Solucionario Taller V

SOLUCIONARIO
GUÍA ESTÁNDAR ANUAL
Taller V
STALCES005CB32-A16V1
Solucionario guía
Taller V
Ítem
Alternativa
Habilidad
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
E
C
A
E
C
D
B
A
E
C
B
C
B
C
C
B
C
D
E
B
D
B
B
C
C
D
A
D
E
B
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Aplicación
Aplicación
Aplicación
Comprensión
ASE
Aplicación
ASE
Comprensión
ASE
Aplicación
Aplicación
ASE
Aplicación
ASE
Aplicación
Aplicación
Aplicación
Aplicación
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Reconocimiento
ASE
Ítem
Alternativa
Defensa
1
E
Por definición, un movimiento rectilíneo es aquel cuya trayectoria
es una línea recta.

Recordemos que la velocidad ( v ) se define como
v
desplazamiento d

tiempo
t
Al estar definida por el desplazamiento, la velocidad posee sus
características de dirección y sentido.
En un MRU, la longitud de la trayectoria siempre coincide con la
magnitud del desplazamiento, en cualquier intervalo de tiempo.
Por lo tanto:
I)
Verdadero
II)
Verdadero
III)
Verdadero
2
C
Cuando el cuerpo alcanza la máxima altura, su velocidad se hace
nula.
En los movimientos verticales la rapidez adquirida por el móvil
depende del tiempo, la velocidad inicial y la aceleración de
gravedad, no dependiendo de la masa del cuerpo.
Al lanzar un cuerpo hacia arriba, la rapidez del cuerpo en
cualquier punto de la subida es la misma que tendrá al pasar por
el mismo punto, en la bajada. Por lo tanto, la rapidez del cuerpo al
ser lanzado es igual a la que tiene al regresar al mismo punto.
Por lo tanto:
I) Falso
II) Falso
III) Verdadero
3
A
4
E
La fuerza ejercida por la superficie de la mesa sobre el cuerpo es
la fuerza normal, la cual, en el caso de ser una superficie
horizontal, posee igual módulo que el peso del cuerpo.
I) Verdadero. Por la segunda ley de Newton sabemos que, al ser
la fuerza neta sobre el automóvil nula, su aceleración también es
cero y, recordando que la aceleración es la variación de la
velocidad por unidad de tiempo ( a 
v
), esta también es cero.
t
II) Verdadero. Al no existir variación en la velocidad del automóvil
(ya que su variación por unidad de tiempo es cero), su velocidad
permanece constante.
III) Verdadero. Si la velocidad del automóvil es constante,
entonces experimenta un MRU y, por lo tanto, su rapidez es
también constante. Así, el auto recorre distancias iguales en
tiempos iguales.
5
C
Recordando que la rapidez media se calcula como
v
d
t
Y que el área bajo la curva de la gráfica v / t equivale a la distancia
recorrida por el móvil en el intervalo de tiempo, entonces, al dividir
el área total de la gráfica en 4 áreas más pequeñas, obtenemos
Área  d  4  20  2  20 
2 10
 4  30  80  40  10  120  250 m
2
Por lo tanto
v
6
D
d 250 m
m

 25  
t
10 s
s
Sabemos que
I  p  p f  pi
Por inspección del gráfico tenemos que en

m

m
t = 1[s]  p i  2kg  
s

t = 3[s]  p f  6kg  
s

Luego:
m

I  p f  pi  6  2  4  kg    4[ N  s]
s

Observación:
m

1kg    1[ N  s]
s

7
B
Como después del choque ambos cuerpos quedan unidos, la
m
rapidez final para ambos es la misma: v '  2  .
s
Aplicando el principio de conservación del momentum lineal,
obtenemos:
pantes
mQ  vQ  mR  vR
 pdespués
 (mQ  mR )  v '
mQ  vQ  mR  vR
mQ  vQ  mQ  v '
 mQ  v '  mR  v '
 mR  v '  mR  vR
mQ (vQ  v ' )
 mR  (v '  vR )
mQ

mR  (v '  vR )
vQ  v '
Reemplazando:
mR  3  kg 

m 
vR  0  
 s 
3(2  0)

 2  kg 
 m    mQ 
52
vQ  5   
 s 
m 
v'  2   
s 
8
A
La frecuencia puede definirse como el número de oscilaciones que
realiza una partícula del medio por el que viaja una onda, en una
unidad de tiempo. Si se expresa en la unidad hertz (Hz), entonces
la frecuencia indica el número de oscilaciones en 1 segundo.
Por lo tanto, si la frecuencia de la onda del ejercicio es 4 [Hz], una
partícula del medio por el que viaja la onda realizará 4
oscilaciones en 1 segundo.
9
E
Todas las ondas, al transmitirse desde un medio a otro en donde
su velocidad de propagación sea menor, se refractan acercándose
a la normal.
En el esquema del ejercicio se observa que la onda sonora, al
transmitirse desde el medio P al medio Q, se refracta acercándose
a la normal, lo que indica que la onda se desplaza con menor
rapidez en Q que en P.
Como en las ondas la rapidez de propagación es directamente
proporcional a la longitud de onda (ya que v    f , y f es
constante), si en el medio Q la onda sonora disminuye su rapidez,
entonces disminuye proporcionalmente su longitud de onda.
10
C
Primero, por conveniencia fijamos un eje coordenado apuntando
hacia abajo y ubicamos el origen del sistema en la posición inicial
del cuerpo.
Adicionalmente, dibujamos un esquema en donde fijamos el punto
A como posición inicial, el punto B como la posición del cuerpo
cuando se encuentra a 35 metros de altura, y el punto C a nivel
del suelo, tal como lo muestra la siguiente figura.
Utilizando la ecuación itinerario entre los puntos B y C, tenemos:
x f  H [ m]


xi  H  35 [m]


vi  v B

1

t  1[ s]
2
  H  H  35  v B  1   10  1
2

m
a  10  2 

s 

1

x f  xi  vi  t   a  t 2 
2

m
35  v B  5  v B  30  
s
Ahora calculamos el tiempo que demora el cuerpo en caer desde
el punto A hasta el punto B:



 m 
v f  v B  30   
v f  vi 30  0

 3 [ s]
 s   t 
a
10

m

a  10  2 
s 


v f  vi  a  t

m
vi  0  
s
Así, el tiempo total de caída es de 4 segundos.
Finalmente, utilizando la ecuación itinerario entre los puntos A y C
tenemos:
x f  H [ m]


x i  0 [ m]


m
vi  0  

s

1
2
  H  0  0  4   10  4  80 [m]
t  4 [ s]
2

m

a  10  2 

s 

1
x f  xi  vi  t   a  t 
2

Por lo tanto, el cuerpo es dejado caer desde una altura de
80 metros.
11
B
El ángulo que forma el rayo de luz con la normal siempre es
mayor en el medio en que la luz viaja más rápido. En el aire la luz
viaja más rápido que en el agua, por ser esta más densa, por lo
que, al pasar del aire al agua el rayo de luz debe acercarse a la
normal, tal como lo muestra la trayectoria que pasa por el punto S.
Es importante comentar el hecho de que la trayectoria que pasa
por el punto R pareciera también cumplir con la condición descrita.
Sin embargo, para que el rayo transmitido viaje por la normal, es
decir, se transmita perpendicular a la línea de separación de
ambos medios, es necesario que el rayo incidente tenga la misma
dirección de propagación, lo cual no se cumple para esta
trayectoria.
Como ninguna de las demás trayectorias cumple con la condición
descrita, la alternativa correcta es la B.
12
C
Como el impulso depende de la fuerza aplicada y el tiempo de
aplicación ( I  F  t ), el impulso aplicado a ambos cuerpos es el
mismo.
Por otra parte, debemos recordar que el impulso aplicado a un
cuerpo es equivalente a la variación de su momentum, es decir,
I  p  p f  pi .
Considerando lo anterior, nos queda:
I1  I 2
 p1  p2
 m1  v f 1  m1  vi1  m2  v f 2  m2  vi 2
Como los cuerpos se encontraban inicialmente en reposo,
m
vi1  vi 2  0   , por lo que la expresión anterior nos queda
s
m1v f 1  m2 v f 2

vf1
vf 2

m2 4
 2
m1 2
 v f 1  2v f 2
Es decir, la rapidez final del cuerpo 1 es mayor que la rapidez final
del cuerpo 2.
13
B
La cantidad de movimiento antes del choque es igual a la cantidad
de movimiento después del choque. Por lo tanto
20m A  10mB  12m A  18m B
20m A  12m A  18mB  10mB 
14
C
mA 8
 1
mB 8
m
 m 
pi  0,5  kg   2    1  kg   
s
 s 
  p  p f  pi
m  m 
p f  0,5  kg   2    1  kg  
 s   s  
 m
 p  1-  -1  2  kg  
 s
Por lo tanto, la variación del momentum de la bola, entre los

m
instantes antes y después del choque, es de 2  kg   .
s

15
16
C
B
pantes  pdespués
m  v  m  v  (m  m)  v f
0
 2m  v f
0
 vf
Al moverse el ascensor, la aceleración que experimenta la
persona modificará el valor del peso que registra la báscula.
Ahora, por acción y reacción, la fuerza que el piso ejerza sobre la
persona (fuerza normal) será igual a la fuerza que la persona
ejerza sobre el piso y, por lo tanto, que registrará la pesa. Así,
calculando el valor de la fuerza normal que actúa sobre la
persona, podremos conocer el valor del peso que marcará la
báscula dentro del ascensor.
Aplicando la segunda ley de Newton y considerando un eje
coordenado positivo hacia arriba, cuando el ascensor baja, la
aceleración es negativa y por lo tanto:
N  P  m  a
N  P  ma
NP
Es decir, el valor del peso que marque la báscula será menor que
el valor del peso real de la persona.
17
C
Como los bloques permanecen inmóviles, la fuerza neta sobre el
sistema es cero, lo que conlleva que, al realizar la sumatoria de
fuerzas sobre el cuerpo S (o sobre el cuerpo R) la tensión debe
ser igual a la fuerza aplicada, es decir, 16 newtons.
Matemáticamente:
F
x
0
16  T  0
T  16N 
Por lo tanto el módulo de la tensión en la cuerda es de 16 [N].
18
D
Por la segunda ley de Newton, sabemos que
FNeta  m  a  a 
FNeta
m
La fuerza neta sobre el volantín es la suma vectorial de F1, F2 y su
peso.
Al calcular el peso del volantín obtenemos
m
Peso  m  g  0,4  kg  10  2   4  N 
s 
Por lo que, considerando un eje coordenado vertical hacia arriba,
la fuerza vertical resultante es
F1  Peso  9 N   4 N   5 N 
Luego, utilizando Pitágoras obtenemos que el módulo de la fuerza
neta es
Fneta  122  52  144  25  169  13 N 
Finalmente, el módulo de la aceleración del volantín es
a
19
E
13 N 
Fneta
m

 32,5  2 
masa 0, 4  kg 
s 
Suponiendo el eje coordenado positivo hacia arriba, y aplicando la
segunda ley de Newton, tenemos que
Fneta  m  a
  F  m·a
 Tensión  Peso  m·a
 Tensión  m·a  m·g
Reemplazando datos, obtenemos:

m  30[kg ] 

m 
a  4  2    Tensión  30·4  30·10  420[ N ]
s  
 m 
g  10  2  
 s 
Por lo tanto, como la cuerda resiste una tensión máxima de
400 [N], no es capaz de levantar la caja con la aceleración
aplicada y se corta.
20
B
Considerando un sistema positivo en el sentido de la fuerza
aplicada, tenemos
F  5[ N ] 

Fr  3[ N ]  F  Fr  m·a
m  2[kg]
F  Fr 5[ N ]  3[ N ]  m 
a

 1 2 
m
2[kg]
s 
21
D
F  5[ N ] 
  F  m·a
m  10[kg]
a
F
m

5[ N ]
m
 0,5 2 
10[kg]
s 
Por lo tanto, la aceleración disminuye a la mitad.
22
B
Por el principio de conservación del momentum, sabemos que en
una colisión debe cumplirse que
pi  p f
Y por lo tanto:
mQ  viQ  mR  viR  mQ  v f  mR  v f
 mQ  viQ  mQ  v f  mR  v f  mR  viR
 mQ  (viQ  v f )  mR  (v f  viR )
 mQ 
mR  (v f  viR )
(viQ  v f )
Reemplazando los datos del ejercicio, obtenemos
mQ 
23
B
24
C
3  (2  0) 6
  2  kg 
(5  2)
3
Si el cuerpo del ejercicio se detiene únicamente por acción del
roce, entonces se trata de un movimiento rectilíneo uniformemente
retardado o MRUR. Por lo tanto, su velocidad disminuye
ordenadamente en el tiempo (frena con aceleración constante),
hasta hacerse cero, lo cual queda representado en la opción B.
Por la ley de inercia de Newton, un móvil que experimenta una
fuerza neta nula describe una trayectoria rectilínea con velocidad
constante (MRU) o permanece en reposo.
Por lo tanto, si en un determinado momento la fuerza neta sobre
un satélite que gira alrededor de la Tierra se hiciera nula, a partir
de ese instante el satélite describiría una trayectoria rectilínea con
velocidad constante, alejándose de la Tierra y perdiéndose en el
espacio.
25
C
Si dos cuerpos en movimiento se desplazan con la misma
velocidad (igual rapidez, dirección y sentido), cada uno observa al
otro en reposo, respecto de sí mismo. Sin embargo, una persona
al costado del camino verá, sin ninguna duda, a ambos
automóviles moverse.
La percepción de movimiento o reposo es “relativa”, pues depende
del punto de referencia que se utilice para observar el movimiento.
Así, la respuesta correcta es la C.
26
D
El impulso se puede expresar como:
I  F  t  m  a  t
I  p
De la primera expresión se puede ver que, si sobre el cuerpo
inicialmente actúa un impulso, este genera una aceleración. Si la
fuerza aplicada aumenta constantemente durante la aplicación del
impulso, también aumenta de forma constante la aceleración que
actúa sobre el cuerpo.
Estando el cuerpo acelerado aumenta su velocidad y, por lo tanto,
aumenta su momentum lineal.
Por último, de la segunda expresión se puede ver que, si el
impulso aplicado es variable en el tiempo, la variación del
momentum lineal del cuerpo no permanece constante.
Por lo tanto:
I) Verdadero
II) Verdadero
III) Falso
27
A
La fuerza que ejerce el ciclista sobre el poste y la que ejerce el
poste sobre el ciclista, corresponden a fuerzas de acción y
reacción, por lo cual presentan las siguientes características:
1. Poseen igual módulo.
2. Poseen igual dirección, o sea, actúan en líneas paralelas o
sobre la misma línea de acción.
3. Poseen sentidos opuestos.
4. Son simultáneas, es decir, aparecen y desaparecen al mismo
tiempo.
5. Actúan sobre cuerpos distintos, nunca sobre el mismo cuerpo.
Por lo tanto:
I) Falso
II) Falso
III) Verdadero
28
D
En el gráfico se observa que en T1 y T2 la temperatura se
mantiene constante, a pesar que la energía absorbida aumenta, lo
que indica que el calor suministrado se está utilizando para un
cambio de fase. Por este motivo, es posible establecer que la
sustancia inicialmente se encontraba en estado sólido,
experimentando dos cambios de fase durante el proceso. Según
lo anterior, T1 corresponde a la temperatura de fusión y T2 a la
temperatura de vaporización.
Por lo tanto:
I) Falso
II) Verdadero
III) Verdadero
29
E
30
B
Cualquiera sea la posición de un objeto frente a un espejo
convexo, siempre tendrá una imagen virtual, derecha y de menor
tamaño.
Considerando que la fuerza aplicada sobre el cuerpo de masa m
corresponde a la fuerza de atracción gravitacional ejercida por la
Tierra y definida por la ley de gravitación universal, aplicamos la
segunda ley de Newton sobre el cuerpo y obtenemos:
Fneta  m  a
 G
m  MT
 m g
RT2
 g  G
MT
RT2