2011-1

FÍSICA DEL CALOR Y ONDAS
Examen Final 2011-1
INSTRUCCIONES





El examen consta de 3 secciones: La Sección I consta de 10 preguntas en el formato de
Falso-Verdadero y tiene un valor de 20 puntos. La Sección II es de selección múltiple y
consta de 10 problemas, para un total de 50 puntos. A pesar de ser de selección múltiple
Usted debe justificar sus respuestas. La Sección III consta de un problema abierto y tiene
un valor de 30 puntos. En esta sección Usted debe mostrar de manera clara y breve el
procedimiento que conlleva a sus resultados.
En la sección I, Usted debe completar la tabla de respuestas al rellenar completamente la
opción correspondiente con bolígrafo o lapicero. Si Usted diligencia la tabla con lápiz
automáticamente tiene cero puntos.
En la Sesión II usted debe justificar todas las respuestas en las hojas anexas.
En la Sección III Usted debe justificar sus respuestas en el espacio en blanco adyacente al
enunciado del problema. Respuesta correcta que no esté justificada NO será tenida en
cuenta.
El tiempo de ejecución del examen es de 2 horas.
NOMBRE: ____________________________________________
GRUPO: _____
No escriba en este espacio
Falso-Verdadero
(20 puntos)
Seleccion Multiple
(50 puntos)
Problema abierto
(30 puntos)
TOTAL
(100 puntos)
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Examen Final 2011-1
SECCION I
PREGUNTAS DE FALSO VERDADERO (Complete la tabla de respuestas al fina l de esta
sección)
1) (2 puntos)En un sistema masa-resorte que se encuentra sobre una mesa horizontal sin fricción
la masa es desplazada una distancia –
alcanza la masa una vez liberada es:
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
10)
de su posición de equilibrio. La máxima rapidez que
=
, donde
y
representan la constante elástica
del resorte y la masa de la partícula respectivamente.
(2 puntos) Se tienen fuentes idénticas con intensidad cada una y alineadas a lo largo de
una línea recta. La diferencia de fase entre dos fuentes arbitrarias y consecutivas es constante.
Luego, la máxima intensidad posible de la onda resultante es
.
(2 puntos) Cuando un gas ideal es comprimido adiabáticamente hasta la mitad de su volumen
inicial su temperatura disminuye.
(2 puntos) La eficiencia de una maquina térmica ideal aumenta si la temperatura del foco frio se
hace menor y la temperatura del foco caliente aumenta.
(2 puntos) Un frigorífico es una maquina térmica pero funcionando a la inversa, es decir, se
extrae calor de un foco frio y cede calor a un foco caliente y sobre la maquina se realiza trabajo.
(2 puntos) Un ingeniero inventa una maquina térmica y funciona entre 500 y 250 . El
ingeniero afirma que su invención tiene una eficiencia del 55%.
(2 puntos) La potencia emitida por un sólido incandescente por unidad de área se duplica si su
temperatura se duplica.
(2 puntos) Los reptiles emiten radiación infrarroja de mayor longitud de onda que los seres
humanos.
(2 puntos) En el efecto fotoeléctrico se presenta una longitud de onda umbral por encima de la
cual no importa cuál sea la intensidad de la luz, no se desprenden fotoelectrones
El electrón en átomo de Hidrogeno salta de una órbita de energía a otra de energía ,
siendo
>
. La longitud de onda de la radiación emitida es
=
, donde h y c
representan la constante de Planck y la velocidad de la luz respectivamente.
Tabla de respuestas en la siguiente hoja
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TABLA DE RESPUESTAS SECCION I
ADVERTENCIA:
Las únicas respuestas que se califican son las que aparecen en la tabla de abajo.
Sombree o rellene el espacio completamente según su respuesta.
PREGUNTA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
FALSO
VERDADERO
SECCION II
PREGUNTAS DE SELECCION MULTIPLE (Respuesta NO justificada respuesta NO válida.
Escriba en los espacios adyacentes a cada problema sus operaciones y ecuaciones usadas. )
Constantes:
= 5.67 10
,
= 1.38 10
1) (5 puntos) Un cuerpo de masa
elástica
= 1.0
se encuentra suspendido de un resorte de constante
= 100 . Al cuerpo se le imprime una velocidad de 20.0
hacia abajo. Si
consideramos dirección hacia abajo como positiva e ignoramos las fuerzas de rozamiento, la
ecuación que describe la velocidad del cuerpo en función del tiempo es
a)
b)
c)
d)
e)
= 0.2
= 0.2
= 0.2
= 0.2
= 0.2
(100 + )
(100 + )
(10 )
(10 + )
(10 − )
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2) (5 puntos) De las siguientes ecuaciones la que describe una onda que viaja a lo largo del eje +
con amplitud de 0.02 , frecuencia de 440
y velocidad de 330 / es:
a)
b)
c)
d)
e)
( , ) = 0.02
( , ) = 0.02
( , ) = 0.02
( , ) = 0.02
( , ) = 0.02
−
2 (
2
−
− 440 )
−
−
3) (5 puntos ) Una pantalla de observación esta a una distancia de 1.2 de una rendija doble. La
distancia entre las dos rendijas es 0.030
. La franja brillante de segundo orden ( = 2) esta
a a 4.5
de la línea central. La distancia entre franjas brillantes adyacentes es:
a) 1.5
b) 3.2
c) 4.2 cm
d) 5.6
e) 2.2
4) (5 puntos) Los valores del radio, cantidad de movimiento lineal y energía del electrón en el
estado = 4 del átomo de hidrogeno son respectivamente: (Asumir el modelo de Bohr)
a) 6.68 10
, 2.0 10
∙
, −0.85
c) 7.42 10
, 5.0 10
∙
, −0.85
b) 3.68 10
d) 2.22 10
e) 8.48 10
, 2.0 10
, 4.0 10
, 5.0 10
∙
∙
∙
, −0.85
, −0.85
, −0.85
5) (5 puntos) El nivel de intensidad en dB de una onda sonora que tiene una intensidad de
15 10
/
es:
a) 20
b) 200
c) 92
d) 9
e) 10
6) (5 puntos) Una maquina térmica ideal funciona según el ciclo de Carnot, con la particularidad de
que el 80% del calor recibido del foco caliente es cedido al foco frio. La cantidad de calor que
recibe del foco caliente es igual a 1.5 kcal. El rendimiento o eficiencia del ciclo es:
a) 10%
b) 15%
c) 20%
d) 25%
e) 28%
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7) (5 puntos) Un mol de gas ideal ocupa un volumen y se expande hasta un volumen 2 en un
proceso cuasiestatico tal que =
, donde a es una constante. El trabajo hecho por el gas
durante la expansión es
a) 7
b)
c) 7
d)
e) 7
8) (5 puntos) La variación de entropía al fundirse 1.0 kg de hielo que se encuentra a 0o C es: (calor
latente de fusión del hielo
a)
b)
c)
d)
e)
9)
a)
b)
c)
d)
e)
10)
=
.
= 4.19 )
135.3
/
325
/
92.8
/
458.3
/
292.7
/
(5 puntos) Halle la temperatura de un horno, sabiendo que su boca, que tiene 6.1
emite
8.28 calorías en un segundo. Considere que esta radiación se aproxima a la del cuerpo negro. (1
caloría = 4,19 J)
801
1001
1501
1801
2001
(5 puntos) Cuando se ilumina cierta superficie metálica con luz de diferentes frecuencias, se
miden los potenciales de frenado de los fotoelectrones. La información se registra en la tabla
8.20
7.41
10
V,Voltios
1.48
1.15
Halle la función trabajo del material.
a)
b)
c)
d)
e)
1
1.27 eV
1.89 eV
0.78 eV
2.45 eV
2.98 eV
6.88
0.93
6.10
0.62
5.49
0.36
5.18
0.24
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SECCION III
PROLEMA ABIERTO (Justifique sus respuestas de manera
clara y concisa en los espacios en
blanco. Resultados escritos sin ningún tipo de justificación tienen cero puntos de manera
automática)
1)
= 8.31
(TOTAL 30 puntos) Cierta cantidad de oxigeno (diatómico) ocupa el volumen = 3
a
temperatura = 27
y a presión = 8.2 10
como se observa en la figura a. En
el segundo estado el gas tiene los parámetros
= 4.5
, = 6.0 10
.
p (Pa)
A
p1
p2
p (Pa)
D
A
p1
V1
p2
B
C
V2
Figura a
V (litros)
D
B
C
V1
V (litros)
V2
Figura b
a) (9 puntos) Completar la siguiente tabla en las unidades de kilojulio. (
=
)
=
b) (9 puntos) Completar la siguiente tabla en las unidades de kilojulio. (
=
)
=
A lo largo del camino
ACB
=
A lo largo del camino
ADB
=
=
=
∆
∆
,
=
,
=
=
=
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c) (9 puntos) Calcular la eficiencia del ciclo para la misma cantidad de gas de oxigeno, si este se
somete al ciclo que se indica en la figura b.
d) (3 puntos) Si la eficiencia del ciclo en la practica resulta ser solo del 3.0 % determine las
perdidas por friccion y otros factores.