1) La superficie media del cuerpo humano es de 1,5 m ², ¿cuál es la fuerza que ejerce la atmósfera si la presión es normal?.
Respuesta: 14710 N
2) En un lugar donde la presión atmosférica es de 750 mm de Hg se desea construir un barómetro con líquido de δ = 745 kg/m ³, ¿qué nivel marcará ese manómetro?.
Respuesta: 13691,2 mm
3) Si la presión que marca el aparato de un avión es de 738 mm y al partir marcaba 759 mm de Hg, ¿a qué altura se encuentra?.
Respuesta: 220,5 m
4) El altímetro de un avión marca 650 mm de Hg, si al partir marcaba 758 mm de Hg,¿a qué altura se encuentra?.
Respuesta: 1034 m
presión atmosférica es de 752 mm de Hg, se desea elevar con una bomba aspirante un líquido cuya densidad es de 0,96 g/cm ³, se desea saber hasta qué altura se podrá elevar ese líquido.
Respuesta: 10,6533 m
6) Un barómetro de Hg marca 756 mm, ¿cuál será la marca si el barómetro es de agua?.
Respuesta: 10,2816 m
7) Con un barómetro hecho con agua, ¿qué altura alcanzará la misma si la presión es de 758 mm de Hg? (δ = 13,6 g/cm ³).
Respuesta: 10,3 m
8) Se desea construir un barómetro con un líquido de δ = 1,5 g/cm ³, ¿qué presión indicará la presión normal?.
Respuesta: 6,88 m
9) Se construye un barómetro con un líquido de δ = 0,75 g/cm ³, ¿cuál será la presión en mm de Hg y atmósfera cuando marque un desnivel de 13691 mm?.
Respuesta: 755 mm y 0,99 atmósferas
10) El desnivel observado entre las ramas de un manómetro de aire libre con mercurio es de 14 mm e indica que es mayor que la presión atmosférica. ¿Qué presión soporta el gas?.
Respuesta: 1,0734 bar
11) ¿Tienen peso los gases?.
12) ¿A qué llama presión atmosférica?.
13) ¿Qué es el baroscopo?.
14) ¿Cuál es el principio de los aerostatos?
15) ¿Qué entiende por fuerza ascensional?.
16) Se construye un barómetro con líquido de densidad 0,75 g/cm ³. ¿Qué nivel alcanzará cuando la presión atmosférica sea de 750 mm de Hg?.
Respuesta: 13560 mm de Hg
17) El altímetro de un avión marca 738 mm de Hg y en tierra, al partir marcaba 759 mm de Hg. ¿A qué altura se encuentra el avión?.
Respuesta: 220,5 m
18) Determinar la fuerza ascencional que actúa sobre un globo aerostático esférico de 8 m de radio, si pesa 620 kgf (δ = 1,293 kg/m ³)
Respuesta: 2151,64 kgf
19) Un barómetro está armado con agua, ¿cuánto marcará cuando la presión atmosférica sea 758 mm de Hg? (δ = 13,56 g/cm ³).
Respuesta: 10,278 m
20) ¿Cuál será el empuje, debido a la atmósfera, sobre una persona de 750 N si se considera que la densidad media del cuerpo es de 0,9 g/cm ³ y la del aire 0,001293 g/cm ³?.
Respuesta: 1,0775 N
21) La densidad media del aire es de 0,0012 g/cm ³. Si la presión a nivel de la calle es de 740 mm de Hg, determinar:
a) La presión en la terraza de un edificio de 35 m de altura.
b) ¿Cuánto aumentará la fuerza que actúa sobre el tímpano del oído de una persona que desciende desde la terraza hasta la calle (área del tímpano 0,3 cm ²)?.
Respuesta: a) 736,5 mm de Hg b) 0,014 N
22) En un tubo en U de sección uniforme se vierte mercurio y agua, si la columna de mercurio es de 3,6 cm respecto de la superficie de separación de los líquidos, ¿cuál será la altura del agua? (δ Hg = 13,5 g/cm ³).
Respuesta: 48,816 cm
23) En el tubo del caso anterior se coloca agua y un líquido no miscible con ella provocando un nivel de agua de 22 cm y del otro líquido 29 cm. ¿Cuál será la densidad de ese líquido?.
Respuesta: 0,75 g/cm ³
24) ¿Cómo comprueba la existencia de la presión atmosférica?.
25) ¿Qué es una atmósfera y cuál es su equivalencia?.
26) ¿Varía la presión atmosférica con la altura?.
27) ¿Cuál es el peso del aire que aproximadamente soporta una persona?
28) ¿Qué son los barómetros y cuántas clases conoce?.
29) ¿En los gases se cumple el principio de Pascal y de Arquímedes?, ¿cómo se enuncian?.
30) ¿Qué es un manómetro?, ¿qué tipos conoce?.
martes, 21 de julio de 2009
Actividad 8: problemas de Impulso y Cantidad de movimiento
1) Una pelota de béisbol de 0,15 kg de masa se está moviendo con una velocidad de 40 m/s cuando es golpeada por un bate que invierte su dirección adquiriendo una velocidad de 60 m/s, ¿qué fuerza promedio ejerció el bate sobre la pelota si estuvo en contacto con ella 5 ms?.
Respuesta: 3000 N
2) Un taco golpea a una bola de billar ejerciendo una fuerza promedio de 50 N durante un tiempo de 0,01 s, si la bola tiene una masa de 0,2 kg, ¿qué velocidad adquirió la bola luego del impacto?.
Respuesta: 2,5 m/s
3) Una fuerza actúa sobre un objeto de 10 kg aumentando uniformemente desde 0 hasta 50 N en 4 s. ¿Cuál es la velocidad final del objeto si partió del reposo?.
Respuesta: 10 m/s
4) Se rocía una pared con agua empleando una manguera, la velocidad del chorro de agua es de 5 m/s, su caudal es de 300 cm ³/s, si la densidad del agua es de 1 g/cm ³ y se supone que el agua no rebota hacia atrás, ¿cuál es la fuerza promedio que el chorro de agua ejerce sobre la pared?.
Respuesta: 1,5 N
5) Se dispara horizontalmente una bala de 0,0045 kg de masa sobre un bloque de 1,8 kg de masa que está en reposo sobre una superficie horizontal, luego del impacto el bloque se desplaza 1,8 m y la bala se detiene en él. Si el coeficiente de rozamiento cinético entre el bloque y la superficie es de 0,2, ¿cuál era la velocidad inicial de la bala?.
Respuesta: 1073 m/s
6) Se dispara una bala de 0,01 kg de masa contra un péndulo balístico de 2 kg de masa, la bala se incrusta en el péndulo y éste se eleva 0,12 m medidos verticalmente, ¿cuál era la velocidad inicial de la bala?.
Respuesta: 309,8 m/s
7) Una partícula A de masa mA se encuentra sujeta por medio de un resorte comprimido a la partícula B de masa 2.mA, si la energía almacenada en el resorte es de 60 J ¿qué energía cinética adquirirá cada partícula luego de liberarlas?.
Respuesta: 20 J y 40 J
8) Un cuerpo de masa m1 = 2 kg se desliza sobre una mesa horizontal sin fricción con una velocidad inicial v1i = 10 m/s, frente a él moviéndose en la misma dirección y sentido se encuentre el cuerpo de masa m2 = 5 kg cuya velocidad inicial es v2i = 3 m/s, éste tiene adosado un resorte en su parte posterior, cuya constante elástica es k = 1120 N/m, ¿cuál será la máxima compresión del resorte cuando los cuerpos choquen?.
Respuesta: 0,28 m
10) ¿Es cierto que la aceleración de una pelota de béisbol, luego de haber sido golpeada por el bate, no depende de quién la golpeó?.
11) ¿Qué significa que el acero sea más elástico que el nylon?.
12) Dos bolas de plastilina chocan frontalmente, se adhieren y quedan en reposo, ¿se verifica en éste caso la ley de conservación de la cantidad de movimiento?.
13) Una pelota de béisbol de 0,15 kg de masa se está moviendo con una velocidad de 40 m/s cuando es golpeada por un bate que invierte su dirección adquiriendo una velocidad de 60 m/s, ¿qué fuerza promedio ejerció el bate sobre la pelota si estuvo en contacto con ella 5 ms?.
Respuesta: F = - 3000 N
14) Un taco golpea a una bola de billar ejerciendo una fuerza promedio de 50 N durante un tiempo de 0,01 s, si la bola tiene una masa de 0,2 kg, ¿qué velocidad adquirió la bola luego del impacto?.
Respuesta: vf = 2,5 m/s
15) Una fuerza actúa sobre un objeto de 10 kg aumentando uniformemente desde 0 hasta 50 N en 4 s. ¿Cuál es la velocidad final del objeto si partió del reposo?.
Respuesta: vf = 10 m/s
16) Se rocía una pared con agua empleando una manguera, la velocidad del chorro de agua es de 5 m/s, su caudal es de 300 cm ³/s, si la densidad del agua es de 1 g/cm ³ y se supone que el agua no rebota hacia atrás, ¿cuál es la fuerza promedio que el chorro de agua ejerce sobre la pared?.
Respuesta: F = 1,5N
19) Una partícula A de masa mA se encuentra sujeta por medio de un resorte comprimido a la partícula B de masa 2.mA, si la energía almacenada en el resorte es de 60 J ¿qué energía cinética adquirirá cada partícula luego de liberarlas?.
Respuesta: Ec Af = 40 J; Ec Bf = 20 J
21) Un patinador de 80 kg de masa le aplica a otro de 50 kg de masa una fuerza de 25 kgf durante 0,5 s, ¿qué velocidad de retroceso adquiere el primero y que velocidad final toma el segundo?.
Respuesta: v1 = 1,53 m/s; v2 = 2,45 m/s
22) Un hombre colocado sobre patines arroja una piedra que pesa 80 N mediante una fuerza de 15 N que actúa durante 0,8 s, ¿con qué velocidad sale la piedra y cuál es la velocidad de retroceso del hombre si su masa es de 90 kg?.
Respuesta: v1 = 15 m/s;v2 = 1,33 m/s
23) Con una escopeta se dispara un cartucho de 100 perdigones de 0,4 g cada uno, los que adquieren una velocidad de 280 m/s, ¿cuál es la velocidad de retroceso del arma si pesa 5 kg?.
Respuesta: v2 = 2,24 m/s
24) Mediante un palo de golf se aplica a una pelota una fuerza de 242,2 N y adquiere una velocidad de 95 m/s. Si la masa de la pelota es de 0,05 kg, ¿durante cuánto tiempo actuó el palo sobre la pelota?
Respuesta: t = 0,0196 s
25) Una escopeta de masa 5,8 kg lanza un proyectil de masa 20 g con una velocidad inicial de 750 m/s. ¿cuál será la velocidad de retroceso?.
Respuesta: v1 = 2,59 m/s
26) Una pelota de futbol de 850 g de masa adquiere una velocidad de 40 m/s mediante un puntapié de 0,2 s de duración, ¿qué fuerza recibió la pelota?.
Respuesta: F = 170 N
27) Determinar la masa de una esfera metálica que por acción de una fuerza de 20 N durante 0,3 s le provoca una velocidad de 2 m/s.
Respuesta: m = 3 kg
28) A un cuerpo de 980 kg se le aplica una fuerza constante de 40 N durante 5 s. Calcular el impulso total y el incremento de velocidad.
Respuesta: I = 200 N.s; v = 0,204 m/s
29) A un cuerpo de 50 kg de masa se le aplica una fuerza de 150 N durante 5 s, calcule el impulso y el incremento de velocidad.
Respuesta: I = 750 N.s; v = 15 m/s
Respuesta: 3000 N
2) Un taco golpea a una bola de billar ejerciendo una fuerza promedio de 50 N durante un tiempo de 0,01 s, si la bola tiene una masa de 0,2 kg, ¿qué velocidad adquirió la bola luego del impacto?.
Respuesta: 2,5 m/s
3) Una fuerza actúa sobre un objeto de 10 kg aumentando uniformemente desde 0 hasta 50 N en 4 s. ¿Cuál es la velocidad final del objeto si partió del reposo?.
Respuesta: 10 m/s
4) Se rocía una pared con agua empleando una manguera, la velocidad del chorro de agua es de 5 m/s, su caudal es de 300 cm ³/s, si la densidad del agua es de 1 g/cm ³ y se supone que el agua no rebota hacia atrás, ¿cuál es la fuerza promedio que el chorro de agua ejerce sobre la pared?.
Respuesta: 1,5 N
5) Se dispara horizontalmente una bala de 0,0045 kg de masa sobre un bloque de 1,8 kg de masa que está en reposo sobre una superficie horizontal, luego del impacto el bloque se desplaza 1,8 m y la bala se detiene en él. Si el coeficiente de rozamiento cinético entre el bloque y la superficie es de 0,2, ¿cuál era la velocidad inicial de la bala?.
Respuesta: 1073 m/s
6) Se dispara una bala de 0,01 kg de masa contra un péndulo balístico de 2 kg de masa, la bala se incrusta en el péndulo y éste se eleva 0,12 m medidos verticalmente, ¿cuál era la velocidad inicial de la bala?.
Respuesta: 309,8 m/s
7) Una partícula A de masa mA se encuentra sujeta por medio de un resorte comprimido a la partícula B de masa 2.mA, si la energía almacenada en el resorte es de 60 J ¿qué energía cinética adquirirá cada partícula luego de liberarlas?.
Respuesta: 20 J y 40 J
8) Un cuerpo de masa m1 = 2 kg se desliza sobre una mesa horizontal sin fricción con una velocidad inicial v1i = 10 m/s, frente a él moviéndose en la misma dirección y sentido se encuentre el cuerpo de masa m2 = 5 kg cuya velocidad inicial es v2i = 3 m/s, éste tiene adosado un resorte en su parte posterior, cuya constante elástica es k = 1120 N/m, ¿cuál será la máxima compresión del resorte cuando los cuerpos choquen?.
Respuesta: 0,28 m
10) ¿Es cierto que la aceleración de una pelota de béisbol, luego de haber sido golpeada por el bate, no depende de quién la golpeó?.
11) ¿Qué significa que el acero sea más elástico que el nylon?.
12) Dos bolas de plastilina chocan frontalmente, se adhieren y quedan en reposo, ¿se verifica en éste caso la ley de conservación de la cantidad de movimiento?.
13) Una pelota de béisbol de 0,15 kg de masa se está moviendo con una velocidad de 40 m/s cuando es golpeada por un bate que invierte su dirección adquiriendo una velocidad de 60 m/s, ¿qué fuerza promedio ejerció el bate sobre la pelota si estuvo en contacto con ella 5 ms?.
Respuesta: F = - 3000 N
14) Un taco golpea a una bola de billar ejerciendo una fuerza promedio de 50 N durante un tiempo de 0,01 s, si la bola tiene una masa de 0,2 kg, ¿qué velocidad adquirió la bola luego del impacto?.
Respuesta: vf = 2,5 m/s
15) Una fuerza actúa sobre un objeto de 10 kg aumentando uniformemente desde 0 hasta 50 N en 4 s. ¿Cuál es la velocidad final del objeto si partió del reposo?.
Respuesta: vf = 10 m/s
16) Se rocía una pared con agua empleando una manguera, la velocidad del chorro de agua es de 5 m/s, su caudal es de 300 cm ³/s, si la densidad del agua es de 1 g/cm ³ y se supone que el agua no rebota hacia atrás, ¿cuál es la fuerza promedio que el chorro de agua ejerce sobre la pared?.
Respuesta: F = 1,5N
19) Una partícula A de masa mA se encuentra sujeta por medio de un resorte comprimido a la partícula B de masa 2.mA, si la energía almacenada en el resorte es de 60 J ¿qué energía cinética adquirirá cada partícula luego de liberarlas?.
Respuesta: Ec Af = 40 J; Ec Bf = 20 J
21) Un patinador de 80 kg de masa le aplica a otro de 50 kg de masa una fuerza de 25 kgf durante 0,5 s, ¿qué velocidad de retroceso adquiere el primero y que velocidad final toma el segundo?.
Respuesta: v1 = 1,53 m/s; v2 = 2,45 m/s
22) Un hombre colocado sobre patines arroja una piedra que pesa 80 N mediante una fuerza de 15 N que actúa durante 0,8 s, ¿con qué velocidad sale la piedra y cuál es la velocidad de retroceso del hombre si su masa es de 90 kg?.
Respuesta: v1 = 15 m/s;v2 = 1,33 m/s
23) Con una escopeta se dispara un cartucho de 100 perdigones de 0,4 g cada uno, los que adquieren una velocidad de 280 m/s, ¿cuál es la velocidad de retroceso del arma si pesa 5 kg?.
Respuesta: v2 = 2,24 m/s
24) Mediante un palo de golf se aplica a una pelota una fuerza de 242,2 N y adquiere una velocidad de 95 m/s. Si la masa de la pelota es de 0,05 kg, ¿durante cuánto tiempo actuó el palo sobre la pelota?
Respuesta: t = 0,0196 s
25) Una escopeta de masa 5,8 kg lanza un proyectil de masa 20 g con una velocidad inicial de 750 m/s. ¿cuál será la velocidad de retroceso?.
Respuesta: v1 = 2,59 m/s
26) Una pelota de futbol de 850 g de masa adquiere una velocidad de 40 m/s mediante un puntapié de 0,2 s de duración, ¿qué fuerza recibió la pelota?.
Respuesta: F = 170 N
27) Determinar la masa de una esfera metálica que por acción de una fuerza de 20 N durante 0,3 s le provoca una velocidad de 2 m/s.
Respuesta: m = 3 kg
28) A un cuerpo de 980 kg se le aplica una fuerza constante de 40 N durante 5 s. Calcular el impulso total y el incremento de velocidad.
Respuesta: I = 200 N.s; v = 0,204 m/s
29) A un cuerpo de 50 kg de masa se le aplica una fuerza de 150 N durante 5 s, calcule el impulso y el incremento de velocidad.
Respuesta: I = 750 N.s; v = 15 m/s
Actividad 7: Problemas de caída libre
En todos los casos usar g = 10 m/s ².
1) Desde el balcón de un edificio se deja caer una manzana y llega a la planta baja en 5 s.
a) ¿Desde qué piso se dejo caer, si cada piso mide 2,88 m?.b) ¿Con qué velocidad llega a la planta baja?.
Respuesta: a) 43 b) 50 m/s
2) Si se deja caer una piedra desde la terraza de un edificio y se observa que tarda 6 s en llegar al suelo. Calcular:
a) A qué altura estaría esa terraza.b) Con qué velocidad llegaría la piedra al piso.
Respuesta: a) 180 m b) 60 m/s
3) ¿De qué altura cae un cuerpo que tarda 4 s en llegar al suelo?.
Respuesta: 80 m
4) Un cuerpo cae libremente desde un avión que viaja a 1,96 km de altura, cuánto demora en llegar al suelo?.
Respuesta: 19,8 s
5) A un cuerpo que cae libremente se le mide la velocidad al pasar por los puntos A y B, siendo estas de 25 m/s y 40 m/s respectivamente. Determinar:a) ¿Cuánto demoró en recorrer la distancia entre A y B ?.b) ¿Cuál es la distancia entre A y B ?.c) ¿Cuál será su velocidad 6 s después de pasar por B ?.
Respuesta: a) 1,5 s b) 48,75 m c) 100 m/s
6) Se deja caer una piedra en un pozo y al cabo de 10 s se oye el choque contra el fondo, si la velocidad del sonido es de 330 m/s, ¿cuál es la profundidad del pozo?.
7) A un cuerpo que cae libremente se le mide la velocidad al pasar por los puntos A y B, siendo estas de 29,42 m/s y 49,02 m/s respectivamente. Determinar:
a) ¿Cuánto demoró en recorrer la distancia entre A y B ?.b) ¿Cuál es la distancia entre A y B ?.
Respuesta: a) 2 s b) 78,44 m/s ²
8) ¿Desde qué altura debe caer el agua de una presa para golpear la rueda de una turbina con velocidad de 30 m/s?.
Respuesta: 45 m
9) ¿Qué tipo de movimiento es la caída de los cuerpos?.
10) Cuando un cuerpo cae libremente, ¿cómo varia su velocidad?.
11) Cuando un cuerpo cae libremente, ¿cómo varia su aceleración?.
12) ¿Cómo se produce la caída de los cuerpos en el vacio?.
1) Desde el balcón de un edificio se deja caer una manzana y llega a la planta baja en 5 s.
a) ¿Desde qué piso se dejo caer, si cada piso mide 2,88 m?.b) ¿Con qué velocidad llega a la planta baja?.
Respuesta: a) 43 b) 50 m/s
2) Si se deja caer una piedra desde la terraza de un edificio y se observa que tarda 6 s en llegar al suelo. Calcular:
a) A qué altura estaría esa terraza.b) Con qué velocidad llegaría la piedra al piso.
Respuesta: a) 180 m b) 60 m/s
3) ¿De qué altura cae un cuerpo que tarda 4 s en llegar al suelo?.
Respuesta: 80 m
4) Un cuerpo cae libremente desde un avión que viaja a 1,96 km de altura, cuánto demora en llegar al suelo?.
Respuesta: 19,8 s
5) A un cuerpo que cae libremente se le mide la velocidad al pasar por los puntos A y B, siendo estas de 25 m/s y 40 m/s respectivamente. Determinar:a) ¿Cuánto demoró en recorrer la distancia entre A y B ?.b) ¿Cuál es la distancia entre A y B ?.c) ¿Cuál será su velocidad 6 s después de pasar por B ?.
Respuesta: a) 1,5 s b) 48,75 m c) 100 m/s
6) Se deja caer una piedra en un pozo y al cabo de 10 s se oye el choque contra el fondo, si la velocidad del sonido es de 330 m/s, ¿cuál es la profundidad del pozo?.
7) A un cuerpo que cae libremente se le mide la velocidad al pasar por los puntos A y B, siendo estas de 29,42 m/s y 49,02 m/s respectivamente. Determinar:
a) ¿Cuánto demoró en recorrer la distancia entre A y B ?.b) ¿Cuál es la distancia entre A y B ?.
Respuesta: a) 2 s b) 78,44 m/s ²
8) ¿Desde qué altura debe caer el agua de una presa para golpear la rueda de una turbina con velocidad de 30 m/s?.
Respuesta: 45 m
9) ¿Qué tipo de movimiento es la caída de los cuerpos?.
10) Cuando un cuerpo cae libremente, ¿cómo varia su velocidad?.
11) Cuando un cuerpo cae libremente, ¿cómo varia su aceleración?.
12) ¿Cómo se produce la caída de los cuerpos en el vacio?.
Actividad 6: cuestionario de Hidrostática
HIDROSTÁTICA. PRESIÓN Y DENSIDAD. PRENSA HIDRÁULICA. EMPUJE.
1) En un tubo en "U" de sección uniforme hay cierta cantidad de mercurio. Se agrega, en una de las ramas, agua hasta que el mercurio asciende en la otra 2,3 cm. ¿Cuál es la longitud del agua en la otra rama?.
Respuesta: 31,28 cm
2) En un tubo en "U" se coloca agua y mercurio, si la altura alcanzada por el mercurio es de 12 cm, ¿qué altura alcanza el agua?.
Respuesta: 163,2 cm
3) Un recipiente en forma de tronco de pirámide cuyas bases son cuadradas de 0,5 m y 0,2 m de lado y 2 m alto, se llena con petróleo (ρ = 0,8 gf/dm ³) y se apoya en su base mayor. Se desea saber:
a - ¿Cuál es la presión en el fondo del recipiente?.
b - ¿Cuál es la fuerza que ejerce sobre el fondo?.
Respuesta: 15,7 bar y 3923 N
4) Calcular la presión que ejerce un cuerpo de 120 kg que está apoyado sobre una superficie de 0,8 m ³.
Respuesta: 1471 Pa
5) Si el mismo cuerpo del problema anterior se apoya sobre una superficie de 1,2 m ³,¿qué presión ejercerá?, compare y deduzca las conclusiones.
Respuesta: 981 Pa
6) Los radios de los émbolos de una prensa hidráulica son de 10 cm y 50 cm respectivamente. ¿Qué fuerza ejercerá el émbolo mayor si sobre el menor actúa una de 30 N?.
Respuesta: 750 N
7) Se sumerge un cuerpo en agua y recibe un empuje de 65 N, ¿qué empuje experimentará en éter (ρ = 0,72 gf/cm ³) y en ácido sulfúrico (ρ = 1,84 gf/cm ³)?.
Respuesta: 45,9 N y 117,3 N
8) Un cuerpo pesa en el aire 2,746 N, en agua 1,863 N y en alcohol 2,059 N. ¿Cuál será la densidad del alcohol y del cuerpo?.
Respuesta: 0,777 g/cm ³ y 3,11 g/cm ³
9) Un cubo de aluminio (δ = 2,7 g/cm ³) de 4 cm de lado se coloca en agua de mar (δ = 1025 kg/m ³), ¿flota o se hunde?.
Respuesta: Se hunde
10) Si el cubo del problema anterior se coloca en mercurio (δ = 13,6 g/cm ³), ¿flota o se hunde?.
Respuesta: No se hunde
11) Un prisma de hielo cuyo volumen es de 9,5 cm ³ esta en agua de mar (δ = 1,025 g/cm ³), si su densidad es de 0,84 g/cm ³, ¿cuál es el volumen que emerge?.
Respuesta: Se hunde
12) ¿Qué son fluidos?.
13) ¿Es lo mismo fuerza que presión?.
14) ¿Qué es la prensa hidráulica?.
15) ¿Cómo es la presión en el seno de un líquido?
16) ¿Qué entiende por superficie de nivel?.
17) Un tubo posee mercurio y en posición vertical el nivel es de 48 cm. Si se inclina, ¿la presión aumenta o disminuye?, ¿cuál es la presión inicial? (ρ Hg = 13,6 gf/dm ³).
Respuesta: 652,8 gf/cm ²
18) En un tubo de vidrio se coloca mercurio hasta un nivel de 76 cm, ¿qué presión ejerce sobre el fondo?.
Respuesta: 1033 gf/cm ²
19) Un recipiente cilíndrico contiene aceite (ρ = 0,92 gf/dm ³) hasta 30 cm de altura. Calcular el peso del aceite y la presión que ejerce sobre el fondo,sabiendo que el radio del cilindro es de 10 cm.
Respuesta: 0,0271 bar
20) Un prisma de bronce de 2 m de largo por 0,85 de alto por 2 cm de ancho se apoya sobre la base de 2 m por 0.85 m, ¿qué presión ejerce, si el peso específico del bronce es de 8,8 gf/dm ³?.
Respuesta: 172,6 bar
21) ¿Cuál será el peso de un cuerpo que apoyado sobre una base de 75 cm ² ejerce una presión de 200 bares?.
Respuesta: 1,5 N
22) Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son de 8 cm ² y de 20 cm ² respectivamente. Si sobre el primero se aplica una fuerza de 70 N, ¿cuál será la fuerza obtenida por el otro émbolo?.
Respuesta: 175 N
23)Sobre el émbolo de 12 cm ² de un prensa hidráulica se aplica una fuerza de 40 N, en el otro se obtiene una fuerza de 150 N, ¿qué sección tiene éste émbolo?.
Respuesta: 45 cm ²
24) ¿Cuál será el volumen sumergido de un trozo de madera (δ = 0,38 g/cm ³) de 95 dm ³ al ser colocado en agua?.
Respuesta: 36,1 dm ³
25) Una boya esférica cuyo volumen es de 7 m ³ pesa 1820 N. Si el aparato productor de luz pesa 385 N, ¿cuánto deberá pesar el lastre para que la hunda hasta la mitad en agua de mar?.
Respuesta: 1382,5 N
26) Un pontón rectangular cargado pesa 180000 N, la penetración en el agua es de 60 cm. ¿Cuál será el área horizontal del pontón?.
Respuesta: 30 m ²
27) Un cuerpo pesa en el aire 21 N, en el agua 17,5 N y en otro líquido 15 N, ¿cuál es la densidad del cuerpo y la del otro líquido?.
Respuesta: 6 g/cm ³ y 1,714 g/cm ³
28) Un trozo de corcho de 40 cm ³ se coloca en éter (δ = 0,72 g/cm ³), si la densidad del corcho es de 0,24 g/cm ³, ¿qué volumen queda sumergido?.
Respuesta: 13,3 cm ³
29) ¿Qué es presión?, dar unidades.
30) ¿Para que sirve la prensa hidráulica?.
31) ¿Cómo son las presiones en el fondo y en las paredes del recipiente?.
32) Enuncie el teorema fundamental de la hidrostática.
33) ¿Qué son vasos comunicantes?.
34) En un tubo en "U" se coloca agua y nafta, las alturas alcanzadas son 52 cm y 74 cm respectivamente, ¿cuál es el densidad de la nafta?.
Respuesta: 0,7 g/cm ³
35) En un tubo en "U" de sección uniforme, se coloca mercurio y agua. Si el desnivel del mercurio es de 3,4 cm, ¿cuál es la altura del agua en la otra rama?.
Respuesta: 46,24 cm
36) Si en un tubo en "U" se coloca agua y luego se vierte un líquido que provoca un desnivel de agua de 22 cm y 29 cm del otro líquido, ¿cuál es el peso específico de ese líquido?.
Respuesta:0,00735 N/cm ³
37) Un cuerpo ejerce una presión de 35 bar, si pesa 200 N, ¿cuánto vale la superficie de apoyo?.
Respuesta: 5,7142 m ²
38) Si un cubo de hierro de 30 cm de lado está apoyado sobre una mesada, ¿qué presión ejerce? (δ = 7,8 g/cm ³).
Respuesta: 22947,6 bar
39) El radio del émbolo menor de una prensa es de 4 cm, si sobre él se aplica una fuerza de 60 N se obtiene en el otro émbolo una de 300 N, ¿cuál es el radio de éste émbolo?.
Respuesta: 10,9 cm
40) Sobre el émbolo menor de una prensa se aplica una fuerza de 50 N, si en el otro se obtiene una de 1000 N, ¿cuál es la relación entre los radios de los émbolos?.
Respuesta:1/20
41) Un cuerpo de 10 N es sumergido en agua, si el volumen es de 0,2 dm ³, ¿cuál es el empuje que recibe y cuál su peso aparente?.
Respuesta: 2 N y 8 N
42) Un cuerpo tiene un volumen de 45 dm ³, si su peso específico es de 2,7gf/cm ³, ¿cuál es el empuje que recibe sumergido en agua y su peso aparente?.
Respuesta: 750 N y 441 N
43) Un cuerpo pesa en el aire 20 N y su volumen es de 12 cm ³, se sumerge en líquido donde pesa 18 N. ¿Cuál es la densidad del líquido?.
Respuesta: 1,75 g/cm ³
44) Un cuerpo pesa en el aire 18 N y en el agua 13 N, ¿cuál es su densidad?.
Respuesta: 3,6 g/cm ³
45) Enuncie el principio de Pascal.
46) ¿Qué es la hidrostática y la presión hidrostática?.
47) ¿A qué es igual la presión de abajo hacia arriba?.
48) ¿Qué es superficie libre de un líquido?.
49) ¿Qué propiedades se cumplen en los vasos comunicantes?.
50) En un tubo en "U" se coloca agua y nafta, las alturas alcanzadas son 52 cm y 74 cm respectivamente, ¿cuál es el densidad de la nafta?.
Respuesta: 0,7 g/cm ³
51) En un tubo en "U" de sección uniforme, se coloca mercurio y agua. Si el desnivel del mercurio es de 3,4 cm, ¿cuál es la altura del agua en la otra rama?.
Respuesta: 46,24 cm
52) Si en un tubo en "U" se coloca agua y luego se vierte un líquido que provoca un desnivel de agua de 22 cm y 29 cm del otro líquido, ¿cuál es el peso específico de ese líquido?.
Respuesta:0,00735 N/cm ³
53) Un cuerpo ejerce una presión de 35 bar, si pesa 200 N, ¿cuánto vale la superficie de apoyo?.
Respuesta: 5,7142 m ²
54) Si un cubo de hierro de 30 cm de lado está apoyado sobre una mesada, ¿qué presión ejerce? (δ = 7,8 g/cm ³).
Respuesta: 22947,6 bar
55) El radio del émbolo menor de una prensa es de 4 cm, si sobre él se aplica una fuerza de 60 N se obtiene en el otro émbolo una de 300 N, ¿cuál es el radio de éste émbolo?.
Respuesta: 10,9 cm
56) Sobre el émbolo menor de una prensa se aplica una fuerza de 50 N, si en el otro se obtiene una de 1000 N, ¿cuál es la relación entre los radios de los émbolos?.
Respuesta:1/20
57) Un cuerpo de 10 N es sumergido en agua, si el volumen es de 0,2 dm ³, ¿cuál es el empuje que recibe y cuál su peso aparente?.
Respuesta: 2 N y 8 N
58) Un cuerpo tiene un volumen de 45 dm ³, si su peso específico es de 2,7gf/cm ³, ¿cuál es el empuje que recibe sumergido en agua y su peso aparente?.
Respuesta: 750 N y 441 N
59) Un cuerpo pesa en el aire 20 N y su volumen es de 12 cm ³, se sumerge en líquido donde pesa 18 N. ¿Cuál es la densidad del líquido?.
Respuesta: 1,75 g/cm ³
60) Un cuerpo pesa en el aire 18 N y en el agua 13 N, ¿cuál es su densidad?.
Respuesta: 3,6 g/cm ³
61) Enuncie el principio de Pascal.
62) ¿Qué es la hidrostática y la presión hidrostática?.
63) ¿A qué es igual la presión de abajo hacia arriba?.
64) ¿Qué es superficie libre de un líquido?.
65) ¿Qué propiedades se cumplen en los vasos comunicantes?.
66) Determinar la presión ejercida por una fuerza de 12 kgf aplicada a una superficie de 1,5 m ². Expresar el resultado en: kgf/m ², Pa y bar.
Respuesta: 8 kgf/m ²; 78,4 Pa y 0,000784 bar
67) Determinar la presión que ejerce un prisma de aluminio de 42 cm de altura y 35 cm ² de base (ρ = 2,7 gf/cm ³).
Respuesta: 11341 kgf/m ²
68) Determinar en cuál de los siguientes casos se provoca mayor presión:
a) Una fuerza de 6 kgf sobre una superficie de 2 cm ².
b) Una fuerza de 90 kgf sobre una superficie de 30 cm ².
Respuesta: son iguales
69) Un prisma de cemento peso 2500 N y ejerce una presión de 125 Pa, ¿cuál es la superficie de su base?.
Respuesta: 20 m ²
70) Un tanque cilíndrico de 1,2 m de radio y 6 m de alto, pesa 4500 N. Se lo llena hasta 2/3 partes con aceite
(densidad 0,92 g/cm ³), determinar:
a) La presión que ejerce el tanque.
b) La presión que ejerce el aceite en el fondo del tanque.
Respuesta: a) 37095,5 Pa b) 36100,8 Pa
71) En un recipiente cilíndrico de 10 cm de radio y 26 cm de alto se vierte mercurio hasta ¼ parte. El resto se llena con agua
(δ Hg = 13,56 g/cm ³), determinar:
a) La presión sobre el fondo.
b) La presión del agua sobre el mercurio.
c) La presión a los 2 cm de profundidad.
d) La presión a los 22 cm de profundidad.
Respuesta: a) 10559,48 Pa b) 1912,95 Pa c) 196,2 Pa d) 5238,54 Pa
72) ¿Qué es presión y cuales son sus unidades?.
73) ¿Qué diferencia puede indicar entre sólidos y líquidos respecto de fuerza y presión?.
74) ¿Cómo son las presiones en las paredes de un recipiente?.
75) ¿Qué es superficie libre de un líquido?.
76) ¿Qué son vasos comunicantes?.
77) ¿Cuáles son las condiciones de equilibrio para un solo líquido en los vasos comunicantes?.
78) ¿Cuáles son las condiciones de equilibrio para dos líquido en los vasos comunicantes?.
79) ¿Cómo puede modificarse la presión que un cuerpo, debido a su peso, ejerce sobre una superficie?.
80) ¿Por qué es mejor usar raquetas para caminar sobre la nieve?.
1) En un tubo en "U" de sección uniforme hay cierta cantidad de mercurio. Se agrega, en una de las ramas, agua hasta que el mercurio asciende en la otra 2,3 cm. ¿Cuál es la longitud del agua en la otra rama?.
Respuesta: 31,28 cm
2) En un tubo en "U" se coloca agua y mercurio, si la altura alcanzada por el mercurio es de 12 cm, ¿qué altura alcanza el agua?.
Respuesta: 163,2 cm
3) Un recipiente en forma de tronco de pirámide cuyas bases son cuadradas de 0,5 m y 0,2 m de lado y 2 m alto, se llena con petróleo (ρ = 0,8 gf/dm ³) y se apoya en su base mayor. Se desea saber:
a - ¿Cuál es la presión en el fondo del recipiente?.
b - ¿Cuál es la fuerza que ejerce sobre el fondo?.
Respuesta: 15,7 bar y 3923 N
4) Calcular la presión que ejerce un cuerpo de 120 kg que está apoyado sobre una superficie de 0,8 m ³.
Respuesta: 1471 Pa
5) Si el mismo cuerpo del problema anterior se apoya sobre una superficie de 1,2 m ³,¿qué presión ejercerá?, compare y deduzca las conclusiones.
Respuesta: 981 Pa
6) Los radios de los émbolos de una prensa hidráulica son de 10 cm y 50 cm respectivamente. ¿Qué fuerza ejercerá el émbolo mayor si sobre el menor actúa una de 30 N?.
Respuesta: 750 N
7) Se sumerge un cuerpo en agua y recibe un empuje de 65 N, ¿qué empuje experimentará en éter (ρ = 0,72 gf/cm ³) y en ácido sulfúrico (ρ = 1,84 gf/cm ³)?.
Respuesta: 45,9 N y 117,3 N
8) Un cuerpo pesa en el aire 2,746 N, en agua 1,863 N y en alcohol 2,059 N. ¿Cuál será la densidad del alcohol y del cuerpo?.
Respuesta: 0,777 g/cm ³ y 3,11 g/cm ³
9) Un cubo de aluminio (δ = 2,7 g/cm ³) de 4 cm de lado se coloca en agua de mar (δ = 1025 kg/m ³), ¿flota o se hunde?.
Respuesta: Se hunde
10) Si el cubo del problema anterior se coloca en mercurio (δ = 13,6 g/cm ³), ¿flota o se hunde?.
Respuesta: No se hunde
11) Un prisma de hielo cuyo volumen es de 9,5 cm ³ esta en agua de mar (δ = 1,025 g/cm ³), si su densidad es de 0,84 g/cm ³, ¿cuál es el volumen que emerge?.
Respuesta: Se hunde
12) ¿Qué son fluidos?.
13) ¿Es lo mismo fuerza que presión?.
14) ¿Qué es la prensa hidráulica?.
15) ¿Cómo es la presión en el seno de un líquido?
16) ¿Qué entiende por superficie de nivel?.
17) Un tubo posee mercurio y en posición vertical el nivel es de 48 cm. Si se inclina, ¿la presión aumenta o disminuye?, ¿cuál es la presión inicial? (ρ Hg = 13,6 gf/dm ³).
Respuesta: 652,8 gf/cm ²
18) En un tubo de vidrio se coloca mercurio hasta un nivel de 76 cm, ¿qué presión ejerce sobre el fondo?.
Respuesta: 1033 gf/cm ²
19) Un recipiente cilíndrico contiene aceite (ρ = 0,92 gf/dm ³) hasta 30 cm de altura. Calcular el peso del aceite y la presión que ejerce sobre el fondo,sabiendo que el radio del cilindro es de 10 cm.
Respuesta: 0,0271 bar
20) Un prisma de bronce de 2 m de largo por 0,85 de alto por 2 cm de ancho se apoya sobre la base de 2 m por 0.85 m, ¿qué presión ejerce, si el peso específico del bronce es de 8,8 gf/dm ³?.
Respuesta: 172,6 bar
21) ¿Cuál será el peso de un cuerpo que apoyado sobre una base de 75 cm ² ejerce una presión de 200 bares?.
Respuesta: 1,5 N
22) Las secciones de los émbolos de una prensa hidráulica son de 8 cm ² y de 20 cm ² respectivamente. Si sobre el primero se aplica una fuerza de 70 N, ¿cuál será la fuerza obtenida por el otro émbolo?.
Respuesta: 175 N
23)Sobre el émbolo de 12 cm ² de un prensa hidráulica se aplica una fuerza de 40 N, en el otro se obtiene una fuerza de 150 N, ¿qué sección tiene éste émbolo?.
Respuesta: 45 cm ²
24) ¿Cuál será el volumen sumergido de un trozo de madera (δ = 0,38 g/cm ³) de 95 dm ³ al ser colocado en agua?.
Respuesta: 36,1 dm ³
25) Una boya esférica cuyo volumen es de 7 m ³ pesa 1820 N. Si el aparato productor de luz pesa 385 N, ¿cuánto deberá pesar el lastre para que la hunda hasta la mitad en agua de mar?.
Respuesta: 1382,5 N
26) Un pontón rectangular cargado pesa 180000 N, la penetración en el agua es de 60 cm. ¿Cuál será el área horizontal del pontón?.
Respuesta: 30 m ²
27) Un cuerpo pesa en el aire 21 N, en el agua 17,5 N y en otro líquido 15 N, ¿cuál es la densidad del cuerpo y la del otro líquido?.
Respuesta: 6 g/cm ³ y 1,714 g/cm ³
28) Un trozo de corcho de 40 cm ³ se coloca en éter (δ = 0,72 g/cm ³), si la densidad del corcho es de 0,24 g/cm ³, ¿qué volumen queda sumergido?.
Respuesta: 13,3 cm ³
29) ¿Qué es presión?, dar unidades.
30) ¿Para que sirve la prensa hidráulica?.
31) ¿Cómo son las presiones en el fondo y en las paredes del recipiente?.
32) Enuncie el teorema fundamental de la hidrostática.
33) ¿Qué son vasos comunicantes?.
34) En un tubo en "U" se coloca agua y nafta, las alturas alcanzadas son 52 cm y 74 cm respectivamente, ¿cuál es el densidad de la nafta?.
Respuesta: 0,7 g/cm ³
35) En un tubo en "U" de sección uniforme, se coloca mercurio y agua. Si el desnivel del mercurio es de 3,4 cm, ¿cuál es la altura del agua en la otra rama?.
Respuesta: 46,24 cm
36) Si en un tubo en "U" se coloca agua y luego se vierte un líquido que provoca un desnivel de agua de 22 cm y 29 cm del otro líquido, ¿cuál es el peso específico de ese líquido?.
Respuesta:0,00735 N/cm ³
37) Un cuerpo ejerce una presión de 35 bar, si pesa 200 N, ¿cuánto vale la superficie de apoyo?.
Respuesta: 5,7142 m ²
38) Si un cubo de hierro de 30 cm de lado está apoyado sobre una mesada, ¿qué presión ejerce? (δ = 7,8 g/cm ³).
Respuesta: 22947,6 bar
39) El radio del émbolo menor de una prensa es de 4 cm, si sobre él se aplica una fuerza de 60 N se obtiene en el otro émbolo una de 300 N, ¿cuál es el radio de éste émbolo?.
Respuesta: 10,9 cm
40) Sobre el émbolo menor de una prensa se aplica una fuerza de 50 N, si en el otro se obtiene una de 1000 N, ¿cuál es la relación entre los radios de los émbolos?.
Respuesta:1/20
41) Un cuerpo de 10 N es sumergido en agua, si el volumen es de 0,2 dm ³, ¿cuál es el empuje que recibe y cuál su peso aparente?.
Respuesta: 2 N y 8 N
42) Un cuerpo tiene un volumen de 45 dm ³, si su peso específico es de 2,7gf/cm ³, ¿cuál es el empuje que recibe sumergido en agua y su peso aparente?.
Respuesta: 750 N y 441 N
43) Un cuerpo pesa en el aire 20 N y su volumen es de 12 cm ³, se sumerge en líquido donde pesa 18 N. ¿Cuál es la densidad del líquido?.
Respuesta: 1,75 g/cm ³
44) Un cuerpo pesa en el aire 18 N y en el agua 13 N, ¿cuál es su densidad?.
Respuesta: 3,6 g/cm ³
45) Enuncie el principio de Pascal.
46) ¿Qué es la hidrostática y la presión hidrostática?.
47) ¿A qué es igual la presión de abajo hacia arriba?.
48) ¿Qué es superficie libre de un líquido?.
49) ¿Qué propiedades se cumplen en los vasos comunicantes?.
50) En un tubo en "U" se coloca agua y nafta, las alturas alcanzadas son 52 cm y 74 cm respectivamente, ¿cuál es el densidad de la nafta?.
Respuesta: 0,7 g/cm ³
51) En un tubo en "U" de sección uniforme, se coloca mercurio y agua. Si el desnivel del mercurio es de 3,4 cm, ¿cuál es la altura del agua en la otra rama?.
Respuesta: 46,24 cm
52) Si en un tubo en "U" se coloca agua y luego se vierte un líquido que provoca un desnivel de agua de 22 cm y 29 cm del otro líquido, ¿cuál es el peso específico de ese líquido?.
Respuesta:0,00735 N/cm ³
53) Un cuerpo ejerce una presión de 35 bar, si pesa 200 N, ¿cuánto vale la superficie de apoyo?.
Respuesta: 5,7142 m ²
54) Si un cubo de hierro de 30 cm de lado está apoyado sobre una mesada, ¿qué presión ejerce? (δ = 7,8 g/cm ³).
Respuesta: 22947,6 bar
55) El radio del émbolo menor de una prensa es de 4 cm, si sobre él se aplica una fuerza de 60 N se obtiene en el otro émbolo una de 300 N, ¿cuál es el radio de éste émbolo?.
Respuesta: 10,9 cm
56) Sobre el émbolo menor de una prensa se aplica una fuerza de 50 N, si en el otro se obtiene una de 1000 N, ¿cuál es la relación entre los radios de los émbolos?.
Respuesta:1/20
57) Un cuerpo de 10 N es sumergido en agua, si el volumen es de 0,2 dm ³, ¿cuál es el empuje que recibe y cuál su peso aparente?.
Respuesta: 2 N y 8 N
58) Un cuerpo tiene un volumen de 45 dm ³, si su peso específico es de 2,7gf/cm ³, ¿cuál es el empuje que recibe sumergido en agua y su peso aparente?.
Respuesta: 750 N y 441 N
59) Un cuerpo pesa en el aire 20 N y su volumen es de 12 cm ³, se sumerge en líquido donde pesa 18 N. ¿Cuál es la densidad del líquido?.
Respuesta: 1,75 g/cm ³
60) Un cuerpo pesa en el aire 18 N y en el agua 13 N, ¿cuál es su densidad?.
Respuesta: 3,6 g/cm ³
61) Enuncie el principio de Pascal.
62) ¿Qué es la hidrostática y la presión hidrostática?.
63) ¿A qué es igual la presión de abajo hacia arriba?.
64) ¿Qué es superficie libre de un líquido?.
65) ¿Qué propiedades se cumplen en los vasos comunicantes?.
66) Determinar la presión ejercida por una fuerza de 12 kgf aplicada a una superficie de 1,5 m ². Expresar el resultado en: kgf/m ², Pa y bar.
Respuesta: 8 kgf/m ²; 78,4 Pa y 0,000784 bar
67) Determinar la presión que ejerce un prisma de aluminio de 42 cm de altura y 35 cm ² de base (ρ = 2,7 gf/cm ³).
Respuesta: 11341 kgf/m ²
68) Determinar en cuál de los siguientes casos se provoca mayor presión:
a) Una fuerza de 6 kgf sobre una superficie de 2 cm ².
b) Una fuerza de 90 kgf sobre una superficie de 30 cm ².
Respuesta: son iguales
69) Un prisma de cemento peso 2500 N y ejerce una presión de 125 Pa, ¿cuál es la superficie de su base?.
Respuesta: 20 m ²
70) Un tanque cilíndrico de 1,2 m de radio y 6 m de alto, pesa 4500 N. Se lo llena hasta 2/3 partes con aceite
(densidad 0,92 g/cm ³), determinar:
a) La presión que ejerce el tanque.
b) La presión que ejerce el aceite en el fondo del tanque.
Respuesta: a) 37095,5 Pa b) 36100,8 Pa
71) En un recipiente cilíndrico de 10 cm de radio y 26 cm de alto se vierte mercurio hasta ¼ parte. El resto se llena con agua
(δ Hg = 13,56 g/cm ³), determinar:
a) La presión sobre el fondo.
b) La presión del agua sobre el mercurio.
c) La presión a los 2 cm de profundidad.
d) La presión a los 22 cm de profundidad.
Respuesta: a) 10559,48 Pa b) 1912,95 Pa c) 196,2 Pa d) 5238,54 Pa
72) ¿Qué es presión y cuales son sus unidades?.
73) ¿Qué diferencia puede indicar entre sólidos y líquidos respecto de fuerza y presión?.
74) ¿Cómo son las presiones en las paredes de un recipiente?.
75) ¿Qué es superficie libre de un líquido?.
76) ¿Qué son vasos comunicantes?.
77) ¿Cuáles son las condiciones de equilibrio para un solo líquido en los vasos comunicantes?.
78) ¿Cuáles son las condiciones de equilibrio para dos líquido en los vasos comunicantes?.
79) ¿Cómo puede modificarse la presión que un cuerpo, debido a su peso, ejerce sobre una superficie?.
80) ¿Por qué es mejor usar raquetas para caminar sobre la nieve?.
Actividad 5: cuestionario 5º año
1) ¿Por qué no es posible cargar fácilmente una barra de metal si se la sostiene con la mano y si es posible hacerlo en caso de tener un mango aislante?
2) ¿Cómo se carga una persona que pierde electrones mientras camina?
3) ¿Por qué se dice que la fuerza eléctrica es más poderosa que la gravitatoria?
4) ¿Cómo varía la fuerza entre dos partículas cargadas si su distancia se triplica?
5) ¿Con qué signo se carga un pararrayos si se acerca una nube cargada en forma negativa? ¿Por qué?
6) ¿Por qué es importante que la carga de prueba sea pequeña para definir la medida del campo eléctrico?
7) Se frota una varilla de vidrio y ésta se carga en forma positiva. Si atrae a un objeto, ¿es suficiente para afirmar que el objeto tiene carga negativa?
8) ¿Cuánto vale la resistencia equivalente a dos resistencias de 4 Ω cuando se conectan en serie? ¿Y cuando se conectan en paralelo?
9) ¿Por qué Volta apiló varios discos en lugar de usar solo dos?
10) ¿Cuál es la resistencia de un artefacto eléctrico si circula una corriente de 15 amperes cuando está conectada a 220 volt?
11) ¿Por qué si estamos aislados disminuye el peligro al cambiar una lamparita eléctrica?
12) ¿Tienen peligro de sufrir descargas eléctricas los pasajeros de un avión que vuela en medio de una tormenta eléctrica?
13) ¿Por qué el kwh es una unidad de energía y no de potencia?
14) Un aparato de mayor potencia, ¿consume necesariamente más energía?
15) ¿A qué distancia deberían estar separados dos protones para que la fuerza de repulsión entre ambos sea igual a su peso? (La masa del protón es aproximadamente 1,7 . 10^(-27) kg y su carga es de 1,6 . 10^(-19) C)
16) La fuerza de atracción entre dos esferas cargadas es de 5,4 . 10^(-3) N. Si la distancia que las separa es de 1 cm, y una de ellas está cargada con 3 . 10^(-8) C, ¿cuál es el valor de la carga de la segunda esfera?
17) ¿Cuál es la intensidad de la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales de +12 . 10^(-8) C y de -8 . 10^(-8) C, si se encuentran separadas 15 cm una de otra?
18) Para que la intensidad de una corriente sea de 13.6 mA, ¿cuánta carga debe atravesar la sección del conductor en un segundo?
19) ¿Cuál deberá ser el largo de un cable conductor de cobre de 2 cm de diámetro para tener una resistencia de 2 Ω? (la resistividad del cobre es de 1,72 . 10^(-8) Ωm)
20) ¿cuánta energía eléctrica requiere en un mes un televisor de 80 W que funcione durante 4 horas todos los días?
21) Por un cable de 0,20 Ω circula una corriente de 10 A. ¿Cuánto vale la potencia desprendida por el calentamiento?
22) Una plancha de 1200 W se conecta a una línea eléctrica domiciliaria de 220 V protegida con una llave térmica que se desconecta cuando pasa una corriente superior a 10 A. ¿Logrará funcionar?
24) ¿En qué sentido podría afirmarse que el polo norte de un imán señala al polo sur de la Tierra?
25) ¿Por qué las brújulas necesitan haber sido magnetizadas para señalar al norte terrestre y en cambio las limaduras de hierro lo necesitan para señalar el norte de un imán?
26) ¿Existen fuerzas magnéticas entre los polos de un imán?
27) ¿Por qué un imán puede atraer unos clips metálicos y no unos plásticos?
28) ¿Por qué la agitación térmica puede hacer perder las propiedades magnéticas a un imán?
29) ¿Siempre que una carga eléctrica ingresa a un campo magnético experimenta una desviación lateral?
30) ¿Qué es más conveniente para lograr el mayor efecto magnético en el interior de una bobina: apretar o estirar las espiras?
31) Una carga eléctrica que experimenta una aceleración en la misma dirección y sentido de su velocidad, ¿ha recibido la acción de un campo eléctrico o de uno magnético?
32) ¿Por qué es más difícil retirar un imán de dentro de una bobina cuando tiene muchas espiras que cuando tiene pocas?
33) ¿Por qué cuando se introduce un imán en una bobina la corriente circula en un sentido y, cuando se retira, en otro?
34) ¿Por qué un transformador solo funciona con corriente alterna?
35) ¿sobre qué bases es posible afirmar que el campo magnético estuvo invertido en varias oportunidades en el pasado del planeta?
36) ¿Cuánto valdrá el campo magnético en el interior de una bobina de 300 vueltas acomodadas de tal manera que el largo total es de 40 cm? La corriente que circula por ella es de 1,2 A y no se le coloca núcleo.
37) ¿Cuánto valdrá el campo en la bobina anterior si se le coloca un núcleo de un material cuya permeabilidad relativa es 1000?
38) Una bobina de 100 espiras cerradas de 4 cm de diámetro se mueve en relación a un campo magnético de tal manera que su flujo disminuye a razón de 4 . 10^(-5) Wb cada 0,05 segundos. ¿Cuánto vale la fem inducida?
39) Una bobina formada por 10 espiras cuadradas de 10 cm de lado está ubicada de tal manera que un campo magnético de 0,2 T resulta perpendicular a ella. Gira en 0,1 segundo hasta ponerse paralela al campo, por lo que el flujo se hace cero. Calculen la fuerza electromotriz inducida durante el giro.
40) El flujo en una bobina de 400 vueltas que se mueve en un campo magnético cambia de 1,4 . 10^(-2) weber a 0,4 . 10^(-2) weber en 0,05 segundos. ¿Cuánto vale su fem inducida?
41) Se dispone de una bobina que se puede mover barriendo las líneas del campo magnético terrestre. ¿Cuáles serían las condiciones experimentales para lograr que un amperímetro conectado a la bobina registre alguna lectura?
42) ¿Cómo cambia la fem inducida por la bobina anterior si se aumenta al doble la velocidad con que gira la bobina?
43) Se desea transformar la tensión de 220 V de la red domiciliaria a 110 V requerida por un aparato. ¿Cómo sería la relación entre el número de vueltas de la bobina de entrada y de salida en el transformador que habría que utilizar para que el aparato funcionara adecuadamente?
2) ¿Cómo se carga una persona que pierde electrones mientras camina?
3) ¿Por qué se dice que la fuerza eléctrica es más poderosa que la gravitatoria?
4) ¿Cómo varía la fuerza entre dos partículas cargadas si su distancia se triplica?
5) ¿Con qué signo se carga un pararrayos si se acerca una nube cargada en forma negativa? ¿Por qué?
6) ¿Por qué es importante que la carga de prueba sea pequeña para definir la medida del campo eléctrico?
7) Se frota una varilla de vidrio y ésta se carga en forma positiva. Si atrae a un objeto, ¿es suficiente para afirmar que el objeto tiene carga negativa?
8) ¿Cuánto vale la resistencia equivalente a dos resistencias de 4 Ω cuando se conectan en serie? ¿Y cuando se conectan en paralelo?
9) ¿Por qué Volta apiló varios discos en lugar de usar solo dos?
10) ¿Cuál es la resistencia de un artefacto eléctrico si circula una corriente de 15 amperes cuando está conectada a 220 volt?
11) ¿Por qué si estamos aislados disminuye el peligro al cambiar una lamparita eléctrica?
12) ¿Tienen peligro de sufrir descargas eléctricas los pasajeros de un avión que vuela en medio de una tormenta eléctrica?
13) ¿Por qué el kwh es una unidad de energía y no de potencia?
14) Un aparato de mayor potencia, ¿consume necesariamente más energía?
15) ¿A qué distancia deberían estar separados dos protones para que la fuerza de repulsión entre ambos sea igual a su peso? (La masa del protón es aproximadamente 1,7 . 10^(-27) kg y su carga es de 1,6 . 10^(-19) C)
16) La fuerza de atracción entre dos esferas cargadas es de 5,4 . 10^(-3) N. Si la distancia que las separa es de 1 cm, y una de ellas está cargada con 3 . 10^(-8) C, ¿cuál es el valor de la carga de la segunda esfera?
17) ¿Cuál es la intensidad de la fuerza de interacción entre dos cargas puntuales de +12 . 10^(-8) C y de -8 . 10^(-8) C, si se encuentran separadas 15 cm una de otra?
18) Para que la intensidad de una corriente sea de 13.6 mA, ¿cuánta carga debe atravesar la sección del conductor en un segundo?
19) ¿Cuál deberá ser el largo de un cable conductor de cobre de 2 cm de diámetro para tener una resistencia de 2 Ω? (la resistividad del cobre es de 1,72 . 10^(-8) Ωm)
20) ¿cuánta energía eléctrica requiere en un mes un televisor de 80 W que funcione durante 4 horas todos los días?
21) Por un cable de 0,20 Ω circula una corriente de 10 A. ¿Cuánto vale la potencia desprendida por el calentamiento?
22) Una plancha de 1200 W se conecta a una línea eléctrica domiciliaria de 220 V protegida con una llave térmica que se desconecta cuando pasa una corriente superior a 10 A. ¿Logrará funcionar?
24) ¿En qué sentido podría afirmarse que el polo norte de un imán señala al polo sur de la Tierra?
25) ¿Por qué las brújulas necesitan haber sido magnetizadas para señalar al norte terrestre y en cambio las limaduras de hierro lo necesitan para señalar el norte de un imán?
26) ¿Existen fuerzas magnéticas entre los polos de un imán?
27) ¿Por qué un imán puede atraer unos clips metálicos y no unos plásticos?
28) ¿Por qué la agitación térmica puede hacer perder las propiedades magnéticas a un imán?
29) ¿Siempre que una carga eléctrica ingresa a un campo magnético experimenta una desviación lateral?
30) ¿Qué es más conveniente para lograr el mayor efecto magnético en el interior de una bobina: apretar o estirar las espiras?
31) Una carga eléctrica que experimenta una aceleración en la misma dirección y sentido de su velocidad, ¿ha recibido la acción de un campo eléctrico o de uno magnético?
32) ¿Por qué es más difícil retirar un imán de dentro de una bobina cuando tiene muchas espiras que cuando tiene pocas?
33) ¿Por qué cuando se introduce un imán en una bobina la corriente circula en un sentido y, cuando se retira, en otro?
34) ¿Por qué un transformador solo funciona con corriente alterna?
35) ¿sobre qué bases es posible afirmar que el campo magnético estuvo invertido en varias oportunidades en el pasado del planeta?
36) ¿Cuánto valdrá el campo magnético en el interior de una bobina de 300 vueltas acomodadas de tal manera que el largo total es de 40 cm? La corriente que circula por ella es de 1,2 A y no se le coloca núcleo.
37) ¿Cuánto valdrá el campo en la bobina anterior si se le coloca un núcleo de un material cuya permeabilidad relativa es 1000?
38) Una bobina de 100 espiras cerradas de 4 cm de diámetro se mueve en relación a un campo magnético de tal manera que su flujo disminuye a razón de 4 . 10^(-5) Wb cada 0,05 segundos. ¿Cuánto vale la fem inducida?
39) Una bobina formada por 10 espiras cuadradas de 10 cm de lado está ubicada de tal manera que un campo magnético de 0,2 T resulta perpendicular a ella. Gira en 0,1 segundo hasta ponerse paralela al campo, por lo que el flujo se hace cero. Calculen la fuerza electromotriz inducida durante el giro.
40) El flujo en una bobina de 400 vueltas que se mueve en un campo magnético cambia de 1,4 . 10^(-2) weber a 0,4 . 10^(-2) weber en 0,05 segundos. ¿Cuánto vale su fem inducida?
41) Se dispone de una bobina que se puede mover barriendo las líneas del campo magnético terrestre. ¿Cuáles serían las condiciones experimentales para lograr que un amperímetro conectado a la bobina registre alguna lectura?
42) ¿Cómo cambia la fem inducida por la bobina anterior si se aumenta al doble la velocidad con que gira la bobina?
43) Se desea transformar la tensión de 220 V de la red domiciliaria a 110 V requerida por un aparato. ¿Cómo sería la relación entre el número de vueltas de la bobina de entrada y de salida en el transformador que habría que utilizar para que el aparato funcionara adecuadamente?
Teoría 12: Fuerza electromotriz y Diferencia de potencial
Fuerza electromotriz y Diferencia de Potencial
Hoy en día se llama Diferencia de Potencial a lo que Ampere llamó Tensión Eléctrica y es la magnitud que determina la energía necesaria para mover una unidad de carga (sea cual sea la unidad que hayamos elegido para medirla) entre dos puntos o regiones del espacio entre los/las cuales haya que mover a dicha carga.
Desde Tales de Mileto hasta Galvani, el desarrollo de la electricidad se limitó a todos aquellos fenómenos observables, donde la electricidad era producida por frotamiento o, por algunas máquinas que producían carga eléctrica estática de diferentes signos, pero en cantidades pequeñas que producían flujos de ella de corta duración. Fue a partir de Alejandro Volta que se empezaron a generar corrientes eléctricas más estables y de más larga duración gracias a su invento La Pila Eléctrica.
Concepto de fuerza electromotriz:
Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.
A. Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia). Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (la batería en este caso). B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería.
Existen diferentes dispositivos capaces de suministrar energía eléctrica, entre los que podemos citar:
Pilas o baterías. Son las fuentes de FEM más conocidas del gran público. Generan energía eléctrica por medios químicos. Las más comunes y corrientes son las de carbón-zinc y las alcalinas, que cuando se agotan no admiten recarga. Las hay también de níquel-cadmio (NiCd), de níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y de ión de litio (Li-ión), recargables. En los automóviles se utilizan baterías de plomo-ácido, que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua destilada.
Máquinas electromagnéticas: Generan energía eléctrica utilizando medios magnéticos y mecánicos. Es el caso de las dinamos y generadores pequeños utilizados en vehículos automotores, plantas eléctricas portátiles y otros usos diversos, así como los de gran tamaño empleados en las centrales hidráulicas, térmicas y atómicas, que suministran energía eléctrica a industrias y ciudades.
Pequeño aerogenerador
Celdas fotovoltaicas o fotoeléctricas: Llamadas también celdas solares, transforman en energía eléctrica la luz natural del Sol o la de una fuente de luz artificial que incida sobre éstas. Su principal componente es el silicio (Si). Uno de los empleos más generalizados en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido automático de las luces del alumbrado público en las ciudades.
También se utilizan en el suministro de pequeñas cantidades de energía eléctrica para satisfacer diferentes necesidades en zonas apartadas hasta donde no llegan las redes del tendido de las grandes plantas generadoras. Las celdas fotovoltaicas se emplean también como fuente principal de abastecimiento de energía eléctrica en los satélites y módulos espaciales. Las hay desde el tamaño de una moneda hasta las del tamaño aproximado de un plato. Para obtener una tensión o voltaje más alto que el que proporciona una sola celda, se unen varias para formar un panel.
Termopares: Se componen de dos alambres de diferentes metales unidos por uno de sus extremos. Cuando reciben calor en el punto donde se unen los dos alambres, se genera una pequeña tensión o voltaje en sus dos extremos libres.
Entre algunas de las combinaciones de metales utilizadas para la fabricación de termopares podemos encontrar las siguientes: chromel-alumel (NiCr-NiAl), hierro-constantán (Fe-CuNi), chromel-constantán (NiCr-CuNi), cobre-constantán (Cu-CuNi), platino-rodio (Pt-Rh), etc.
Los termopares se utilizan mucho como sensores en diferentes equipos destinados a medir, fundamentalmente, temperaturas muy altas, donde se hace imposible utilizar termómetros comunes no aptos para soportar temperaturas que alcanzan los miles de grados.
Efecto piezoeléctrico: Propiedad de algunos materiales como el cristal de cuarzo de generar una pequeña diferencia de potencial cuando se ejerce presión sobre ellos.
Una de las aplicaciones prácticas de esa propiedad es captar el sonido grabado en los antiguos discos de vinilo por medio de una aguja de zafiro, que al deslizarse por los surcos del disco en movimiento convierten sus variaciones de vaivén en corriente eléctrica de audiofrecuencia de muy baja tensión o voltaje, que se puede amplificar y oír a un nivel mucho más alto.
Existe también un tipo de micrófono de cerámica, que igualmente convierte las variaciones de los sonidos que capta en corrientes de audiofrecuencia que pueden ser amplificadas, transmitidas o grabadas.
El efecto piezoeléctrico del cristal de cuarzo, por ejemplo, tiene también una función inversa, que es la de vibrar cuando en lugar de presionarlo le aplicamos una pequeña tensión o voltaje. En este caso la frecuencia de la vibración dependerá del valor de la tensión aplicada y del área que tenga el cristal sobre el cual se aplica. El uso práctico más conocido de esta variante del efecto piezoeléctrico está en los relojes de cuarzo, fijar la frecuencia de trabajo del microprocesador en los ordenadores, fijar las frecuencias de transmisión de las estaciones de radio, etc.
El valor de la fuerza electromotriz (FEM) o diferencia de potencial, coincide con la tensión o voltaje que se manifiesta en un circuito eléctrico abierto, es decir, cuando no tiene carga conectada y no existe, por tanto, circulación de corriente. La fuerza electromotriz se representa con la letra (E) y su unidad de medida es el volt (V). En algunos textos la tensión o voltaje puede aparecer representada también con la letra (U).
El término fuerza electromotriz se utiliza para referirse a la capacidad que tienen algunos aparatos para movilizar la carga eléctrica. Por ejemplo, las pilas, los acumuladores o baterías de automóvil, el generador o alternador de un automóvil o de una represa hidroeléctrica o de una planta termoeléctrica, las baterías solares de una nave espacial, los transformadores, son todos dispositivos o aparatos diseñados para poner la carga eléctrica en movimiento y se les llama fuentes de fuerza electromotriz.
Se supone que en su esencia, estos aparatos ejercen una fuerza sobre las cargas eléctricas y las ponen en movimiento, de allí el nombre de generadores de fuerza electromotriz. Sin embargo la magnitud de la fuerza electromotriz (f.e.m.) no se mide a través de la fuerza eléctrica sino por medio de la energía que estos aparatos utilizan para mover una unidad de carga.
Tipos de Fuentes de Fuerza electromotriz. Dependiendo del tipo de corriente eléctrica que pueden producir se clasifican en tres tipos:
a) Fuentes de Fuerza Electromotriz directa (C.D) como las pilas, acumuladores, baterías solares y otros que se mencionaran más adelante. En este caso la corriente que producen es de un valor constante dentro de un intervalo relativamente grande. Ejemplo de este tipo de fuentes se muestran en las fotografías siguientes.
b) Fuentes de Fuerza Electromotriz alterna (C.A) como los generadores eléctricos de los carros que son los encargados de proporcionar electricidad, cuando el vehículo está en funcionamiento o como las plantas generadoras de electricidad doméstica. Se diferencian de los anteriores por que la corriente que producen es variable en el tiempo, no sólo en magnitud sino también de dirección. Su funcionamiento esta apoyado en el principio de las Corrientes Inducidas descubierto por Faraday. En la figura siguiente se muestra una manera de inducir corrientes eléctricas alternas.
c) Fuentes de Fuerza Electromotriz variable no alterna. En este caso la corriente producida es variable, por ejemplo: el encendedor piezoeléctrico de la cocina produce una descarga eléctrica en el aire variable en intensidad y de muy corta duración.
Causas de la Fuerza Electromotriz.
Las causas de la Fuerza electromotriz son diversas, pero en cualquiera de ellas se genera una fuerza eléctrica que es capaz de mover cargas eléctricas.
a) Fuerza electromotriz por Frotamiento. Cuando se frota un peine de plástico se genera una carga eléctrica estática que produce fuerzas de atracción o repulsión sobre otras cargas, poniéndolas en movimiento si son libres de moverse.
b) Fuerza electromotriz por inducción. En este caso las cargas eléctricas se ponen en movimiento si se produce un campo magnético variable cerca de una bobina fija, o viceversa, se mueve una bobina cerca de un imán o electroimán. Un esquema de este sistema se muestra en la siguiente figura.
c) Fuerza electromotriz por presión. Algunos materiales como el cuarzo generan una fuerza electromotriz cuando son sometidos a presión. Algunos encendedores de cocina o para fumadores utilizan este principio.
d) Fuerza electromotriz por temperatura. Al calentar el punto de contacto de dos metales diferentes aparece una pequeña fuerza electromotriz, tal es el caso de los termopares como el que se ilustra en la figura.
Este aparato genera una fuerza electromotriz que aumenta al aumentar la temperatura.
e) Fuerza electromotriz por Radiación electromagnética. Cuando la Luz incide sobre determinados materiales (silicio, germanio) se produce una fuerza electromotriz dando lugar a aplicaciones importantes como el aprovechamiento de la energía solar por medio de baterías solares.
f) Fuerza electromotriz producida por reacciones químicas. Este es uno de los sistemas más populares y está basado en la invención de Volta. En este tipo de aplicación se necesitan dos electrodos sumergidos en un medio conductor. Tal es el caso de las pilas secas, las baterías para automóviles, las celdas de combustible y otras aplicaciones en las que una reacción química genera la fuerza electromotriz.
Diferencia de potencial. Cuando una fuente de fuerza electromotriz se conecta a un material cualquiera, se transmite su capacidad de tener en movimiento las cargas eléctricas, de tal manera que si el material hay cargas eléctricas, ellas serán puestas en movimiento en un camino cerrado denominado circuito eléctrico, estableciéndose así una Corriente Eléctrica.
La descripción de la corriente eléctrica dentro del material se hace a través de un concepto denominado potencial y está asociado con la posición dentro del material. Se dice que en un material conductor habrá corriente eléctrica si existe una diferencia de potencial o una tensión eléctrica entre dos puntos diferentes de él. La diferencia de potencial entre dos puntos de una región del espacio, se define de manera similar a la fuerza electromotriz, como el trabajo realizado sobre la unidad de carga eléctrica entre esos puntos.
En la práctica se mide por diferentes métodos y equipos, el más común, utilizado por los electricistas o en los laboratorios, es el voltímetro, el cual viene generalmente integrado con medidores de resistencia y corriente eléctrica.
Hoy en día se llama Diferencia de Potencial a lo que Ampere llamó Tensión Eléctrica y es la magnitud que determina la energía necesaria para mover una unidad de carga (sea cual sea la unidad que hayamos elegido para medirla) entre dos puntos o regiones del espacio entre los/las cuales haya que mover a dicha carga.
Desde Tales de Mileto hasta Galvani, el desarrollo de la electricidad se limitó a todos aquellos fenómenos observables, donde la electricidad era producida por frotamiento o, por algunas máquinas que producían carga eléctrica estática de diferentes signos, pero en cantidades pequeñas que producían flujos de ella de corta duración. Fue a partir de Alejandro Volta que se empezaron a generar corrientes eléctricas más estables y de más larga duración gracias a su invento La Pila Eléctrica.
Concepto de fuerza electromotriz:
Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.
A. Circuito eléctrico abierto (sin carga o resistencia). Por tanto, no se establece la circulación de la corriente eléctrica desde la fuente de FEM (la batería en este caso). B. Circuito eléctrico cerrado, con una carga o resistencia acoplada, a través de la cual se establece la circulación de un flujo de corriente eléctrica desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de FEM o batería.
Existen diferentes dispositivos capaces de suministrar energía eléctrica, entre los que podemos citar:
Pilas o baterías. Son las fuentes de FEM más conocidas del gran público. Generan energía eléctrica por medios químicos. Las más comunes y corrientes son las de carbón-zinc y las alcalinas, que cuando se agotan no admiten recarga. Las hay también de níquel-cadmio (NiCd), de níquel e hidruro metálico (Ni-MH) y de ión de litio (Li-ión), recargables. En los automóviles se utilizan baterías de plomo-ácido, que emplean como electrodos placas de plomo y como electrolito ácido sulfúrico mezclado con agua destilada.
Máquinas electromagnéticas: Generan energía eléctrica utilizando medios magnéticos y mecánicos. Es el caso de las dinamos y generadores pequeños utilizados en vehículos automotores, plantas eléctricas portátiles y otros usos diversos, así como los de gran tamaño empleados en las centrales hidráulicas, térmicas y atómicas, que suministran energía eléctrica a industrias y ciudades.
Pequeño aerogenerador
Celdas fotovoltaicas o fotoeléctricas: Llamadas también celdas solares, transforman en energía eléctrica la luz natural del Sol o la de una fuente de luz artificial que incida sobre éstas. Su principal componente es el silicio (Si). Uno de los empleos más generalizados en todo el mundo de las celdas voltaicas es en el encendido automático de las luces del alumbrado público en las ciudades.
También se utilizan en el suministro de pequeñas cantidades de energía eléctrica para satisfacer diferentes necesidades en zonas apartadas hasta donde no llegan las redes del tendido de las grandes plantas generadoras. Las celdas fotovoltaicas se emplean también como fuente principal de abastecimiento de energía eléctrica en los satélites y módulos espaciales. Las hay desde el tamaño de una moneda hasta las del tamaño aproximado de un plato. Para obtener una tensión o voltaje más alto que el que proporciona una sola celda, se unen varias para formar un panel.
Termopares: Se componen de dos alambres de diferentes metales unidos por uno de sus extremos. Cuando reciben calor en el punto donde se unen los dos alambres, se genera una pequeña tensión o voltaje en sus dos extremos libres.
Entre algunas de las combinaciones de metales utilizadas para la fabricación de termopares podemos encontrar las siguientes: chromel-alumel (NiCr-NiAl), hierro-constantán (Fe-CuNi), chromel-constantán (NiCr-CuNi), cobre-constantán (Cu-CuNi), platino-rodio (Pt-Rh), etc.
Los termopares se utilizan mucho como sensores en diferentes equipos destinados a medir, fundamentalmente, temperaturas muy altas, donde se hace imposible utilizar termómetros comunes no aptos para soportar temperaturas que alcanzan los miles de grados.
Efecto piezoeléctrico: Propiedad de algunos materiales como el cristal de cuarzo de generar una pequeña diferencia de potencial cuando se ejerce presión sobre ellos.
Una de las aplicaciones prácticas de esa propiedad es captar el sonido grabado en los antiguos discos de vinilo por medio de una aguja de zafiro, que al deslizarse por los surcos del disco en movimiento convierten sus variaciones de vaivén en corriente eléctrica de audiofrecuencia de muy baja tensión o voltaje, que se puede amplificar y oír a un nivel mucho más alto.
Existe también un tipo de micrófono de cerámica, que igualmente convierte las variaciones de los sonidos que capta en corrientes de audiofrecuencia que pueden ser amplificadas, transmitidas o grabadas.
El efecto piezoeléctrico del cristal de cuarzo, por ejemplo, tiene también una función inversa, que es la de vibrar cuando en lugar de presionarlo le aplicamos una pequeña tensión o voltaje. En este caso la frecuencia de la vibración dependerá del valor de la tensión aplicada y del área que tenga el cristal sobre el cual se aplica. El uso práctico más conocido de esta variante del efecto piezoeléctrico está en los relojes de cuarzo, fijar la frecuencia de trabajo del microprocesador en los ordenadores, fijar las frecuencias de transmisión de las estaciones de radio, etc.
El valor de la fuerza electromotriz (FEM) o diferencia de potencial, coincide con la tensión o voltaje que se manifiesta en un circuito eléctrico abierto, es decir, cuando no tiene carga conectada y no existe, por tanto, circulación de corriente. La fuerza electromotriz se representa con la letra (E) y su unidad de medida es el volt (V). En algunos textos la tensión o voltaje puede aparecer representada también con la letra (U).
El término fuerza electromotriz se utiliza para referirse a la capacidad que tienen algunos aparatos para movilizar la carga eléctrica. Por ejemplo, las pilas, los acumuladores o baterías de automóvil, el generador o alternador de un automóvil o de una represa hidroeléctrica o de una planta termoeléctrica, las baterías solares de una nave espacial, los transformadores, son todos dispositivos o aparatos diseñados para poner la carga eléctrica en movimiento y se les llama fuentes de fuerza electromotriz.
Se supone que en su esencia, estos aparatos ejercen una fuerza sobre las cargas eléctricas y las ponen en movimiento, de allí el nombre de generadores de fuerza electromotriz. Sin embargo la magnitud de la fuerza electromotriz (f.e.m.) no se mide a través de la fuerza eléctrica sino por medio de la energía que estos aparatos utilizan para mover una unidad de carga.
Tipos de Fuentes de Fuerza electromotriz. Dependiendo del tipo de corriente eléctrica que pueden producir se clasifican en tres tipos:
a) Fuentes de Fuerza Electromotriz directa (C.D) como las pilas, acumuladores, baterías solares y otros que se mencionaran más adelante. En este caso la corriente que producen es de un valor constante dentro de un intervalo relativamente grande. Ejemplo de este tipo de fuentes se muestran en las fotografías siguientes.
b) Fuentes de Fuerza Electromotriz alterna (C.A) como los generadores eléctricos de los carros que son los encargados de proporcionar electricidad, cuando el vehículo está en funcionamiento o como las plantas generadoras de electricidad doméstica. Se diferencian de los anteriores por que la corriente que producen es variable en el tiempo, no sólo en magnitud sino también de dirección. Su funcionamiento esta apoyado en el principio de las Corrientes Inducidas descubierto por Faraday. En la figura siguiente se muestra una manera de inducir corrientes eléctricas alternas.
c) Fuentes de Fuerza Electromotriz variable no alterna. En este caso la corriente producida es variable, por ejemplo: el encendedor piezoeléctrico de la cocina produce una descarga eléctrica en el aire variable en intensidad y de muy corta duración.
Causas de la Fuerza Electromotriz.
Las causas de la Fuerza electromotriz son diversas, pero en cualquiera de ellas se genera una fuerza eléctrica que es capaz de mover cargas eléctricas.
a) Fuerza electromotriz por Frotamiento. Cuando se frota un peine de plástico se genera una carga eléctrica estática que produce fuerzas de atracción o repulsión sobre otras cargas, poniéndolas en movimiento si son libres de moverse.
b) Fuerza electromotriz por inducción. En este caso las cargas eléctricas se ponen en movimiento si se produce un campo magnético variable cerca de una bobina fija, o viceversa, se mueve una bobina cerca de un imán o electroimán. Un esquema de este sistema se muestra en la siguiente figura.
c) Fuerza electromotriz por presión. Algunos materiales como el cuarzo generan una fuerza electromotriz cuando son sometidos a presión. Algunos encendedores de cocina o para fumadores utilizan este principio.
d) Fuerza electromotriz por temperatura. Al calentar el punto de contacto de dos metales diferentes aparece una pequeña fuerza electromotriz, tal es el caso de los termopares como el que se ilustra en la figura.
Este aparato genera una fuerza electromotriz que aumenta al aumentar la temperatura.
e) Fuerza electromotriz por Radiación electromagnética. Cuando la Luz incide sobre determinados materiales (silicio, germanio) se produce una fuerza electromotriz dando lugar a aplicaciones importantes como el aprovechamiento de la energía solar por medio de baterías solares.
f) Fuerza electromotriz producida por reacciones químicas. Este es uno de los sistemas más populares y está basado en la invención de Volta. En este tipo de aplicación se necesitan dos electrodos sumergidos en un medio conductor. Tal es el caso de las pilas secas, las baterías para automóviles, las celdas de combustible y otras aplicaciones en las que una reacción química genera la fuerza electromotriz.
Diferencia de potencial. Cuando una fuente de fuerza electromotriz se conecta a un material cualquiera, se transmite su capacidad de tener en movimiento las cargas eléctricas, de tal manera que si el material hay cargas eléctricas, ellas serán puestas en movimiento en un camino cerrado denominado circuito eléctrico, estableciéndose así una Corriente Eléctrica.
La descripción de la corriente eléctrica dentro del material se hace a través de un concepto denominado potencial y está asociado con la posición dentro del material. Se dice que en un material conductor habrá corriente eléctrica si existe una diferencia de potencial o una tensión eléctrica entre dos puntos diferentes de él. La diferencia de potencial entre dos puntos de una región del espacio, se define de manera similar a la fuerza electromotriz, como el trabajo realizado sobre la unidad de carga eléctrica entre esos puntos.
En la práctica se mide por diferentes métodos y equipos, el más común, utilizado por los electricistas o en los laboratorios, es el voltímetro, el cual viene generalmente integrado con medidores de resistencia y corriente eléctrica.
Actividad 4: Problemas de Estática
1) Calcular para la fuerza F y tomando 1 cm = 5 N:
F= 40 N
forma un ángulo de 50º con la horizontal
a) Hallar gráficamente las componentes horizontal y vertical.
b) Verificar analíticamente.
Respuesta: a) 25,7 N y 30,6 N
2) Un bloque se arrastra hacia arriba por un plano inclinado 20° sobre la horizontal con una fuerza F que forma un ángulo de 30° con el plano. Determinar:
a) El valor de F para que su componente Fx paralela al plano sea de 16 N.
b) El valor de la componente Fy perpendicular al plano.
Respuesta: a) 18,5 N
b) 9,2 N
3) Utilizando el método de descomposición rectangular, hallar la resultante y el ángulo que forma con la dirección positiva del eje x, de las siguientes fuerzas:
- 200 N en el eje x dirigida hacia la derecha
- 300 N, 60° por encima del eje x, hacia la derecha
- 100 N, 45° sobre el eje x, hacia la derecha
- 200 N en la dirección negativa del eje y
Respuesta: 308 N y 25°
4) Dos fuerzas F1 y F2 actúan sobre un punto, F1es de 8 N y su dirección forma un ángulo de 60° por encima del eje x en el primer cuadrante, F2 es de 5 N y su dirección forma un ángulo de 53° por debajo del eje x en el cuarto cuadrante, determinar:
a) Las componentes de la resultante.
b) La magnitud de la resultante.
c) La magnitud de la diferencia F1 - F2.
Respuesta: a) 7,01 N y 2,93 N
b) 7,6 N
c) 11 N
5) Dos hombres y un muchacho quieren empujar un bloque en la dirección x de la figura, los hombres empujan con las fuerzas F1 y F2.
a) ¿qué fuerza mínima deberá emplear el muchacho para lograr el cometido?.
b) ¿qué dirección tendrá dicha fuerza?.
F1= 100 N forma un ángulo de 60º con la horizontal
F2= 80 N forma un ángulo de -30º con la horizontal
Respuesta:a) 46,6 N b) perpendicular a x
6) Dos pesos de 10 N están suspendidos en los extremos de una cuerda que pasa por una polea ligera sin rozamiento. La polea está sujeta a una cadena que cuelga del techo. Determinar:
a) La tensión de la cuerda.
b) La tensión de la cadena.
Respuesta: a) 10 N b) 20 N
7) ¿Puede estar un cuerpo en equilibrio cuando sobre él actúa una fuerza?.
8) Un globo se mantiene en el aire sin ascender ni descender. ¿Está en equilibrio?, ¿qué fuerzas actúan sobre él?.
F= 40 N
forma un ángulo de 50º con la horizontal
a) Hallar gráficamente las componentes horizontal y vertical.
b) Verificar analíticamente.
Respuesta: a) 25,7 N y 30,6 N
2) Un bloque se arrastra hacia arriba por un plano inclinado 20° sobre la horizontal con una fuerza F que forma un ángulo de 30° con el plano. Determinar:
a) El valor de F para que su componente Fx paralela al plano sea de 16 N.
b) El valor de la componente Fy perpendicular al plano.
Respuesta: a) 18,5 N
b) 9,2 N
3) Utilizando el método de descomposición rectangular, hallar la resultante y el ángulo que forma con la dirección positiva del eje x, de las siguientes fuerzas:
- 200 N en el eje x dirigida hacia la derecha
- 300 N, 60° por encima del eje x, hacia la derecha
- 100 N, 45° sobre el eje x, hacia la derecha
- 200 N en la dirección negativa del eje y
Respuesta: 308 N y 25°
4) Dos fuerzas F1 y F2 actúan sobre un punto, F1es de 8 N y su dirección forma un ángulo de 60° por encima del eje x en el primer cuadrante, F2 es de 5 N y su dirección forma un ángulo de 53° por debajo del eje x en el cuarto cuadrante, determinar:
a) Las componentes de la resultante.
b) La magnitud de la resultante.
c) La magnitud de la diferencia F1 - F2.
Respuesta: a) 7,01 N y 2,93 N
b) 7,6 N
c) 11 N
5) Dos hombres y un muchacho quieren empujar un bloque en la dirección x de la figura, los hombres empujan con las fuerzas F1 y F2.
a) ¿qué fuerza mínima deberá emplear el muchacho para lograr el cometido?.
b) ¿qué dirección tendrá dicha fuerza?.
F1= 100 N forma un ángulo de 60º con la horizontal
F2= 80 N forma un ángulo de -30º con la horizontal
Respuesta:a) 46,6 N b) perpendicular a x
6) Dos pesos de 10 N están suspendidos en los extremos de una cuerda que pasa por una polea ligera sin rozamiento. La polea está sujeta a una cadena que cuelga del techo. Determinar:
a) La tensión de la cuerda.
b) La tensión de la cadena.
Respuesta: a) 10 N b) 20 N
7) ¿Puede estar un cuerpo en equilibrio cuando sobre él actúa una fuerza?.
8) Un globo se mantiene en el aire sin ascender ni descender. ¿Está en equilibrio?, ¿qué fuerzas actúan sobre él?.
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