Algo de fisica

Patente 1: ¿Qué es la gravedad específica? Es la densidad de un objeto dividida entre la densidad del fluido. Para algo que flota la gravedad específica nos dice la fracción de ese objeto que estará bajo el agua. ¿Qué rango de valores de gravedad específica sueles encontrar y como estos rangos pueden ser útiles? Si la gravedad específica es mayor a 1 el objeto sumergido no flotará. Pero si la gravedad especifica es menor que 1 el objeto flotará. Conocer estos rangos nos ayudarán a saber cuándo el objeto no flota y cuando si, en el caso de la patente 1 si es que será posible realizar el experimento propuesto y si este tiene validez. ¿Cómo calculas la presión de un líquido en un contenedor cerrado? (Asume que el contenedor está completamente llenado con el líquido). Asumiendo que la densidad es uniforme: La presión P es la presión ejercida en el fondo por el líquido y la presión es la ejercida en la parte superior del líquido. La magnitud de la fuerza que va hacia arriba desde el fondo del contenedor es PA y la que viene desde el otro lado es . La masa del líquido es por lo tanto el peso del líquido será Porque está en equilibrio la fuerza neta es 0. ¿Cómo calculas la presión de un líquido libre? Asumiendo que la densidad es uniforme: Es casi lo mismo que en el ejemplo anterior solo que la es la presión atmosférica, que la tomaremos como ¿Qué ecuación define el modulo B de una sustancia? ¿Por qué tiene un signo menos? B = - dp / (dV / V)        ó Donde: B = Elasticidad del volumen dp / = cambio diferencial en la presión del objeto dV/ = cambio diferencial en el volumen del objeto V = volumen inicial del objeto Se utiliza un signo negativo por definición en esta ecuación para que B sea un número positivo. Esta maniobra es necesaria porque un incremento de la presión ( causa un decremento en el volumen ( y viceversa Un corcho que pesa 1g, es sumergido en un recipiente de agua. Dibuja las fuerzas actuando en el corcho. Dadas la densidad del agua es 1000kg/m3, y la del corcho de 240kg/m3, ¿Qué pasa si el corcho se suelta? ¿De que sería ejemplo? El corcho flotará ya que como mencionamos antes la gravedad específica en este caso sería de: Con lo cual podemos determinar que estará sumergido 24% del corcho. Las fuerzas que actúan sobre el corcho son la fuerza boyante y el peso. Esto es un ejemplo del principio de Arquímedes. Considera el siguiente sistema: Todos los bloques tienen la misma forma y tamaño. Masa del bloque A = masa del bloque B Masa del bloque B< masa del bloque C La fuerza boyante de A es maypr que/menor que/ igual que la fuerza boyante en B? La fuerza boyante de A es maypr que/menor que/ igual que la fuerza boyante en C? La fuerza boyante de B es maypr que/menor que/ igual que la fuerza boyante en C? Tienen la misma fuerza boyante porque las tres desplazan el mismo volumen en el líquido, sólo que la variación en la densidad de cada bloque hace que un bloque este sumergido o flote. Patente 3 Con sus propias palabras defina la ley cero de la termodinámica Habla sobre el equilibrio térmico: si un objeto está a cierta temperatura, y se pone en contacto con otro objeto a otra temperatura, ambos objetos llegarán a tener la misma temperatura. ¿Cómo son definidos los coeficientes de dilatación lineal y volumen? Define qué tanto puede variar la longitud o volumen que tiene un material cuando su temperatura cambia. ¿Cómo calcularías el cambio en el largo, o volume, de un objeto cuando es calentado? El cambio de longitud (ΔL)/volumen (ΔV) se puede definir como el coeficiente de expansión lineal (α)/volumétrico (β) por la longitud (L)/volumen (V) inicial por el cambio de temperatura. Cambio de longitud: Cambio de volumen: ¿Cómo esta relacionado numericamente el coeficiente de expansión volumétrica con el coeficiente de expansión lineal? El coeficiente de expansión volumétrico es 3 veces el coeficiente de expansión lineal. El perno no cabe a través del agujero circular en el plato. Explique por qué el calentamiento de la placa permitirá que el perno pase a través de ella. Porque la placa se va a expandir, por lo tanto el hoyo circular también y eso hará que el tornillo entre. ¿Cuándo ocurre el movimiento ármonico simple? Es un movimiento periódico que no tiene fricción, es decir interferencias. Da una definición para movimiento ármonico simple. Cuando la fuerza que lleva un objeto es de igual magnitud a su dirección pero en el sentido contrario. Considera un peso atado a un resorte. ¿Qué fuerza actúa para producer MAS? ¿Porque tiene signo negativo? F= –kx, donde k es la constante del resorte y x es la distancia. Es negativo porque la fuerza del resorte es una fuerza restauradora por lo que siempre va en dirección opuesta al vector de desplazamiento. ¿Cuál es la frecuencia de la oscilación relacionada a su periodo? ¿Cuáles son las unidades de las cantidades medidas? Su relación es reciproca: ¿Cuál es la ecuación para la posición de un objeto cuando hace MAS? ¿A que cantidades algebraicas se relaciona? Donde: x es la posición (m) A es la amplitud (m) ω es la frecuencia angular (rad/s) t es el tiempo (s) 11. Usando diferenciación con respecto al tiempo calcule la velocidad y aceleración de un objeto durante el MAS. Por lo que la solución de la ecuación diferencial es: Y al sacar la primera derivada se obtiene la velocidad: La segunda derivada es la aceleración: 12. ¿Cúal es la relación entre desplazamiento y aceleración para un objeto durante MAS? La relación es proporcional pero en dirección contraria. 13. Si la fuerza que produce un MAS es dada por un resorte ¿Cómo se relaciona la frecuencia angular a la constante del resorte? Donde: ω es la frecuencia angular, k es la constante del resorte y m es la masa. Por lo que a constante del resorte es igual al cuadrado de la frecuencia angular por la masa. 14. Calcula la energía potencial y cinética en el MAS. ¿Cúal es la energía total dada a cualquier tiempo? 15. Considere un péndulo simple. ¿Cuál es el periodo de la oscilación dependiente y porqué? Se toma la ecuación del periodo de un movimiento armónico simple Y se sabe que Por lo que al sustituir queda la ecuación y se puede observar que la masa se cancela y queda la ecuación: En donde 2π y la gravedad g son constantes, por lo que se puede decir que el periodo de un péndulo simple solo depende solo de la longitud del hilo. Patente 4 Menciona la Ley de Boyle El producto de la presión de un gas p y su volumen v de un gas en el tiempo t1 es igual al producto de la presión p2 y el volumen v2 del mismo gas a la misma temperatura en otro momento de tiempo t2 La ley de Boyle puede ser modificada para incluir temperatura para dar pV = N k T. ¿Cuáles son las cantidades algebraicas en esta ecuación? * Esta ecuación establece que el producto de la presión del volumen de un gas, va a ser igual al número de moles del mismo multiplicado por la constante del gas ideal por su temperatura. Las cantidades que pueden variar de un gas ya establecido son su presión, su volumen y su temperatura. La ecuación anterior puede ser modificada para formar la ley del gas ideal. Expresa esta ley. ¿Qué sustituciones fueron usadas para convertir la ecuación anterior a la del gas ideal? Ley del gas ideal: Donde R es la misma constante K utilizada en la pregunta anterior. Utilizando la Ley de Charles: Rescribiendo el gas en un nuevo estado: {P1, V1 ,T1}= {P0, AV0, T0} Entonces: Y por la ley de Avogadro R = p V T Finalmente: Donde p = p0, v = V0 y T = T0, y son la presión, volumen y temperatura de n moles de un gas. Si doblas la presión de un gas ideal, y cuadriplicas su temperatura, ¿cuánto cambia su volumen? Despejando el volumen, queda de la siguiente manera: = Por lo tanto el nuevo volumen es 2 veces el volumen anterior. ¿Cómo puedes calcular la densidad de un gas ideal? La densidad de un gas es la relación masa / volumen. Conociendo la masa atómica M del gas, considerando el número de moles como: N = Entonces la densidad va a estar dada por: Ρ = N* M / V Considerando las propiedades microscópicas de un gas, ¿cómo calcularías, de primeros principios, la presión ejercida por un gas hacia su recipiente? Debido a que el gas es un fluido, va a ejercer la misma presión en todos los puntos del recipiente, lo que se traduce como energía cinética moviéndose hacia las paredes del mismo. ¿Por qué la energía cinética promedio de una molécula de gas es de (3/2) k T en vez de (1/2) k T? La presión ejercida por un cubo uniformemente de L dimensiones, sin considerar condiciones como la temperatura o una constante de gas, puede ser calculado por: P = (NMv^2) / 3V Por lo que P*V = NM v^2 /3 Pero PV = NRT, por lo que nRT = (NM v^2) /3 3 RT = Mv^2 La energía cinética k está dada por ½ de mv2, por lo que al multiplicar toda la ecuación por un medio: K = 3/2 Kb T ¿Cuál es la rapidez de la raíz media cuadrática de una molécula de gas? Es definida por la ecuación: Es una medida de velocidad utilizada para resolver problemas mediante la teoría cinética de los gases. ¿Cuál es el teorema de equipartición? Es el teorema que permite calcular la energía cinética de cada átomo de un gas, descrito anteriormente por las ecuaciones de las preguntas 7 y 8. Para conocer la energía interna de un gas monoatómico tiene un cambio la ecuación, ya que la energía cinética de este gas va a estar dada por el producto del número de átomos por su energía cinética media. E = NK = N (3/2 Kb T) ¿A qué se refiere el “recorrido libre medio” y cómo se calcula en un gas ideal? Esto se refiere a la distancia promedio que recorre una molécula de un gas antes de colisionar con otra o con el recipiente en el que se encuentra, cuyas colisiones son elásticas. Donde: R= constante del gas ideal T = Temperatura D = sección transversal de colisión L = Número de Avogadro P = presión ¿Cuál es la diferencia entre calor y temperatura? El calor es la energía total del movimiento molecular de una cierta sustancia. La temperatura es una medida de energía molecular media. Cuando consideramos el flujo de calor, ¿cuál es la diferencia entre C, c’ y c? C = capacidad calorífica c = calor específico ¿Qué unidad de medida era utilizada para medir calor y cuál se usa ahora? ¿Cómo fue adoptado este cambio? ¿Cómo se puede realizar el cambio entre las unidades? Antes se pensaba que un objeto con mayor temperatura tenía más calor, por lo tanto se medía en Fahrenheit, después Celsius o Kelvin. Fue hasta que Benjamin Thompson y James Prescott Joule que se descubrió que era una forma más de energía, por lo tanto la medida del calor se convirtió en Joules. Como no se aplica un trabajo, y solo hay un reacomodo de energía, el cambio en el calor va a ser de 0, por lo tanto la temperatura final va a estar dada por: Faltarían más datos para saber con certeza el valor de la temperatura, sin embargo por la ecuación queda más que claro que la temperatura rebasará los 6°C. ¿Qué es un cambio de fase (en termodinámica)? Es cuando una sustancia cambia de estado, generalmente dentro de los tres principales Sólido, líquido o gaseoso. ¿Por qué la temperatura permanece constante durante el cambio de estado? Porque la energía que estaba siendo utilizada para elevar su temperatura, en esos momentos está siendo utilizada para cambiar de estado la materia. ¿Cuáles son las ecuaciones que están asociadas con un cambio de estado de sólido a líquido y de líquido a gas? Las relacionadas al calor latente, que calculan la energía necesaria para realizar ese cambio de estado. La ecuación que relaciona el calor latente de fusión (sólido a líquido): Q = m * Lfusión (Para T = Tfusión) La ecuación que relaciona el calor latente de vaporización (líquido a gas): Q = m * Lvaporización (Para T = Tvaporización) Loro = 64.5 *103 J /kg) Q = 0.425 * (64500) = 27,412.15 Joules Escribe en tus propias palabras el significado de la primera ley de la termodinámica El cambio en el calor de un sistema va a depender de dos cosas, el aumento o disminución de calor en el sistema y el trabajo que aplique o sea aplicado en el sistema. ¿Qué es un proceso quasiestático y cómo aproxima un proceso idealizado? Es un proceso el cual tiene sus variables bien definidas (llámese temperatura, presión, etc.) y además se encuentra en cada instante de tiempo en un estado infinitesimalmente cercano al equilibro. Esto logra definir completamente la evolución del sistema con una ecuación de estado. Es idealizado ya que no siempre existen variaciones de fuerzas infinitesimales, y la turbulencia de un gas, distribución no uniforme de temperatura son ejemplos de fuerzas finitas que alteran el sistema, impidiendo que se puedan escribir sus estados mediante coordenadas. ¿Qué es un diagrama PV y para que se utiliza? Es una gráfica que nos permite ver el proceso por el cual un gas progresa. Si conocemos el volumen y la presión en cada parte del proceso, así como su estado podemos hacer un diagrama PV. Un gas tiene una presión inicial (P1) igual a 10 atmosferas y un volumen inicial (V1) de 5 m3. El gas a continuación, se somete a una expansión isotérmica tal que su nuevo volumen, V2, es el doble de V1. A continuación, se somete a una expansión isobárica a un nuevo volumen, V3, que es cuatro veces la de V1. Dibuje estos procesos en un diagrama PV. ¿Cómo se puede calcular el trabajo realizado por los gases al final de estos dos procesos? ¿Porque la capacidad calorífica a un volumen constante de un gas es menor que la capacidad calorífica a presión constante? ¿Cómo están relacionadas CP y CV y cuáles son sus valores teóricos para un gas monoatómico? En ciertos gases como helio, argón, neón, y vapores de mercurio y de sodio, se ha encontrado que la relación de los calores específicos a temperaturas moderadas es muy próxima a 1.67 como exige la ecuación (4.24). Los valores de los calores específicos a presión y volumen constante y de acuerdo con las ecuaciones (4.23) y (4.29). Parece por lo tanto que para una serie de gases monoatómicos la energía de las moléculas, por lo menos en la parte que varía con la temperatura y afecta así el calor específico, es enteramente o casi enteramente de carácter traslacional. La mayoría de los sólidos tienen capacidad calorífico molar de aproximadamente 3R; ¿Porque? La capacidad calorífica molar de un gas es la cantidad de energía que hay que suministrar para aumentar una unidad la temperatura de un mol de sustancia. En un gas monoatómico, dicha energía se invierte únicamente en el movimiento de traslación de sus moléculas y por tanto debe ser Cv= ∆Ec= 3R (T+1)/2 – 3RT/2 = 3R/2 = 12,472 J mol–1, lo que se confirma experimentalmente (R expresado en J K–1mol–1 vale 8,3144). ¿Porque la equipartición falla en algunos casos? El teorema de equipartición falla porque la energía está cuantizada.Una molécula puede tener sólo ciertos valores de energía interna. La molécula puede ganar o perder energía sólo si la ganancia o pérdida le conduce a otro nivel permitido. La validez de este teorema depende del tamaño relativo del espaciado de los niveles de energía permitidos. Si el espaciado de los niveles de energía permitidos es grande comparado con kT, la energía no puede transferirse por choques y el teorema de equipartición clásico no es válido. ¿Qué es un proceso adiabático? Es el proceso en el cual no es transferida energía calorífica del sistema y sus alrededores. ¿Cómo puedes calcular el trabajo hecho durante un proceso adiabático?