente x m =
= 0,5 cal / g x ºC x 50 g x 30 ºC + 80 cal / g x 50 g = 4750 cal
Rta: 4750 cal.
3. Se diseña un dispositivo para la caja de un ascensor. Sesabe que la masa del mismo es de 7g y está realizado en aluminio. Si en funcionamiento absorbe 170 cal ¿Cuál será la variación de temperatura que experimentará el dispositivo?
Ce del aluminio = 0,220 cal / g x ºC
Q = Ce x m x ∆t
∆t = Q / Ce x m = 170 cal / 0,220 cal / g x ºC x 7g = 110.3 ºC
Rta: Δt = 110, 3 ºC.
4. Diseñadores han producido un elemento para ser utilizado en laconstrucción de edificios. Éste está compuesto por un hilo de cobre, cuyo coeficiente de dilatación es 0,0000177 1 / ºC. El hilo de cobre estará expuesto al sol y se calcula que se calentará, por esta exposición, a 35 ºC. Si a 0 ºC su longitud era de 1400 m ¿Cuanto medirá después de esta exposición solar?
lf = lo (1 + λ (t ) (Longitud final, nueva longitud total de la pieza) =
= 1400 m ( 1+ 0,0000177 1 / ºC x 35 ºC ) = 1400,8673 m
Rta: 1400, 8673 m
5. Se ejecutó una losa de hormigón y se cubrió de agua. Al día siguiente, después de una noche a una temperatura de -5 °C, se observó que había empezado a solidificarse la parte superior del agua, mientras en contacto con la losa quedaba agua líquida (es el principio de la congelación de los lagos). ¿Por qué ocurre ello?¿Qué relación tiene el concepto que surge de este fenómeno físico con alguna temática de tu carrera, ya sea Arquitectura o Diseño Industrial? Explica.
Debe mencionar que el agua a 4 ºC es más densa que el hielo, que el hormigón, por consiguiente, en ningún momento desciende su temperatura por debajo de esos
4 ºC, que esto tiene relación con los “techos de agua”, con la problemática delcongelamiento de cañerías, de radiadores de automóviles, de sistemas de enfriamiento en invierno, etc.
6. En la industria de las utilidades gastronómicas se fabrican ollas a presión. La ventaja de éstas es que pueden cocinar los alimentos en menor tiempo. ¿Cuál es el fenómeno físico que aprovecha este objeto de diseño industrial? ¿Qué relación tiene el concepto que surge de esta solución con algunatemática de tu carrera, ya sea Arquitectura o Diseño industrial? Explica.
La Ley de Boyle-Mariotte es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante, y dice que el volumen (V) es inversamente proporcional a la presión (P):
P.V = k, donde k es constante si la temperatura y la masa del gas permanecenconstantes. Es decir, P = k / VCuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de esta ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:
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1. En el Gabinete de Física de la Faud se realiza un ensayo de materiales, para determinar la cantidad de calor que hay que entregarle a masas iguales de dos sustancias distintas y hacer una comparación. Se toman 3 kg de agua y 3 kg de hierro, ambos a una temperatura de 20 ºC y se los calienta a 100 ºC. ¿A qué conclusión se llegará, aproximadamente, si el Ce del hierro =0,1 Kcal / Kg x ºC y el Ce del agua = 1 Kcal / Kg x ºC?
Qagua = Ce x m x ∆t = 1 Kcal / ( Kg x ºC ) x 3 Kg x (100 ºC – 20 ºC) = 240 Kcal
Qhierro = Ce x m x ∆t = 0,1 Kcal / ( Kg x ºC) x 3 Kg x (100 ºC – 20 ºC) = 24 Kcal
Rta: La cantidad de calor que hay que entregarle al agua es 10 veces mayor.
2. Se diseña un fusionador que debe cambiar de estado 50 g de agua congelada a - 30 ºC,convirtiéndola en agua líquida a 0 ºC. ¿Qué cantidad de calor debe aportar?
Ce del hielo= 0,5 cal / g x ºC; Ce del agua = 1 cal / g x ºC.
Calor latente del hielo = 80 cal / g.
Qfase hielo + Q latente = Cefhielo x m x ∆t + Clatente x m =
= 0,5 cal / g x ºC x 50 g x 30 ºC + 80 cal / g x 50 g = 4750 cal
Rta: 4750 cal.
3. Se diseña un dispositivo para la caja de un ascensor. Sesabe que la masa del mismo es de 7g y está realizado en aluminio. Si en funcionamiento absorbe 170 cal ¿Cuál será la variación de temperatura que experimentará el dispositivo?
Ce del aluminio = 0,220 cal / g x ºC
Q = Ce x m x ∆t
∆t = Q / Ce x m = 170 cal / 0,220 cal / g x ºC x 7g = 110.3 ºC
Rta: Δt = 110, 3 ºC.
4. Diseñadores han producido un elemento para ser utilizado en laconstrucción de edificios. Éste está compuesto por un hilo de cobre, cuyo coeficiente de dilatación es 0,0000177 1 / ºC. El hilo de cobre estará expuesto al sol y se calcula que se calentará, por esta exposición, a 35 ºC. Si a 0 ºC su longitud era de 1400 m ¿Cuanto medirá después de esta exposición solar?
lf = lo (1 + λ (t ) (Longitud final, nueva longitud total de la pieza) =
= 1400 m ( 1+ 0,0000177 1 / ºC x 35 ºC ) = 1400,8673 m
Rta: 1400, 8673 m
5. Se ejecutó una losa de hormigón y se cubrió de agua. Al día siguiente, después de una noche a una temperatura de -5 °C, se observó que había empezado a solidificarse la parte superior del agua, mientras en contacto con la losa quedaba agua líquida (es el principio de la congelación de los lagos). ¿Por qué ocurre ello?¿Qué relación tiene el concepto que surge de este fenómeno físico con alguna temática de tu carrera, ya sea Arquitectura o Diseño Industrial? Explica.
Debe mencionar que el agua a 4 ºC es más densa que el hielo, que el hormigón, por consiguiente, en ningún momento desciende su temperatura por debajo de esos
4 ºC, que esto tiene relación con los “techos de agua”, con la problemática delcongelamiento de cañerías, de radiadores de automóviles, de sistemas de enfriamiento en invierno, etc.
6. En la industria de las utilidades gastronómicas se fabrican ollas a presión. La ventaja de éstas es que pueden cocinar los alimentos en menor tiempo. ¿Cuál es el fenómeno físico que aprovecha este objeto de diseño industrial? ¿Qué relación tiene el concepto que surge de esta solución con algunatemática de tu carrera, ya sea Arquitectura o Diseño industrial? Explica.
La Ley de Boyle-Mariotte es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante, y dice que el volumen (V) es inversamente proporcional a la presión (P):
P.V = k, donde k es constante si la temperatura y la masa del gas permanecenconstantes. Es decir, P = k / VCuando aumenta la presión, el volumen disminuye, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de esta ley; si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:
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