examen20-7(soluciones).

Nombre:
C.I.:
Examen Física General I (Biociencias – Geociencias)
20/7/2009
Algunos datos que pueden ser útiles: densidad del agua: 1,0x103 kg/m3; calor específico del agua: 1,0 cal/g ºC; calor latente de fusión
del hielo: 3,33 x 105 J/kg; calor latente de vaporización del agua: 2,26 x 106 J/kg; g=9,8 m/s2; 1 cal =4,186 J; 1 atm=1,013 x 105 Pa;
R=8,31 J/ºK.mol; densidad del Helio = 0,18 kg/m3; Calor específico del aire = 1000 J/kgºC; densidad del aire = 1,25 kg/m 3;
Calor específico del hielo = 2090 J/kgCº; densidad del hielo= 917 kg/m3; calor especifico del hierro sólido = 448 J/kgºK;
densidad hierro = 7,80103kg/m3; calor específico del vapor de agua=6,03x104 J/kgCº; calor específico del vidrio=837 J/kg
Cº; Momento de inercia de una barra = ML2/12; Momento de inercia de un disco = MR2/2; Momento de inercia de un
anillo= M(R12-R22)/2; G = 6,67 x 10-11 Nm2/Kg2; RTierra = 6378 km; MTierra = 5,96 x 1024 kg
1.
Modelemos un iceberg como un cilindro vertical de hielo a -10oC, de 20m de radio y 600m de profundidad. Un
meteorito compuesto por material de calor específico 450 J/kg oC, cae verticalmente sobre el iceberg y tiene una velocidad
de 400 m/s cuando va a tocar su superficie. Al penetrar en el iceberg se detiene a 590m de profundidad, y toda la energía
mecánica del meteorito se transfiere al hielo. Si la temperatura del hielo aumenta en 0,1 oC y la del meteorito baja en
297oC, ¿cuál debió ser la masa del meteorito?
a) 33 toneladas
b) 699 toneladas
c) 167 toneladas
d) 820 toneladas
e) 718 toneladas
2.
Un felino pretende saltar desde una rama hasta otra que se encuentra 3m más adelante y 4m más abajo. Si salta
con velocidad completamente horizontal, ¿qué rapidez debe tener para lograr caer en la otra rama?
a) 1,1 m/s
b) 3,3 m/s
c) 5,2 m/s
d) 8,9 m/s
e) 11 m/s
3.
Un disco de masa uniforme M=30kg y radio R=50cm gira al ser impulsado por una cadena conectada a un motor,
como se muestra en la figura. Las fuerzas de rozamiento que actúan sobre el
mismo se consideran despreciables. Si el disco parte del reposo, y acelerando
uniformemente alcanza una frecuencia de giro de 20 revoluciones por segundo
cuando transcurrieron 15s, el torque neto ejercido por la cadena sobre el disco es:
a) 5,0 N.m
b) 10,5 N.m
c) 31,4 N.m
d) 62,5 N.m
e) es necesario conocer el espesor del disco para resolver el problema.
4.
Una pirámide cuya base es cuadrada de 10 cm de lado y cuyas caras laterales son triángulos equiláteros, se
encuentra en equilibrio sumergido en agua a medio metro de la superficie, como se muestra en la figura.
La fuerza resultante sobre las caras laterales del mismo vale:
a)
b)
c)
d)
e)
0N
482 N
964 N
1236 N
1928 N
5.
El guepardo es el vertebrado terrestre más rápido que existe. Su velocidad máxima es cercana a unos 100 km/h y es
capaz de acelerar a unos 10 m/s2. Su presa favorita, la gacela, es capaz de alcanzar una velocidad máxima de 80 km/h
y su aceleración es de unos 7 m/s2. Una de las ventajas de la gacela es su mayor resistencia (puede correr durante más
tiempo sin tener que detenerse).
a)
Dibuje gráficas en el mismo par de ejes que ilustren la distancia recorrida en función del tiempo para un guepardo
y una gacela que parten del reposo aceleran con su máxima capacidad hasta alcanzar su velocidad máxima y
luego mantienen dicha velocidad. Asuma que ambos animales corren en línea recta y que la gacela parte 100 m
adelante del guepardo. ¿Las gráficas se cortan? ¿Qué significado tiene que se corten o no las gráficas?
b) Durante una persecusión a máxima velocidad, los músculos del guepardo generan calor con una potencia por
unidad de masa de músculo de 80 W/kg. Si ese calor tuviera como único efecto aumentar la temperatura del
músculo ¿en cuánto tiempo de carrera se aumentaría en 1º C la temperatura de los músculos? A los efectos de la
estimación se puede considerar que la capacidad calorífica de los músculos (compuestos en un gran porcentaje
por agua) es muy cercana a la del agua.
c)
¿Qué pasaría con la temperatura de sus músculos si un guepardo quisiera prolongar una persecusión a velocidad
máxima durante más de 5 minutos? ¿Durante cuánto tiempo considera usted que podría correr a velocidad
máxima un guepardo sin correr serios riesgos para su salud?
d) Se dice que un guepardo debe estar a una distancia menor a 50 m para poder alcanzar a una gacela en una
persecusión en línea recta. Si el guepardo es más rápido y acelera más que la gacela ¿cómo es posible que, si
arranca a correr a más de 50 m de distancia de esta, no la pueda alcanzar? Justifique su respuesta
Nombre:
C.I.:
6. Una persona de 78 kg se encuentra sobre una tabla de 3,2 m de largo y 30 kg de masa que está apoyada sobre el borde
de un barco por su punto medio como muestra la figura. La tabla está colocada en forma horizontal, y el extremo que
queda hacia el interior del barco está unido a una cuerda que forma 45º con la vertical.
a)
Dibuje una gráfica mostrando el valor de la tensión de la cuerda en función de la posición a medida que la
persona camina sobre la tabla sin que esta se voltee.
b)
Supongamos que se dejase caer una bala de cañón de 25 kg de masa desde una altura de 4 m sobre el extremo de
la tabla unido a la cuerda, y que tabla y bala quedaran unidas luego de entrar en contacto. Si la persona está en el
otro extremo de la tabla, con qué velocidad vertical se movería inmediatamente después de que la bala tome
contacto con la tabla?
c)
En lugar de hacerse lo anterior, se corta la cuerda. Determinar la aceleración vertical con que cae la persona,
inmediatamente luego de cortar la cuerda.
d)
La persona llega al agua, se hunde y luego sale a flote, quedando 5% de su masa corporal fuera del agua. Si su
altitud inicial con respecto a la superficie del agua era 3 m, estime la máxima profundidad a la que llegó.
Mencione factores que no se tienen en cuenta en la estimación.