banco de preguntas variadas de fisica

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE FISICA CURSO PREFACULTATIVO II - 2011

Ref: Alonso FINN Tomo I, Cartilla Lic. Remberto Portugal, Física General Shaum. Elaborado: Msc. Lic. Ivan E. Fuentes M. - Ing. Mauricio L. Ponce de Leon - Lic. Vladimir G. Alanes G. - Ing. Ronald E. Patiño T.

1

PRACTICA DE PROBLEMAS AREA FISICA

2do EXAMEN PARCIAL

1 Una esfera de 0.5 Kg se desliza sobre un alambre curvo a partir del reposo en el punto A como se observa en la figura, el segmento que va de A a B no tiene fricción, el segmento d B a C es áspero. a) Hallar la rapidez de la esfera en B. b) Si la esfera llega al reposo en C calcular el trabajo realizado en ir de B a C. c) Cual es el trabajo neto realizado por las fuerzas no conservativas para ir de A a C.

2 Con los siguientes datos: m = 10[Kg], g = 10[m/s2], AD =0.3, el ángulo es de 60º con al horizontal

Determinar: a) ¿Qué distancia total en [cm] recorre hasta que se detiene?, b) ¿Con que velocidad llegara al punto “C” el cual se encuentra a la mitad de distancia “BD”?.

A

B D

60º

C 3 La velocidad de sustentación de un avión es de 144[km/h] y su masa es de 15000[Kg]. Si de dispone de

una pista de 1000[m], la potencia mínima en [kW] que debe desarrollar el motor para que el avión pueda despegar es:

a) 24 b) 240 c) 2400 d) 2.4 Ninguno 4 Dos esferillas iguales e igualmente cargadas con q = 16x10-6[C] se suspenden del mismo punto mediante

hilos de 50[cm] de longitud. Debido a la repulsión entre ambas, se separan 80[cm]. Hallar el peso de cada una de las esferillas.

a) 2.5[N] b) 2.7[N] c) 3.0[N] d) 2.4[N] e) Ninguno

5 Hallar la intensidad del campo eléctrico en el punto “A”, si las cargas: q1 = q3 = - 24x10-12 [C] y

q2 = + 6x10-12, r1 = 12[cm]. a) 40[N/C] b) 50[N/C] c) 30[N/C] d) 0[N/C] e) Ninguno



2

q1

A

30º 30º

q2 q3

r1

6 Hallar la intensidad del campo eléctrico en el centro de un cuadrado si en sus vértices se sitúan las cargas

q1 = q3 = 7.6x10 - 12[C], q2 = - 4x10 - 12[C], q4 = 10x10 - 12[C], L = 6[cm].

a) 70[N/C] b) 60[N/C] c) 55[N/C] d) 85[N/C] e) Ninguno

7 Determinar el potencial absoluto para cada una de las siguientes distancias, medidas desde una carga de

+ 2[µC]: r1 = 10[cm], y r2 = 50[cm]. ¿Cuánto trabajo se requiere para mover una carga de 0.05[µC] desde r2 hasta r1?. R.: 1.8x10 - 5[V] ; 36[kV] ; 7.2[mJ].

8 En la siguiente figura la carga “A” tiene + 200[pC], mientras que la carga en “B” es de - 100[pC]

a) Calcular el potencial absoluto en los puntos “C” y “D”. R.: - 2.25[V] ; + 7.88[V] b) ¿Cuánto trabajo se debe hacer para llevar una carga de + 500[C] desde el punto “C” al punto “D”?.

R.: 5.06[mJ]

A B D C 20 [cm] 60 [cm] 20 [cm]

+ 200[ pC] - 100[ pC]

9 En la siguiente figura la intensidad de campo E = 2[kV/m] y d = 5[mm]. Se dispara un protón desde la

placa “B” hacia la placa “A” con una rapidez de 100[km/s]. ¿Cuál será su rapidez un instante antes de golpear a la placa “A”?. R.: 89.91[km/s]

+

-

-

-

-

EB

+

+

+

A

d

10 Las siguientes cargas puntuales están colocadas sobre el eje “x”: q1 = + 2[C] en x = 20[cm], q2 = -

3[C] en x = 30[cm] y q3 = - 4[C] en x = 40[cm]. Encontrar el potencial absoluto en x = 0[m] 11 La combinación en serie de los dos capacitores que se muestran en la siguiente figura está conectada a

una diferencia de potencial de 1000[V]. A partir de dicha información se pide: a) Calcular la capacitancia equivalente. R.: 2[pF]



3

b) La magnitud de las cargas en cada capacitor. R.: 2[nC] c) La diferencia de potencial de cada capacitor. R.: 0.67[kV] ; 0.33[kV] d) La energía almacenada en cada capacitor y en la combinación.R.: 0.67[μJ] ; 0.33[μJ] ; 1[μJ]

V1

1000[V]

V2

C1 C2

3 [pF] 6 [pF]

+

+

+

+

-

-

-

-

12 La combinación de capacitores en paralelo que se muestran en la siguiente figura está conectada a una

fuente que suministra una diferencia de potencial de 120[V]. A partir de dicha información se pide: a) Calcular la capacitancia equivalente. R.: 8[pF] b) La cargas en cada capacitor. R.: 0.24 [nC] ; 0.72 [nC] c) La carga en la combinación. R.: 0.96 [nC]

C1

C2

2 [ pF ]

6 [ pF ]

+

+

+

+

-

-

-

-

+ -

120 [ V ] 13 Dos condensadores de 3[pF] y 6[pF], están conectados en serie y el conjunto se conecta a una fuente de

tensión de 100[V]. Hallar la capacitancia total del sistema en [pF] y la carga en el primer capacitor en Coulomb. a)2[pF]; 2x10-10[C] b) 3[pF]; 5x10-10[C] c) 4[pF]; 3x10-10[C] d) 2[pF]; 3x10-10[C] e) Ninguno

14 Cada una de las placas paralelas de un capacitor tiene un área de 200[cm2], y se encuentran separadas por un espacio de aire de 0.4 [cm]. Calcular su capacitancia. R.: 44.25[pF]

15 Cada una de las placas paralelas de un capacitor tiene un área de 200[cm2], y se encuentran separadas

por un espacio de aire de 0.4 [cm]. a) Calcular su capacitancia. R.: 44.25[pF] b) Si el capacitor está conectado a una fuente que suministra una diferencia de potencial de 500[V],

calcular la carga, la energía almacenada y el valor de la intensidad de campo entre las placas. R.: 22.13 [nC] ; 5.53 [J] ; 1.25x10 5[V/m]

c) Si un líquido con una constante K = 2.6 se vacía entre las placas para sustituir el aire ¿Qué carga adicional le suministrará al capacitor la fuente de 500[V].? R.: 35[nC]

16 Tres resistencias iguales se conectan en serie cuando se aplica cierta diferencia de potencial a la combinación, ésta consume una potencia total de 10[w]. ¿Qué potencia consumirá si las tres resistencias se colocan en paralelo a la misma diferencia de potencial? R.: 90[w] a) 60[w] b) 70[w]] c) 80[w] d) 90[w] e) Ninguno



4

17 En un circuito en serie simple circula una corriente de 5[A]. Cuando se añade una resistencia de 2[Ω] en serie, la corriente decae a 4[A]. ¿Cuál era la resistencia original del circuito en [Ω]?.

a) 16 b) 12 c) 8 d) 4 e) Ninguno 18 Un electrodoméstico toma 3[A] a 120[V]. Si el voltaje cae 10%, ¿cuál será la corriente en [A],

suponiendo que no cambie nada más? a) 2.1 b) 1.8 c) 2.7 d) 2.4 e) Ninguno

19 Por un alambre de cobre de sección circular cuyo radio es de 0.8 [mm] y de longitud de 628.32 [m] pasa

una corriente de 10[A]: ¿Cuál es la energía disipada durante 10[s]?. Resistividad del Cu :ρCu = 1.7x10-

8[Ωm] a) 8.52x103 [J] b) 5.31 x 103[J] c) 9.33 x 103[J] d) 9.55 x 103[J] e) Ninguno 20 Un alambre de 1000[m] de longitud y resistividad 1.7x10-8[Ωm], está conectado a una fuente de tensión

de 200[V]. ¿Cuál será el área de sección y su diámetro si queremos a través de ella atraviese una corriente de 10[A]? R.: 8.5x10-7[m2] ; 1.04[mm]

21 ¿Cuánta potencia, en hp, debe ser desarrollada por el motor de un automóvil de 1600 kg que avanza a 26 m/s en una carretera llana si las fuerzas de resistencia totalizan 720 N? R. 25hp 22 En una competencia de ciclismo, un competidor y su bicicleta tienen una masa total de 100 Kg. El ciclista puede desarrollar una potencia de 0,2 hp (149.14 w) de manera continua. Calcule la velocidad del ciclista subiendo un plano inclinado en 10o. Desprecie las perdidas por fricción. R. 0,876 m/s 23 Un motor eléctrico con una eficiencia del 60 % que requiere una energía suministrada de 1 K W esta subiendo un caja de 100 Kg a velocidad constante. Calcule el valor v de la velocidad de la caja moviéndose hacia arriba. R. 0.612 m/s 24 Un hombre que corre tiene la mitad de la energía cinética de un niño de la mitad de la masa que él posee. El hombre aumenta su velocidad a razón de 1.00 m/s y luego tiene la misma energía cinética que el niño. ¿Cuáles eran las velocidades originales del hombre y del niño? R. 2.41 m/s y 4.82 m/s 25 El teorema trabajo-energía tiene validez para las partículas a cualquier velocidad . ¿Cuánto trabajo debe efectuarse para aumentar la velocidad de un electrón desde el reposo (a) hasta 0.50c, (b) hasta 0.99c, y (c) hasta 0.999c? R. a) 79.1 keV, b) 3.11 MeV y c) 10.9 MeV 26 ¿Si el bloque en el diagrama se suelta desde la posición A, a qué altura hB en la posición B se detendrá momentáneamente antes de empezar a bajar? R. 1.46 m

10°

v0

hA=3 m hB

6

m=2 kg A

B

k=0.1

50º 40



5

27 Si la niña lanza la pelota con una velocidad horizontal de 8 pies/s, determine la distancia d de manera que la pelota rebote una vez en la superficie suave y después caiga en la taza en C. Tome e=0.8. R. 8.98 pies 28 Dos discos lisos A y B tienen las velocidades iniciales que se indican un instante antes de chocar en O. Si ambos tienen masas mA=10 kg y mB=8 kg, determine sus velocidades justo después del impacto. El coeficiente de restitución es 0.4. R. 6.47 m/s y 3.32 m/s 29 Ricardo, que tiene una masa de 78.4 kg, y Judith, quien pesa menos, se divierten al anochecer en un lago dentro de una canoa de 31.6 kg. Cuando la canoa está en reposo en aguas tranquilas, intercambian asientos, los cuales se hallan separados a una distancia de 2.93 m y simétricamente situados con respecto al centro de la canoa. Ricardo observa que la canoa se movió 41.2 cm con relación a un tronco sumergido y calcula la masa de Judith. ¿Cuál es esta masa? R. 55.2 kg 30 En cada vértice de un triangulo equilátero se colocan cargas eléctricas puntuales Q = 2 pC (igual valor y signo); determine la magnitud o intensidad del campo eléctrico resultante en el baricentro del triangulo de lado 2 cm. (Baricentro es el punto de intersección de las tres medianas de un triangulo. Mediana es el segmento comprendido entre un vértice y el punto medio del lado opuesto) a) 170 N/C b) 450 N/C c) 0 N/C d) 180 N/C e) Ninguno 31 Determine la carga eléctrica positiva en μC almacenada en una de las placas del condensador de 8 μF . a) 96 μC b) 84 μC c) 12 μC d) 72 μC e) Ninguno 32 En cada vértice de un triangulo equilátero se colocan cargas eléctricas puntuales Q = 2 pC (igual valor y signo); determine la magnitud o intensidad del campo eléctrico resultante en el baricentro del triangulo de lado 2 cm. (Baricentro es el punto de intersección de las tres medianas de un triangulo. Mediana es el segmento comprendido entre un vértice y el punto medio del lado opuesto) a) 170 N/C b) 450 N/C c) 0 N/C d) 180 N/C e) Ninguno 33 El potencial eléctrico provocado por una carga puntual Q a la distancia de 6 m es 240 V. Calcular el valor de Q. Considere K=9x109 N*m2/C2

a) 240x10-9 C b) 110x10-9 C c) 160x10-9 C d) 80x10-9 C e) Ninguno 34 En un sistema de coordenadas, una carga q1 = 7.0 μC está localizada en el origen y una segunda carga q2 = -5.0 μC esta sobre el eje de las x, a una distancia de 0.30 m del origen como muestra la figura. Determinar el valor de la magnitud del campo eléctrico en el punto P cuyas coordenadas son (0i;0.40j). a) 2.7x105 N/C b) 3.7x105 N/C c) 4.7x105 N/C d) 3.7x104 N/C e) Ninguno

d

B

A

C

3

B

vA=7 m/s

12

5

A

vB=3 m/s

8 μF 2 μF

4 μF 12 V



6

35 Dos condensadores de (primer capacitor) 3 pF y (segundo capacitor) 6 pF, están conectados en serie y el conjunto se conecta a una fuente de tensión de 100 V hallar la capacitancia total del sistema en pF y la carga en el primer capacitor en Coulomb. a) 2 pF; 2x10-10 C b) 2 pF; 2x10-10 C c) 2 pF; 2x10-10 C d) 2 pF; 2x10-10 C e) Ninguno 36 Para el circuito que se muestra a continuación determinar la corriente “I” a) 3 A b) 1.9 A c) 3.9 A d) 2.9 A e) Ninguno 37 Hallar el valor de la reacción normal de la pared vertical sobre la esfera cargada; se sabe que el sistema se encuentra en equilibrio y que todas las superficies son lisas. Considere que q2=4q1=40 μC el peso de la carga 1 es 10 N a) 20 N b) 40 N c) 70 N d) 80 N e) Ninguno 38 En los vértices de un cuadrado de 10 cm. De lado se han colocado cargas puntuales de 200 pC, -400 pC , 100 pC y -400 pC respectivamente (mantener el orden de la distribución de cargas). Determine la magnitud del campo eléctrico resultante en el centro del cuadrado. a) 170 N/C b) 450 N/C c) 720 N/C d) 180 N/C e) Ninguno 39 Si el sistema de condensadores que se muestra, almacena 1,6 milijoules; determine el valor de “C” a) 4 μF b) 3 μF c) 2 μF d) 1 μF e) Ninguno 40 En los vértices de un cuadrado se colocan consecutivamente 20 μC Q y 20 μC como muestra la figura. Cual debe ser el valor de Q en μC para que en el cuarto vértice (donde no existe carga eléctrica) el campo eléctrico resultante sea nulo. a) 240 μC b) 220 μC c) 230 μC d)

210 μC e) Ninguno 41 Determine la capacitancia equivalente en pF de la figura mostrada a) 0.5 pF b) 5 pF c) 2 pF d) 3.5 pF e) Ninguno

5 Ω

7 Ω 2 Ω

20 V 0.4 Ω

1 μF

C 40 V

C

20 cm

Q2 Q1 45º

+ +

1 pF 2 pF 2 pF

20 μC

20 μC

Q



7

42 Un bloque desciende deslizándose por la pista curva y lisa mostrada en la figura. Posteriormente asciende por un plano inclinado rugoso cuyo coeficiente de roce cinético es μc y donde θ es el ángulo de inclinación del plano. ¿Cuál es la altura máxima a la que asciende el bloque por el plano? Resp.: 43 El motor de un automóvil que se mueve sobre una carretera plana, debe vencer la resistencia del aire y debe hacer trabajo en deformar los neumáticos para que rueden (resistencia de la carretera). A 80 km/h las fuerzas efectivas para el avance debido a estos efectos son aproximadamente iguales. La resistencia de la carretera es esencialmente independiente de la velocidad, sin embargo, en vista que la resistencia del aire varía aproximadamente con el cuadrado de la velocidad. a) Encontrar el factor por el que la potencia entregada a los neumáticos será incrementado si la velocidad es el doble. b) Por que factor el número de millas por galón será reducido si la velocidad es el doble. Resp.: 5, 2/5 44 En una planta de cerveza, los envases viajan a lo largo de varias cintas transportadoras de una unidad a otra, como ser esterilizadores, abastecedores de cerveza, máquinas selladoras y etiquetadoras. En un punto una botella de masa m comienza desde el reposo y se desliza una distancia s hacia abajo sobre una rampa inclinada en una ángulo sobre la horizontal. Allí golpea a un resorte de constante de resorte k ¿Cuál es la compresión del resorte? m = 2 kg, k = 15 N/m, s = 5 m y = 35°. Resp.: 3.59 m 45 Un ingeniero está buscando diseñar un parachoques para camiones fuera de control que se sueltan sin control descendiendo por una pendiente muy pronunciada. Las especificaciones requieren frenar un camión de masa 25000 kg moviéndose a 24 m/s con una aceleración de frenado que no exceda 5g (donde g=9.8 m/s2). a) ¿Cuál es la constante del resorte requerido? b) ¿Cuánto será la deformación por compresión del resorte? c) ¿El diseño suena factible para Ud.? Resp.: 1.04x105 N/m, 11.8 m. 46 Una masa pequeña m, es soltada desde el reposo desde la cima de una superficie esférica sin fricción. ¿Con qué velocidad dejará de estar en contacto con la esfera de radio 20.6 m? Resp.: 11.6 m/s 47 Una maquina de Atwood consiste en dos masas m1 y m2 unidos por una cuerda ligera que pasa sobre una polea. Inicialmente la masa mas pesada esta situada a una distancia h sobre el piso. Las masas son soltadas desde el reposo. ¿A qué velocidad están moviéndose las masas cuando la mas pesada golpea el piso?. Aquí m1 = 4 kg, m2 = 6 kg y h2= 3 m. (La cuerda es lo suficientemente larga de tal manera que la masa menos pesada no alcanza la polea. Dispositivos como éste son usados en la construcción de elevadores). Resp.: 3.4 m/s 48 Una carga q1 = +4 µC (1 µC =10-6 C) está situado en el origen. Una carga q2 = +9 µC esta situado sobre el eje x en x = 4 m. ¿Dónde sobre el eje x puede ser colocada una carga negativa q3, de manera que la fuerza resultante sobre ésta es

cot1maxc

hy



8

cero? ¿Hay alguna posición fuera del eje x donde la fuerza sobre q3 sea cero? Resp.: 1.6 m; No 49 Tres cargas positivas idénticas son colocadas en los vértices de un triángulo equilátero de lado L. ¿Qué fuerza experimenta una de las cargas? Resp.: 50 Tres esferas pequeñas idénticas, cada una de masa m, son atadas a cuerdas ligeras de longitud L. Cada una de ellas tiene una carga q y están suspendidas desde un punto común ¿Qué ángulo forman cada una de las cuerdas con la vertical? m = 0.02 kg, L =0.10 m y q = 8x10-8 C. Resp.: 14.72° 51 En los vértices de un hexágono regular se colocan cargas eléctricas iguales de valor +q. ¿Que carga habrá que colocar en el centro del hexágono, para que todo este sistema de cargas permanezca en equilibrio? Resp.: - 1.83 q 52 Cien gotas esféricas pequeñas idénticas de mercurio están lo suficientemente cargadas para levantarlos a un potencial V1. Si todas las gotas se unen para formar una sola gota grande ¿Cuál será su potencial? Resp.: 21.5 V1 53 Los capacitores C1 = 5 µF y C2 = 8 µF están conectados en serie a través de una batería de 9 V. ¿Cuánta energía almacenan? Resp.: 1.25x10-4 J 54 Un capacitor de placas paralelas de 200 µF tiene una separación entre placas de 0.60 mm. Una hoja de papel (k = 3.7) de 0.15 mm de espesor es deslizado entre las placas. ¿Cuánto será entonces la capacitancia? Resp.: 244.63 µF 55 Un placa de aluminio de espesor L y área A es desplazado hacia el interior de un capacitor de placas paralelas con una separación entre placas d y área A, como se muestra en la figura. El aluminio esta a una distancia x de una de las placas. ¿Cuál es la capacitancia de este acomodamiento? Resp.: 56 Un capacitor de placas paralelas está llenado la mitad con un dieléctrico con k =2.5 ¿Qué fracción de la energía almacenada en el capacitor cargado es almacenada en el dieléctrico? Resp.: 0.71 58 Un alambre de tungsteno de diámetro 0.40 mm y longitud 40 cm es conectado a una fuente de poder de 36 V. ¿Cuál es la intensidad de la corriente a 20°C y a 800°C? En 20°C la resistividad del tungsteno es 5.6x10-8 Ωm y α = 4.5x10-3 (°C)-1. Resp.: 200 A, 44.4 A 59 Doce resistores idénticos de 1 Ω son conectados en forma de un cubo. ¿Cuál es la resistencia entre las terminales X y Y? Resp.: 5/6 Ω

2

23

L

kqF

Ld

A

0



9

60 ¿Cuál es la diferencia de potencial entre los puntos X y Y en este circuito? Resp.: 4.32 V 61 Encontrar la corriente y la potencia que suministra la fuente de 40 V en el circuito que se muestra en la figura. Resp.: 0.5 A, 20 W 62 ¿Cuál es la resistencia de la red infinita mostrada aquí? Resp.: 63 Una carga puntual positiva Q1 = 0.23 uC, se coloca a una distancia r=3.0 cm de otra carga también puntual pero negativa Q2 = - 0.60 uC a) suponiendo que Q1 y Q2 están en el aire Calcule el valor de la fuerza F1 que Q2 ejerce sobre Q1 b) Si las cargas estuvieran sumergidas en gasolina ¿Cuál seria la magnitud de la fuerza de atracción entre ellas? Resp: a) 1.38 N b) 0.60 N 64 Calcule la carga eléctrica total existente en 1 Kg de electrones Resp: 1.7 x10-11 C. 65 Una carga eléctrica repele un péndulo eléctrico, situado a 5cm de distancia, con cierta fuerza F para ejercer sobre el péndulo la misma fuerza F, una segunda carga debe estar a 10 cm de distancia sobre el ¿Esta segunda carga es mayor o menor que la primera ? ¿Cuántas veces? Resp: Cuatro veces mayor 66 Suponga que se pone una cuchara de cloruro de sodio en un vaso de aceite y otra en un vaso de glicerina ¿En cual de ellos la sal se disolverá mas? ¿Por Que? Resp: En la glicerina 67 Dos pequeñas esferas, ambas cargadas positivamente, presentan carga total de 5.0 x 10 -5 C. Se sabe que cuando están separados por una distancia de 2.0 m, se repelen con fuerza de 1.0 N. Determine el valor de la carga en cada esfera. Resp: 1.2 x 10 -5C y 3.8 x10-5 C

R)31(

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