temas selectos de física i guía de estudio

GUÍA PARA EL EXAMEN EXTRAORDINARIO
MATUTINO
PROF. FÍS. CARLOS FLORES ARVIZO
DIRECCIÓN GENERAL DEL BACHILLERATO
CENTRO DE ESTUDIOS DE BACHILLERATO
¨ LIC. JESÚS REYES HEROLES ¨ 4/2
TEMAS SELECTOS DE FÍSICA I
QUINTO SEMESTRE
DICIEMBRE 2013
GUÍA DE ESTUDIO
PARA EL EXAMEN EXTRAORDINARIO
Profesor:
Carlos Flores Arvizo
FÍS. CARLOS FLORES ARVIZO
Propósito:
Se pretende que con el presente instrumento, el alumno lo utilice como un modelo a seguir para la
elaboración del examen extraordinario de Temas Selectos de Física I. Los reactivos contenidos reflejan los
conocimientos básicos que se deben dominar para acreditar esta asignatura.
ES REQUISITO OBLIGATORIO PARA PODER ELABORAR
EL EXAMEN ENTREGAR LA GUÍA CONTESTADA COMO
FECHA LIMITE EL DÍA DEL EXAMEN.
NOTA: ANTES DEL 20 DE DICIEMBRE DEBERÁN
ENVIAR UN CORREO ELECTRÓNICO PARA POSTERIORES
INDICACIONES A LA DIRECCIÓN:
[email protected]
CON SU NOMBRE E INDICANDO QUE EXAMEN
EXTRAORDINARIO ELABORARÁN.
NOMBRE DEL ALUMNO:___________________________
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BLOQUE 1. ESTÁTICA
OBJETIVO
RESOLVERÁ PROBLEMAS RELACIONADOS CON LA ESTÁTICA, MEDIANTE EL ANÁLISIS DE SU
CONCEPTO Y APLICACIÓN EN UNA EXPRESIÓN VECTORIAL Y ESCALAR DE LA
DESCOMPOSICIÓN DE UNA FUERZA EN PROBLEMAS COTIDIANOS DE LA VIDA.
INSTRUCCIONES: RESPONDE CONCISAMENTE A LO QUE SE TE PIDE:
Definición. Unidades de medida y expresión matemática según sea el caso.










Vectores
Tipos de vectores.
Qué es un Escalar
Qué es un Vector.
Métodos para la suma de vectores.
Suma de vectores por componentes.
Descomposición de una fuerza en forma vectorial cartesiana.
Equilibrio de la partícula en forma vectorial cartesiana.
Producto Escalar y producto vectorial de dos Vectores en el plano.
Elaborar los problemas 1, 2, 4, 5, 6 y 9 del capitulo 3 del libro de Giancoli.
BLOQUE 2. CINEMÁTICA DEL SÓLIDO RÍGIDO
OBJETIVO
RESOLVERÁ PROBLEMAS PRÁCTICOS RELACIONADOS CON LA CINEMÁTICA DEL SÓLIDO
RÍGIDO, APLICANDO LOS CONCEPTOS SOBRE MOVIMIENTO DE TRASLACIÓN Y ROTACIÓN EN
DOS DIMENSIONES, MEDIANTE EJERCICIOS DE NOTACIÓN CIENTÍFICA Y ACTIVIDADES
EXPERIMENTALES, CON UNA ACTITUD CRÍTICA Y RESPONSABLE.
INSTRUCCIONES: RESPONDE CONCISAMENTE A LO QUE SE TE PIDE:
Definición. Unidades de medida y expresión matemática según sea el caso.
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


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
Movimiento Circular Uniforme
Aceleración angular
Posición angular.
Desplazamiento angular
Conversiones de unidades de ángulos.
Velocidad angular.
Aceleración centrípeta.
Frecuencia
Periodo
Aceleración angular constante.
Elaborar los problemas 1, 2, 3 y 4 del capitulo 5 del libro de Giancoli.
Elaborar los problemas 1, 3, 4, 5, 6, 7 y 8 del capitulo 8 del libro de Giancoli.
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BLOQUE 3. CINÉTICA DEL CUERPO RÍGIDO
OBJETIVO
RESOLVERÁ EJERCICIOS Y PROBLEMAS DE CINÉTICA DEL CUERPO RÍGIDO, MEDIANTE LA
APLICACIÓN DE LOS CONCEPTOS DE LA 2ª LEY DE NEWTON, DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA,
ESTABLECIENDO LA RELACIÓN QUE EXISTE ENTRE LAS FUERZAS QUE ACTÚAN EN UN CUERPO Y
EL MOVIMIENTO QUE ÉSTE ADQUIERE; COLABORANDO DE MANERA PARTICIPATIVA, CRÍTICA Y
RESPONSABLE.
Definición. Unidades de medida y expresión matemática según sea el caso.




Brazo de palanca
Torca
Momento de inercia de figuras regulares.
Elaborar los problemas 22 y 23 del capitulo 8 del libro de Giancoli.
EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS.
RELACIONA
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Velocidad angular
Periodo
Desplazamiento lineal
Velocidad lineal
Desplazamiento angular
Frecuencia
Aceleración lineal
Aceleración angular
(
(
(
(
(
(
(
(
) m/s2
) Hz
)s
) rad/s2
) m/s
) rad
) rad/s
)m
Encontrar por los métodos analíticos, las componentes rectangulares de los siguientes vectores:
Resultados:

F  150N

Fx  129.9N

Fy  75N
300
m

v  42
s
Resultados:
m

v x  17.75
s
m

v y  38.06
s
650
Resultados:

d x  59.05m

d y  61.14m
460

d  85m
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Resultados:
510
a x  1.888
a  85
m
s2
m

aY  2.3331 2
s
m
s2
ENCUENTRA LA RESULTANTE DE LA SUMA DE LOS SIGUIENTES VECTORES:
(A)

F1  3.5 N
Resultado:

R  4.03N , 60.2 0

F2  2N

v1  30 m
s
(B)
Resultado:

R  39 m
s
39.80

v 2  25 m
s
(C)

d1  70m
Resultado:

R  86m
54.40

d2  50m
(D)

d1  30m
600
Resultado:

R  70m

d2  50m
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(E)

v1  40 m
s

v 2  25 m
s
Resultado:

R  26.32 m
s
37.60
1400
Resuelve los siguientes problemas. Especifica el planteamiento realizado (análisis de datos que se tienen, la
formula ha utilizar, los despejes, la sustitución y el resultado).
NOTA: ESTE DOCUMENTO Y LOS SIGUIENTES PROBLEMAS ESTAN BASADAS EN LA GUIA QUE PUBLICÓ EL PROFESOR OMAR
JAIMES GÓMEZ EN EL ANTERIOR SEMESTRE, YA QUE ES EL ENCARGADO DE IMPARTIR LA MATERIA NORMALMENTE.
1) Para ⃗
̂ y ⃗⃗⃗⃗
̂
̂, encuentre:
̂
a) ⃗⃗⃗
⃗⃗⃗
b) el ángulo entre ⃗ y ⃗⃗.
2) El vector A se extiende desde el origen hasta un punto que tiene coordenadas polares (7, 70º) y el vector
B se extiende desde el origen hasta un punto que tiene coordenadas polares (4, 130º). Encuentre ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗.
R: 14
3) El vector A tiene una magnitud de 5 unidades y B tiene una magnitud de 9 unidades. Los dos vectores
forman un ángulo de 50º entre sí. Determine ⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗
4) Para ⃗
̂
̂ – ̂;
⃗⃗
̂
̂
̂; y ⃗
̂–
̂ , encuentre ⃗⃗⃗⃗⃗⃗
⃗ – ⃗⃗
5) Una fuerza ⃗
̂ – ̂ N actúa sobre una partícula que experimenta un desplazamiento ⃗⃗⃗
̂
̂
mts. Encuentre el trabajo realizado por la fuerza sobre la partícula y el ángulo entre ⃗ y ⃗.
R: 16 J, 36,9º
6) Muestre que ⃗
⃗⃗ = AxBx + AyBy + AzBz
7) Una fuerza ⃗
̂
̂ N actúa sobre una partícula. El ángulo entre ⃗ y el vector desplazamiento es 32º
y F efectúa 100 J de trabajo. Determine el desplazamiento.
R: 2i + 23,5 j
8) Encuentre el ángulo entre:
a. A = 31 – 2j,
B = 4i – 4j,
b. A = -2i + 4j,
B = 3i – 4j + 2k,
c. A = i – 2j + 2k,
B = 3i + 4k
9) Dos vectores están dados por A = -3i + 4j, y B = 2i + 3j. Encuentre AxB y el ángulo entre A y B.
R: –17k; 70,5º
10) Un automóvil es conducido 215 km al oeste y luego 85 km al suroeste. ¿Cuál es el desplazamiento del
automóvil desde el punto de origen (magnitud y dirección)? Dibuje un diagrama.
11) Si
Vx  6.80 unidades y Vy  7.40 unidades, determine la magnitud, dirección y sentido de V .
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12) Los componentes de un vector
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V se pueden escribir Vx ,Vy ,Vz  . ¿Cuáles son los componentes y la
longitud de un vector que es la suma de dos vectores,
V1 y V2 , cuyos componentes son 8.0, 3.7,0.0 y
 3.9, 8.1, 4.4  ?
13)
V es un vector con 14.3 unidades de magnitud y apunta en un ángulo de 34.8º sobre el eje x negativo.
a) Bosqueje este vector. b) Encuentre Vx y V y . c) Usa Vx y V y para obtener (de nuevo) la magnitud y
dirección de V . [Nota: El inciso c) es una buena forma de comprobar si descompuso el vector
correctamente].
14) El vector
V1 tiene 6.6 unidades de longitud y apunta lo largo del eje x negativo. El vector V2 tiene 8.5
unidades de largo y apunta a +45º al eje x positivo. a)¿Cuáles son los componentes x y y de cada
vector? b) Determine la suma V1  V2 (magnitud, dirección y sentido).
15) Un avión viaja a
en una dirección a 41.5º al oeste del norte. a) Encuentre los componentes del
vector velocidad en las direcciones hacia el norte y hacia el oeste. b) Después de 3.00 h, ¿cuánto ha
viajado el avión hacia el norte y hacia el oeste?
16) Se tienen tres vectores. Sus magnitudes están en unidades arbitrarias. El vector A=44.0 con una dirección
de 28.0º, B=26.5 que forma un ángulo de 56.0º por encima de la parte negativa del eje x, y C=31.0 con
una dirección de 270.0º. Determine la suma de los tres vectores. Exprese la resultante en términos de a)
componentes, b) magnitud y ángulo con el eje x.
17) Calcular
⃗ ⃗⃗ , donde a  2iˆ  10 ˆj  12kˆ y b  3iˆ  4kˆ .
18) Calcular
⃗⃗ ⃗ , donde u  2 ˆj  iˆ , v   ˆj  iˆ .
19) Calcular
⃗⃗ ⃗ , donde u  5iˆ  ˆj  2kˆ , v  iˆ  ˆj  kˆ .
20) Una caja de 20.0 kg se encuentra en reposo sobre una mesa. a) ¿Cuál es el peso de la caja y la fuerza
normal que actúa sobre ella? b)Una caja de 10.0 kg se coloca encima de la caja de 20.0 kg . Determine
la fuerza normal que la mesa ejerce sobre la caja de 20.0 kg y la fuerza normal que ésta última ejerce
sobre la de 10.0 kg.
21) ¿Cuánta tensión debe resistir una soga si se le utiliza para acelerar horizontalmente, a 1.20
m
, un
s2
automóvil de 960 kg, a lo largo de una superficie sin fricción?
22) ¿Cuánta tensión deba resistir una soga si se le usa para acelerar verticalmente hacia arriba, a 0.80
m
,
s2
un automóvil de 1200 kg?
23) Una caja que pesa 77.0 N se encuentra sobre una mesa. Una soga atada a la caja corre verticalmente
hacia arriba sobre una polea y un peso cuelga del otro extremo. Determine la fuerza que la mesa ejerce
sobre la caja si el peso que cuelga del otro extremo de la polea es de a) 30.0 N, b) 60.0 N y c) 90.0 N.
24) Una soga, en la que en un instante dado existen 163N de tensión, sube verticalmente una cubeta de
12.0kg. ¿Cuál es la aceleración de la cubeta? ¿Es hacia arriba o hacia abajo?
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25) Ana va a caminar a través de una cuerda floja tendida horizontalmente entre dos edificios separados
10.0m. La comba en la soga cuando está en el punto medio forma un ángulo de 10.0º con la horizontal.
Si su masa es de 50.0kg, ¿cuál es la tensión en la soga en este punto?
26) Exprese los siguientes ángulos en radianes: a) 30º, b) 57º, c) 90º, d) 360º y e) 420º. Expréselos como valores
numéricos y como fracciones de  .
27) Una piedra se encuentra atada al extremo de una cuerda y gira desplazándose 45000 rad en 1 min.
Calcular:
a) La velocidad angular
b) La frecuencia
c) El periodo
Resultados: a) 750 rad/s
b)119.4 Hz
c) 0. 00837 s
28) Encontrar la velocidad angular de un disco de 33 rpm, así como su desplazamiento angular, si su
movimiento duró 5 min.
Resultados: 3.454 rad/s,
1036.2 rad
29) Un volante gira inicialmente a 6 rev/s y después se somete a una aceleración angular constante de de 4
rad/s2. Calcular:
a) La velocidad angular después de 5 s.
b) Cuántas revoluciones completas efectúa.
Resultados: a) 57.7 rad/s
b) 38.0 rev
30) Un disco rectificador detiene su movimiento en 40 revoluciones. Si la aceleración de frenado fue de de –
6 rad/s2, ¿cuál fue su velocidad angular.
Resultados: 54.9 rad/ s
31) Una polea aumenta su velocidad de rotación de 6 a 12 rev/s en 8 s. ¿Cuál es su aceleración angular?
Resultados: 4.71 rad/s2
32) El disco de un torno que gira inicialmente con una velocidad angular de 6 rad/s recibe una aceleración
constante de 2 rad/s2. Calcular:
a) El desplazamiento angular en 3 s.
b) La velocidad angular final
Resultados: a) 27 rad
b) 12 rad/s
BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA
- GIANCOLI, DOUGLAS. FÍSICA I Y II. PRINCIPIOS CON APLICACIONES, 6ª. EDICIÓN., PEARSON EDUCACIÓN,
2006.
- TIPPENS, PAUL, E. FÍSICA, CONCEPTOS Y APLICACIONES. MÉXICO, 6ª. ED., MC GRAW – HILL, 2001.
- HEWITT, PAUL G. FÍSICA CONCEPTUAL, MÉXICO, 9ª. EDICIÓN., PEARSON EDUCACIÓN, 2004
- HECHT, EUGENE. FÍSICA EN PERSPECTIVA, ADDISON - WESLEY IBEROAMERICANA , MÉXICO,. (1987).
- ALVARENGA, MÁXIMO. FÍSICA GENERAL. 3ª. ED. HARLA, MÉXICO, 1983.
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