1. Un lago congelado tiene una capa de hielo de 2[cm] de espesor

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
PIEGIS.
2º SEMESTRE 2009
GUÍA N°8.
TRANSFERENCIA DE CALOR Y ONDAS.
1. Un lago congelado tiene una capa de hielo de 2[cm] de espesor. La superficie
superior del hielo se mantiene a -10[°C], mientras que el agua en contacto con la
superficie inferior está a 0[°C].
a. ¿Con qué rapidez crece el espesor de la capa de hielo?
Datos: Conductividad térmica del hielo: 1,7 [W/mK]
Calor de fusión del hielo=80[cal/g]
Densidad del hielo=0,92[g/cm3]
2. A una mezcla de 1[g] de hielo picado y 1[g] de agua, ambos a 0[°C], se agregan
100[cal]. Entonces, el estado final del sistema es, aproximadamente:
3. Un chip de espesor despreciable se coloca sobre una placa base de baquelita de
5[mm] de espesor y conductividad k = 1,0 [W/mK]. La resistencia térmica de
contacto entre el chip y la plaqueta es 10-4 [m2 K/W]. El chip disipa calor en su
parte superior por convección forzada con hs = 500 [W/m2K]. La base de la
plaqueta disipa calor por convección natural con hb = 40 [W/m2K] (suponga que el
flujo de calor es transversal a la placa base). Todo el sistema se encuentra en un
ambiente a T1 = 20 [°C].
a. Diagrama del circuito térmico.´
b. ¿Cuál es la temperatura de operación del chip si genera calor a una tasa de
30 [kW/m2]?
Observe que en este ejercicio las resistencias térmicas se indican por área: RA.
4. Una pared plana de un horno se fabrica con acero (k = 60 [W=mK]; ρ = 7850
[kg/m3]; c=430 [J/kgK]) y tiene un espesor e = 10 [mm]. Para protegerla de los
efecto corrosivos de los gases de combustión, la superficie interna de la pared se
recubre de una capa fina de material cerámico que tiene una resistencia térmica
(por unidad de superficie) R = 0,01 [m2K/W]. La superficie externa de la pared
está bien aislada de los alrededores. Al encender el horno, la pared se encuentra a
T0 = 300 [K]. Los gases de combustión entran al horno a T1 = 1300 [K] y la
convección con la capa cerámica es con h = 25 [W/m2]. Desprecie la capacidad
térmica de la película cerámica.
a. ¿Cuánto demora la superficie interna de acero de la pared en alcanzar los
1200 K?
b. ¿Cuál es la temperatura del film cerámico en este momento?
AB
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PIEGIS.
2º SEMESTRE 2009
5. Una rueda de bicicleta tiene 60 rayos. Un niño coloca la bicicleta al revés y hace
girar la rueda a 180 r.p.m.
a. Determine la frecuencia del sonido obtenido cuando el niño presiona una
lámina flexible (regla) contra los rayos de la rueda mientras esta girando.
b. Calcule la longitud de onda del sonido producido y cuanto tiempo demora
en llegar el sonido a una persona ubicada a 300 metros de distancia.
6. Durante una tormenta se escucha un trueno 6 segundos después de que se observa
el relámpago. ¿A que distancia del observador se produce el choque de las nubes?
7. Una persona hace oscilar un tablón que está en el extremo de una piscina (x= 0),
de modo que el nivel del agua en ese punto cambia con el tiempo según el gráfico
siguiente. La velocidad de propagación de las ondas producidas es de 3 (m/s).
a. Determinar el período de la onda producida.
b. Determinar la longitud de onda.
c. Determine la ecuación que describe la onda, utilizando un sistema de
coordenadas con origen en el borde de la piscina.
d. Dibujar un perfil del nivel del agua (foto), en el instante t= 1 y t=2
segundos.
8. Dos parlantes que vibran en fase con una frecuencia de 600 [Hz], se encuentran
separados 3 metros entre sí, como se muestra en la figura. Considere velocidad del
sonido de 300[m/s].
a. Analice qué ocurre en los puntos A y B ¿Se producen máximos o mínimos
de intensidad?
b. Si una persona se desplaza desde A hacia B ¿Cuantos máximos y mínimos
de intensidad percibe?
c. Considere el caso que una persona se dirige en línea recta desde abajo hacia
el punto A, desde una distancia de 100 metros. ¿Cuántos máximos y
mínimos de intensidad percibe? ¿Que ocurriría si se hubiera desplazado en
línea recta pero hacia B?
AB
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