FÍSICA II
COOR DINACIÓN D DE A ADMINISTR ACIÓN ESCOLAR Y DEL S SISTEMA A ABIER TO Y D
CUADERNO D DE A ACTIVIDADES D DE A APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y Y R RETROALIMENTACIÓN DE LLA A ASIGNATURA
FÍSICA II (Versión Preliminar)
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN CONSOLIDACI ÓN Y RETROALIMENTACIÓN RETROALIMENT ACIÓN
1
FÍSICA II
FÍSICA II
Coordinador General del Proyecto: •
Álvaro Álvarez Barragán Barragán
Dirección Técnica: •
Uriel Espinosa Robles
Coordinación : •
Luis Antonio López Villanueva
Elaboración: •
Silvia Rodríguez Rodríguez
Revisión de contenido: • •
Hazael Huerta Romero Alberto Romero Ojeda Ojeda
Asesoría Pedagógica: •
Obdulia Martínez Villanueva
Diseño Editorial • •
Mayra Nancy Martínez Zamudio Julia Mary Soriano Saenz
Asistencia Técnica •
Alfredo Barrera Hernández Hernández copyright en trámite para el colegio de Bachilleres, México. Colegio de Bachilleres, México Rancho Vista hermosa No. 105 Ex-Hacienda Coapa, 04920, México, D.F.
La presente obra fue editada en el procesador de palabras Word 97. Word 97, es marca registrada por Microsoft Corp. Ninguna parte de esta publicación, incluido el diseño de la cubierta, puede reproducirse, almacenarse o transmitirse en forma alguna, ni tampoco por medio alguno, sea este eléctrico, electrónico, químico, mecánico, óptico, de grabación o de fotocopia, sin la previa autorización escrita por parte del Colegio de Bachilleres, México.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN CONSOLIDACI ÓN Y RETROALIMENTACIÓN RETROALIMENT ACIÓN
2
FÍSICA II
FÍSICA II
Coordinador General del Proyecto: •
Álvaro Álvarez Barragán Barragán
Dirección Técnica: •
Uriel Espinosa Robles
Coordinación : •
Luis Antonio López Villanueva
Elaboración: •
Silvia Rodríguez Rodríguez
Revisión de contenido: • •
Hazael Huerta Romero Alberto Romero Ojeda Ojeda
Asesoría Pedagógica: •
Obdulia Martínez Villanueva
Diseño Editorial • •
Mayra Nancy Martínez Zamudio Julia Mary Soriano Saenz
Asistencia Técnica •
Alfredo Barrera Hernández Hernández copyright en trámite para el colegio de Bachilleres, México. Colegio de Bachilleres, México Rancho Vista hermosa No. 105 Ex-Hacienda Coapa, 04920, México, D.F.
La presente obra fue editada en el procesador de palabras Word 97. Word 97, es marca registrada por Microsoft Corp. Ninguna parte de esta publicación, incluido el diseño de la cubierta, puede reproducirse, almacenarse o transmitirse en forma alguna, ni tampoco por medio alguno, sea este eléctrico, electrónico, químico, mecánico, óptico, de grabación o de fotocopia, sin la previa autorización escrita por parte del Colegio de Bachilleres, México.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN CONSOLIDACI ÓN Y RETROALIMENTACIÓN RETROALIMENT ACIÓN
2
FÍSICA II
INDÍCE PRESENTACIÓN
4
INTRODUCIÓN.
5
I.
6
II. III.
OBJETIVOS DE EVALUACIÓN SUMATIVA TEMAS FUNDAMENTALES. RETROALIMENTACIÓN RETROALIMENT ACIÓN Y VERIFICACIÓN DE APRENDIZAJE
8 9
3.1 COMPENDIO FASCÍCULO 1. M ÁQUINAS SIMPLES Y ENERG Í A INTERNA
9
3.2 COMPENDIO FASCÍCULO 2. TRANSMISIÓN T RANSMISIÓN DE ENERG Í A EN SÓLIDOS
18
3.3 COMPENDIO FASCÍCULO 3. PRESIÓN Y ENERGÍA EN FLUIDOS
22
IV.
HOJA DE COTEJO DE LA EVALUCI ÓN
30
V.
EVALUACIÓN MUESTRA.
33
5.1 HOJA DE RESPUESTAS 5.2 HOJA DE COTEJO
49 51
BIBLIOGRAFÍA
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN CONSOLIDACI ÓN Y RETROALIMENTACIÓN RETROALIMENT ACIÓN
52
3
FÍSICA II
PRESENTACIÓN El presente Cuaderno de Actividades de Aprendizaje, Consolidación y Retroalimentación ha sido elaborado tomando en cuenta los diferentes aspectos que caracterizan a los estudiantes del Sistema de Enseñanza Abierta del Colegio de Bachilleres. El cuaderno ha sido estructurado de tal forma que facilite la verificación de los aprendizajes obtenidos a través del estudio de l compendio fascicular . Los elementos de didácticos que lo estructuran son los siguientes: •
Objetivos de evaluación sumativa que te informa acerca de lo que se pretende lograr con el estudio del compendio fascicular .
•
Temas fundamentales donde se mencionan los contenidos que a nivel general se abordan en el Cuaderno.
•
Retroalimentación y verificación de aprendizajes en el cual encontrarás instrucciones generales y del compendio fascicular, la síntesis de cada tema, ejemplos y evaluación a contestar.
•
Hoja de cotejo de evaluación en la cual identificarás respuestas correctas de los reactivos a que respondiste.
•
Evaluación muestra donde se te presentan reactivos semejantes a los que te vas a encontrar en tu evaluación final de la asignatura.
•
Bibliografía que te apoya en la ampliación del conocimiento independientemente del compendio fascicular .
Esperando te sirva de apoyo para tu aprendizaje:
¡ TE DESEAMOS SUERTE !
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN CONSOLIDACI ÓN Y RETROALIMENTACIÓN RETROALIMENT ACIÓN
4
FÍSICA II
INTRODUCCIÓN El Departamento de Evaluación de la CAESA como parte de su actividad y basado en la concepción de evaluación que se tiene “...como un proceso integral, sistemático, continuo y flexible, que valora aspectos y elementos... por medio de la aplicación de distintas técnicas, procedimientos e instrumentos que proporcionan información... que permite tomar decisiones...” 1 ha elaborado el siguiente Cuaderno de Actividades de Aprendizaje, Consolidación y Retroalimentación. El cuaderno tiene el propósito de apoyar al estudiante en su proceso de asesoría que desarrolla en el Sistema de Enseñanza Abierta, es un trabajo que da cuenta de la totalidad de objetivos de evaluación sumativa de la asignatura a la que está dirigida; cabe señalar que es un documento para uso del estudiante y del asesor. Asimismo tiene como finalidad apoyar en los aprendizajes que posee el estudiante, además de prepararlo para la evaluación sumativa, ya que resolviendo los ejercicios que se presentan, se reafirmarán e identificarán aquellos avances y/o problemáticas que se tienen de uno o más contenidos de la asignatura. La asignatura de Física II, tiene como objetivo general, introducirse al estudio de la transferencia de energía (calor) , para abordar el estudio del Modelo Cinético Molecular, procesos termodinámicos, así como la transmisión de energía a través del concepto de presión en sólidos y fluidos. Además, sirve como base para abordar Física III y Física Moderna I, para esto se auxilia de otras materias como Matemáticas, para la abstracción en el planteamiento de problemas donde hay que desarrollar la relación de proporcionalidad, ecuaciones algebraicas y funciones trigonométricas, con Taller de Lectura y Redacción para la comprensión, análisis y redacción de textos relacionados con la materia; con Química para establecer cuales son los cambios Físicos y Químicos y con Biología que establece los diferentes niveles de organización de la materia viva. Con base a lo anterior, este Cuaderno de Actividades de Aprendizaje, Consolidación y Retroalimentación apoyará:
Al Asesor. •
Para emplear las propuestas como un apoyo más para el proceso formativo de los estudiantes, conjuntamente con los fascículos y materiales que haya desarrollado como parte de su práctica educativa.
¡ ESPERAMOS LE SEA DE UTILIDAD ! Al Estudiante. Para utilizarlo como un apoyo en su estudio independiente, su proceso formativo y su evaluación sumativa.
¡ ÉXITO !
1
COLEGIO DE BACHILLERES, La Evaluación del Aprendizaje en el SEA. Documento Normativo. CAESA, 1998, pág. 12. CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN CONSOLIDACI ÓN Y RETROALIMENTACIÓN RETROALIMENT ACIÓN
5
FÍSICA II
I. OBJETIVOS DE EVALUACIÓN SUMATIVA COMPENDIO F FASCÍCULO 1 1 •
Aprenderá que la transferencia de energía en forma de trabajo o calor, puede producir energía a nivel molecular, auxiliándose de los elementos proporcionados por la teoría cinético molecular difusión y dilatación) y explicar así los cambios de estado físico.
•
Aprenderá que la transferencia de energía en forma de trabajo o calor, para relacionarlo a la fricción con el movimiento de los cuerpos y la disipación de la energía.
•
Determinará el trabajo que realizan las máquinas mecánicas y su eficiencia, manipulando dispositivos sencillos, donde suban y bajen objetos sin lubricante.
•
Interpretará a la energía interna como energía de las moléculas.
•
Aplicará la expresión matemática
•
Aplicará el concepto de potencia, la determinará usando dispositivos sencillos con lo s cuales se transmite energía en forma de calor o trabajo.
∆ Ei = 4.2m∆T
COMPENDIO F FASCÍCULO 2 2 •
Utilizará la expresión ∆ = k m ∆T, para calcular los cambios de energía interna entre dos masas de agua a diferentes temperaturas que se mezclan, y de una masa de agua con un metal en desequilibrio térmico.
•
Distinguirá que materiales emiten energía en forma de calor más rápidamente, y como se transmite.
•
Verificará que cuando hay transmisión de energía entre dos sistemas, la energía cedida es aproximadamente igual a la energía absorbida.
•
Identificará algunos fenómenos metereológicos, como el clima y las corrientes de aire, como consecuencia de la propagación del calor.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
6
FÍSICA II
COMPENDIO F FASCÍCULO 3 3 •
Describirá los efectos de la elasticidad del aire.
•
Definirá el concepto de presión, como el coeficiente fuerza sobre área y reconocerá al Pascal (Pa) como unidad del sistema internacional.
•
Determinará la presión en Kpa.
•
Explicará la manera en que se relaciona la presión de una cantidad de aire atrapado, con el volumen y la temperatura.
•
Identificará los procesos termodinámicos: isotérmicos, isobáricos y adiabáticos.
•
Relacionará el peso del aire con los cambios de presión atmosférica en función de la altura sobre el nivel del mar.
•
Identificará el principio de Pascal.
•
Relacionará como influye la presión atmosférica en los fluidos.
•
Definirá los conceptos de densidad y viscosidad.
•
Identificará los principios de Arquímedes y Bernoulli.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
7
FÍSICA II
II. TEMAS FUNDAMENTALES COMPENDIO FASCÍCULO 1 MAQUINAS SIMPLES Y ENERGIA INTERNA Máquinas simples • Conservación de la energía • Eficiencia • Energía interna • Modelo cinético molecular Transmisión de energía en agua • Calentadores: - Químico - Eléctrico - Solar • Potencia
COMPENDIO FASCÍCULO 2 TRANSMISIÓN DE ENERGÍA EN SÓLIDOS • Equilibrio
térmico •Capacidad térmica especifica •Corrientes de convección
COMPENDIO FASCÍCULO 3 PRESIÓN Y ENERGÍA EN FLUIDOS Presión Elasticidad del aire • Presión • Presión atmosférica • Procesos termodinámicos •
Energía en fluidos • Principio
de Pascal de Arquímedes • Principio de Bernoulli • Principio
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
8
FÍSICA II
III. RETROALIMENTACIÓN VERIFICACIÓN DE APRENDIZAJES
3.1 COMPENDIO FASCÍCULO 1. MÁQUINAS SIMPLES Y ENERGÍ A INTERNA Este compendio fascículo 1 consta de dos unidades. En la unidad 1 como trabajan las máquinas y su utilidad, así como el uso de la energía. En la unidad 2 estudiarás la transmisión de energía al agua mediante distintos tipos de calentadores, así como la potencia de éstos. Capítulo 1 En este capí tulo determinaste que es una máquina, su eficiencia y potencia; transmisión de energía en forma de calor o trabajo; interpretaste la energía interna a partir del modelo cinético molecular (difusión y dilatación de cuerpos). Máquinas simples Las máquinas son artefactos creados por el hombre para facilitarse la vida y realizar menor esfuerzo corporal, sustituyéndolo con mecanismos que producen la misma energía sin que el hombre desarrolle gran esfuerzo físico para producirla. Para esto veremos las bases fundamentales de las máquinas que son: palancas, poleas, planos inclinados y más adelante máquinas complejas y térmicas, etc :
Palancas: una barra rígida inflexible, recta, angular o curva, que tiene un punto de apoyo ( en el cual también puede girar) de tal manera que haciendo esfuerzo sobre un extremo de la barra se puede levantar un peso o vencer la resistencia de otro cuerpo colocado en el extremo opuesto, en otras palabras sirve para transmitir una fuerza.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
9
FÍSICA II
Poleas: La polea simple consiste en una rueda fija por la que pasa una cuerda, de uno de cuyos extremos cuelga un peso, el cual se sube jalando con la mano desde otro extremo.
Plano inclinado: es una máquina que permite subir cuerpos hasta una cierta altura con un esfuerzo menor que si lo hacemos directamente en dirección vertical.
Una máquina compleja es la combinación de las máquinas simples, ya que después se crearon las máquinas eléctricas, químicas, hasta llegar a las más modernas actualmente (electrónicas). Las cuales deben su funcionamiento a La Ley de la Conservación de la Energía, que nos dice que el trabajo aplicado es igual (teóricamente), al trabajo obtenido.
Eficiencia en máquinas Como podrás ver una máquina no conserva toda la fuerza aplicada debido a que el trabajo de entrada es diferente al de salida. Y ésto se debe a que en todas las máquinas existe rozamiento, provocando una pérdida de energía en forma de calor. Ahora si relacionamos al trabajo de entrada con el de salida, vamos a relacionarlo con la eficiencia o rendimiento de la máquina, que tanto trabajo nos entrega la máquina a diferencia del de entrada y se calcula con la siguiente fórmula:
e % = Ws We
x 100
Hay que multiplicar el resultado por 100 para que obtengas el porcentaje de la eficiencia ya que este valor siempre debe ser menor de 1 y para que no te equivoques al calcular la eficiencia, toma en cuenta que el trabajo de salida es menor que el de entrada, y éste debe de ir arriba(numerador) de la división. Si el valor fuera igual a 1 estaríamos hablando de una máquina 100 % eficiente ( o máquina ideal), hasta ahora no se ha construido.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
10
FÍSICA II
EJEMPLO Con una polea se va a subir 12 m un bote que contiene 30 kg de arena, para lo cual se le aplica una fuerza de 567 N y se jaló la cuerda 8 m . Calcula la eficiencia de la polea. Datos
Fórmula
h1 = 12 m m = 30 kg F = 567 N h2 = 8 m
We = Fx d
Sustitución We = (567 N)(8 m) = 4536 J
Resultado e = 77.85 %
Ws = ph e = Ws We
Ws = (30 kg)(9.81m/s 2 )(12m) = 353 1.6 J e = 3531 x 100 = 77.8 % 4536
¿Cuál es la eficiencia de un juego de sube y baja que en un extremo se aplicó una fuerza de 486 N, para subir a un niño 48 kg a una altura de 1.5 m? Datos Fe = 486 N h = 1.5 m m = 48 kg h = 1.5 m
Fórmula We = Fx d Ws = ph e = Ws We
Sustitución We = (486N)(1.5m) = 729 J Ws = (48kg)(9.81m/s 2 )(1.5m) = 706.3 J
Resultado e = 96 %
e = 706.3 J ( 100 ) = 96 % 729 J
Energía interna Como mencionamos anteriormente la energía se pierde en forma de calor y se transfiere a otro sistema, en este caso se transforma (disipa) en el medio ambiente; pero si pasara a un poco de agua ésta elevaría su temperatura, a partir del movimiento mecánico de las máquinas. Si estamos hablando de calor hay que analizar El Modelo Cinético Molecular de un cuerpo; un cuerpo está formado por una serie de moléculas y dependiendo del material del que esté compuesto es su estructura. Si hablamos de un cuerpo sólido las moléculas estarán muy juntas, si es líquido tienen una separación (podemos decir media); pero si es un gas esta separación es mucho mayor. Las moléculas de los cuerpos siempre están en constante movimiento, por lo cual diremos que es la Energía Interna de un cuerpo y generalmente se manifiesta en forma de calor ( transmisión de energía de un cuerpo a otro), que está fluyendo constantemente de un cuerpo a otro. Para que entiendas un poco mejor como es la energía interna te daremos varios ejemplos.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
11
FÍSICA II
EJEMPLO Estudiaremos el modelo molecular de un cuerpo el cual es un cristal que tiene forma de cubo en donde están unidas las moléculas como se muestra en la figura, haz de cuenta que las uniones son pequeños resortes que soportan el constante movimiento, se le aplica calor y las moléculas tienden a moverse más rápidamente y esto provoca un alejamiento entre ellas ( los resortes se estiran o provocan una dilatación).
Otra forma de ver la energía interna es colocando tres vasos con agua a diferentes temperaturas e ir agregándoles un poco de café soluble o una bolsita de té de jamaica ( por el color), te darás cuenta como se va dispersando el café en el agua, entre mayor sea la temperatura esa dispersión será más rápido.
De esta forma decimos que la energía interna de un cuerpo aumentó, debido a que se aceleró el movimiento en las moléculas, provocando un aumento en su temperatura. Para cuantificar la energía de un cuerpo (en general) debemos de utilizar la fórmula de energía interna que es: Ei = Κ m ∆T ∴Κ = constante Pero por ahora utilizaremos para calcular la energía interna en agua, que es la siguiente fórmula. Ei = 4.2 m ∆T donde : 4.2 = la capacidad térmica del agua. m = masa ∆T = Tf - Ti = cambio de temperatura La unidad de la energía interna es el Joule o kJ
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
12
FÍSICA II
EJEMPLO A una máquina mecánica se le suministra una cantidad de agua para evitar el calentamiento; al calor lo absorbe el agua. A una muestra de 800 g se le tomó la temperatura el aumento fue de 20ºC a 42 ºC. Calcular la energía interna que recibió el agua. Datos
Fórmula
m = 800 g ∆T = 42-20 = 22 ºC
Ei = 4.2 m ∆T
Sustitución Ei = (4.2 KJ/kgºC)(0.80kg)(22ºC)= 73.92 kJ Resultado
= 73.92 kJ
Si al cuerpo se le agrega calor ( se les transmite energía) provocamos que las moléculas aumenten su movimiento (ya que siempre tienen movimiento constante) y ésto provoca una separación entre ellas es decir una dilatación del material, por esta razón al trasmitirle energía a un cuerpo éste sufre de una dilatación; donde más lo notamos es en los metales, esa es la explicación el porqué las vías del tren tiene una separación o porqu e las divisiones en el pavimento. Como viste al trasmitirle energía a un cuerpo también aumentamos su temperatura ; pero qué es la temperatura: es la medida de la energía cinética molecular. Como ya hemos dicho un cuerpo se dilata al calentarlo y ésto es aprovechado por los termómetros de líquido. Se tienen diferentes tipos de termómetros de acuerdo a su punto de referencia ésta es para cada tipo de escala: para la Celsius utiliza el punto de fusión y de ebullición del agua como referencia; para la Fahrenheit el punto de congelación de una mezcla de hielo y sal por un lado y por otro es la temperatura normal de un cuerpo humano. La Kelvin toma como referencia el mínimo movimiento en las moléculas de un cuerpo y el punto de ebullición del agua normal tomada con un termómetro de gas a volumen constante. y sus limites de cada escala son los siguientes: La escala Celsius o grados centígrados el punto bajo es 0ºC y el alto es 100 ºC. La escala Fahrenheit el punto bajo es de 32ºF y el alto 212º F La escala Kelvin el punto bajo es 273ºk y el más alto es 373ºk
Contesta las siguientes preguntas en tu cuaderno de notas tratando de no regresarte a leer la información del cuadro. 1.- ¿Qué nos indica la eficiencia de una máquina? 2.- Si tenemos dos máquinas A y B cuya eficiencia de la primera es del 85% y en la segunda es de 72 %, tiene que ser necesario que la primera también fuera la que recibiera mayor trabajo de entrada. 3.- Al hacer una combinación de las máquinas simples estamos armando una más compleja que ventajas ves en esta aplicación. 4.- Cuando patinas en hielo hay menor fricción que si patinas en cemento, debido a la superficie, como afecta esto al intercambio de la energía.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
13
FÍSICA II
5.- Si vas en un automóvil y frenas intempestivamente provocando un derrape podemos apreciar ... 6.- Utilizando el modelo cinético molecular indica qué pasa, si inflas un globo con aire caliente: 7.- Tenemos un cubo de hielo al cual se le está imprimiendo calor, cuando el hielo llega a su punto de fusión que pasa con las moléculas de éste: 8.- La razón de eficiencia de una máquina es: 9.- Una máquina simple disipará menor cantidad de energía en forma de calor cuando... 10.- La temperatura Celsius o centígrada es la que conocemos , generalmente cual es su escala de referencia ... 11.- Una escala que comúnmente utilizamos para medir la temperatura en nuestra materia es ... 12.- Al calentar una esfera de metal y la quieres meter en un anillo metálico .. 13.- En un contenedor con agua, al calentar de 32-79°C se obtuvieron 8.6 kJ. calcular la cantidad de agua empleada.
UNIDAD 2 En esta unidad estudiaste la transmisión de energía a partir de calentadores: químicos, eléctricos y solares, cuantificándola a partir de la ecuación ∆ = 4.2 m ∆T, además de obtener la potencia de cada uno de ellos identificando cuál es más conveniente. TEMA: TRANSMISIÓN DE ENERGÍA Y P OTENCIA. En la unidad anterior hablamos de pérdida de energía en un sistema, ahora veremos como se trasmite la energía de distintos sistemas al agua. Para ello mencionaremos tres calentadores químico, eléctrico y solar que se describirán a continuación.
Calentador químico Es un dispositivo que utiliza sustancias químicas como alcohol, petróleo, gasolina, gas, ceras, etc, y mediante el proceso de combustión produce energía calorífica que en este caso la trasmitimos a una masa de agua, para variar su temperatura, si observas con cuidado las sustancias que se utilizan, entre ellas está el gas por lo tanto tu estufa, el calentador del baño, una vela, etc, son calentadores químicos; la diferencia entre uno y otro es el tiempo que tardan en trasmitir la energía a esta capacidad de trasmisión se le conoce como potencia del calentador .
Calentador eléctrico También como nosotros llegamos a calentar agua por medio de un calentador eléctrico, donde utilizamos el efecto térmico de la energía eléctrica para trasmitir energía calorífica . Cuando utilizamos una cafetera eléctrica, una parrill a eléctrica, una resistencia eléctrica, etc. Tenemos otros trasmisores de energía eléctrica pero que no utilizamos para calentar agua, pero es importante mencionarlos como la plancha, calefactor, etc. También dependiendo del aparato es el tiempo que tarda en trasmitir la energía al agua, con esto también podemos calcular la potencia de este calentador . CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
14
FÍSICA II
Calentador solar Otra forma de trasmitir energía al agua es a través de la luz solar, es decir por medio del calentador solar que en todo caso podríamos utilizar una celda solar que es un dispositivo el cual absorbe y almacena la energía solar para convertirla en eléctrica (generalmente), dependiendo de la forma como transmitimos la energía, concluimos que nuestro calentador solar tardará más tiempo en trasmitir energía al agua, y con esto también podemos calcular la potencia del calentador solar . Para poder cuantificar la energía que trasmiten los calentadores al agua nos auxiliamos de la f órmula de la energía interna en agua que es ∆Ei = 4.2 m ∆T; la fórmula incluye la capacidad térmica específica del agua ( es decir que para incrementarle su temperatura a 1ºC a un kg de agua necesitamos 4.2 kJ/kgºC)
EJEMPLO Se encendió una cafetera con capacidad para 10 tazas ( que equivale a 2 lt de agua), tardó en calentar 10 min, si el agua estaba a 18º C y alcanzó una temperatura de 76ºC, ¿Cuál es la energía transmitida? Datos
Fórmula
m = 2 lt ∆T=76 ∆Ei
∆Ei=
4.2 m ∆T
Sustitución Ei= (4.2 KJ/kgºC )(2kg )( 58ºC ) = 487.2 KJ
- 18= 58ºC
=?
Ei= 487.2 KJ
Víctor dejó en el patio de su casa una cubeta de 12 lt de agua a medio día por 4 hrs, al revisarla encontró que el agua tenía una temperatura de 35ºC y al dejarla tenía 22ºC. Indica la energía que se le transmitió al agua. Datos
Fórmula
m = 12 lt ∆T=35 ∆Ei=
∆ Ei=
4.2m ∆T
Sustitución ∆Ei
= (4.2 KJ/kgºC )( 12 kg )( 13ºC ) = 655.2 kJ
-22= 13ºC
?
∆ Ei
= 655.2 kJ
Carla va hacer una gelatina y necesita hervir 1 lt de agua para tal efecto utiliza su estufa por 15 min. al comenzar a calentar el agua su temperatura era de 18ºC y llegó a 93ºC. Calcula la energía que transmitió el calentador químico. Datos
Fórmula
m = 1 kg
Ei = 4.2 m ∆T
∆T=93-18
Ei = ?
Sustitución Ei = (4.2 KJ/kgºC )(1 kg )( 75ºC ) = 315 kJ
= 75ºC Ei = 315 kJ
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
15
FÍSICA II
En todos los ejemplos te diste cuenta que se maneja el tiempo con el que se trasmite la energía , si recuerdas en la descripción de los calentadores hablamos de potencia; la potencia nos da una idea de la rapidez con que se efectúa un trabajo, por lo que podemos decir que un calentador es más potente si utiliza menos tiempo en transmitir la energía, y la podemos calcular con la siguiente fórmula: P = Ei t La unidad con que se mide la potencia es Watt, en otras palabras diremos que equivale a J/s 1 watt = 1 Joule 1s
=J
EJEMPLO Utilizando los ejemplos de energía interna calcula la potencia de cada uno de los calentadores mencionados. Se encendió una cafetera con capacidad para 10 tazas ( que equivale a 2 lt de agua), tardó en calentar 10 min, si el agua estaba a 18º C y alcanzó una temperatura de 76ºC. Si la energía interna del sistema es 487.2 KJ Datos ∆Ei=
487 kJ t = 10 min = 600 s
Fórmula
Sustitución
P = ∆Ei t
P = 487.2 = 0.812 kwatt 600 s
Resultado P = 0.812kwatt
P=? Victor dejó en el patio de su casa una cubeta de 12 lt de agua a mediodía por 4 hrs, al revisarla encontró que el agua tenía una temperatura de 35ºC y al dejarla tenía 22ºC. La energía que se le transmitió al agua es de 655.2 kJ Datos
Fórmula
∆Ei=
655.2 kJ P = ∆Ei t = 4 hrs = 14400 s t
Sustitución P = 655.2 kJ = 0.0455 kwatt 14400 s
Resultado P = 0.0455 kwatt
P=? Carla va hacer una gelatina y necesita hervir 1 lt de agua, para tal efecto utiliza su estufa por 15 min. al comenzar a calentar el agua su temperatura era de 18ºC y llegó a 93ºC. La energía que transmitió el calentador químico es de 315 kJ Datos
Fórmula
∆Ei=
P = ∆Ei t
315 kJ t = 15 min = 900 s
Sustitución P = 315 kJ = 0.35 kwatt 900 s
P = 0.35 kwatt
P=?
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
16
FÍSICA II
14.- Un calentador tiene mayor potencia si... Se tienen tres vasos con distintas sustancias, durante 3 s. se calentaron 100g de agua en cada uno de ellos y se obtuvo la siguiente información. VASO 1 2 3
T1 - T2 10 40 22 37 20 43
CALENTADOR Mechero de alcohol celda solar parrilla eléctrica
De los datos anteriores responde las siguientes preguntas en tu cuaderno de notas. 15.- ¿Cuál es la potencia obtenida en el vaso 1? 16.- La potencia obtenida en el vaso 2 es ... 17.- ¿Cuál es la potencia en el vaso 3?
Lee cuidadosamente el siguiente problema y con los datos obtenidos responde las siguientes dos preguntas en tu cuaderno de notas. Se tienen tres vasos de precipitados donde se depositan 200 g. de agua en cada vaso y se calientan a 35°C. vaso 1 Usando celdas solares se calentó en 15 min. (absorbiendo 1.5 kJ) vaso2 Usando parrilla eléctrica durante 10 min. (empleando 110 watts) vaso 3 Consumiendo 0.01 kg. de petróleo por 5 min. (absorbiendo 4.5 kJ) 18.- ¿La energía que utilizamos en los tres vasos es la misma? 19.- ¿Si la temperatura a la que llegaron los tres vasos es la misma también la eficiencia es igual en los tres vasos? Resuelve los siguientes problemas en tu cuaderno de notas, utilizando la f órmula de intercambio de energía.
20.- En un calentador eléctrico se tienen 35 kg. de agua y aumentó la temperatura de 27°C a 50°C en 15 s. Calcula la potencia. 21.- Un calentador químico, aumenta la temperatura de 30kg. de agua al quemar gasolina durante 25 s. produciendo una energía de 76 kJ., calcula la potencia del calentador.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
17
FÍSICA II
3.2 COMPENDIO FASCÍCULO 2. TRANSMISIÓN DE ENERGÍA EN SÓLIDOS En este compendio fascículo 2 estudiaste como se transfiere la energía en cuerpos sólidos principalmente en metales, para llegar a un equilibrio térmico como obtener el calor específico de éstos, como son los tipos de transmisión de energía Equilibrio térmico Al tener sobre una mesa un cuerpo caliente (taza de té, un plato de sopa) o cuerpo frío ( un helado, un cuchara metálica) a una temperatura ambiente , el objeto tenderá hacia el equilibrio térmico con su entorno, es decir el objeto caliente se enfría y el frío se calienta. Por ejemplo, si tienes un plato de sopa caliente, después de un rato notarás que su temperatura disminuyó , y si dejas un helado este tiende a deshacerse después de unos cuantos minutos debido a que su temperatura se comienza a elevar, si te diste cuenta la temperatura de cada objeto se acerca a la temperatura de su entorno. Si notaste para encontrar el equilibrio térmico hay un intercambio de energía interna entre el sistema ( sopa) y su entorno (medio ambiente). Con la finalidad que entiendas mejor te daremos la definición de calor: “El calor es energía que fluye entre un sistema y su entorno en virtud de una diferencia de temperatura entre ellos” Con el propósito de sintetizar podemos decir que para encontrar el equilibrio térmico necesitamos que la energía interna del sistema sea diferente a la de su entorno, se tenga transmisión de energía hasta llegar al equilibrio térmico los dos sistemas : ∆ Ei1
=∆Ei 2 .
Ahora vamos a retomar un poco la información del fascículo anterior, vimos la transferencia de energía de un calentador a una masa de agua , a continuación veremos el intercambio de energía entre dos masas de agua con distintas temperaturas, para lo cual utilizaremos nuestra fórmula ya vista de energía interna en agua. ∆Ei = 4.2 m ∆T.
EJEMPLO Se tienen dos masas de agua de 3 kg y 1.5 kg a distintas temperaturas 34ºC y 78ºC respectivamente, se mezclaron, obteniendo una temperatura final de 45ºC. Indica el intercambio de energía interna al mezclar el agua. Datos
Fórmula
m1 = 3 kg m2 = 1.5 kg
∆Ei
Sustitución
= 4.2 m ∆T
∆Ei 1=
4.2 kJ (3kg)(11ºC) = 138.6 kJ kgºC
∆Ei1 = ∆Ei2 ∆T1 =
45-34 = 11ºC ∆T2 = 45 -78ºC = -33ºC
∆Ei2
= 4.2 kJ (1.5kg)(-33ºC)= -207.9 kJ kgºC
∆Ei1 = ∆Ei 2 ∆Ei1 -∆Ei 2
=0 138.6 - (-207.9) = 346.5 kJ CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
18
FÍSICA II
Hemos estado viendo la transferencia de energía solamente en agua ahora vamos hablar de la transferencia de energía a objetos sólidos (metales) a partir de una masa de agua Por ejemplo si introducimos un trozo de metal en un recipiente con agua caliente el metal elevar á su temperatura. Para que se entienda con mayor claridad estudiaremos tres formas de transmisión de energía: conducción, radiación y convección.
Conducción : Es la transferencia de energía a través de una forma directa o por contacto, por ejemplo si pones una barra de metal al fuego se transfiere la energía de la lumbre al metal por conducción a lo largo de la barra de metal. Al ir aumentando la temperatura en el extremo de contacto con el fuego las moléculas comienzan a moverse rápidamente y trasmiten ese movimiento a las moléculas cercanas, y así va corriendo por todo el metal hasta llegar hasta el otro extremo.
Radiación: es la transmisión de energía a través de ondas de la fuente hacia el objeto a calentar. Por ejemplo el calor del sol llega a la Tierra por medio de ondas electromagnéticas que viajan a través del espacio, o si pasas cerca de una fogata alcanzas a sentir el calor que llega también por radiación. Si los objetos tienen una temperatura alta emiten radiación electromagnética, pero si es baja la temperatura en un objeto este tiende a absorber las radiaciones electromagnéticas que llegan a él.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
19
FÍSICA II
Convección: Es la transferencia de energía a través de la elevación de las moléculas a partir del aumento de temperatura. La transferencia de calor por convección ocurre cuando al aire o al agua se calienta y tienden a mover sus moléculas hacia arriba y sus moléculas frías toman el lugar que las primeras dejan. Por ejemplo si quieres calentar agua con una vela se lograra mediante convección, ya que se va calentando una parte del agua y se va elevando la caliente y la fría baja si se logra este proceso se están creando las corrientes de convección como se muestra en la figura.
También este tipo de corrientes se presentan en las playas, en el día el aire caliente sube de la arena y el aire frío viene del mar; por la noche el aire caliente sube del mar y el aíre frío proviene del arena. Las formas de transmisión de energía que estudiaremos es a través de conducción por el contacto que hay entre los sistemas. Ahora veamos como se transfiere energía o mejor dicho cuanta energía es capaz de captar el sólido. Cuando estudiamos el fascículo 1 (unidad 2) hablamos de la capacidad térmica del agua, pero ahora la necesitamos para cada metal que utilizaremos, para lo cual la conceptualizaremos nuevamente: “es el calor que debe suministrarse a la unidad de masa para que su temperatura suba 1º C”. Para obtener la energía que se transmite en los metales utilizaremos las capacidades específicas de la siguiente tabla; pero también es importante saber como se obtiene. Capacidades térmicas específicas Plata Aluminio Cobre Hierro Plomo
K
kJ kgºC 0.212 0.900 0.398 0.477 0.131
Para obtener la capacidad térmica de un metal necesitamos introducirlo dentro de un recipiente con agua debido a que es conocido su calor espec ífico. Para calcular la energía transmitida debemos de utilizar la siguiente ecuación: ∆Ei
= k m ∆T
donde : K = es la capacidad térmica del metal m = masa ∆T = cambio de temperatura Los ejemplos siguientes nos ayudar án comprender como se obtiene la capacidad térmica de un metal (o cualquier objeto) que se meta en agua.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
20
FÍSICA II
EJEMPLO Se tienen 300 lt de agua a 23ºC en un recipiente en el cual se introdujo un lingote de hierro de 56 kg a 130 ºC, después de 10 minutos se tomó la temperatura al agua y fue de 67ºC. Calcular la transferencia de energía que hubo en el sistema. Datos fórmula sustitución ma = 300 kg Ta = 23ºC ∆Ei a = 4.2m∆T ∆Eia = 4.2(300kg)(67-23ºC) = 55440 kJ mh = 56 kg Th = 130ºC ∆Eih = K m∆T ∆Eih = k(56kg)(67-130ºC) = K(-3528) Tf = 67º C ∆Eia = ∆Ei h.. ∆Ei a - ∆Eih= 0 55440 - K(-3528) = 0 K = -55440 kJ = - 15.71 kJ 528 kJ kgºC En 20 lt de agua a 87ºC se metió 890 g de aluminio que tenía una temperatura de 14ºC, al cabo de 5 min se tomó la temperatura la cual fue de 43ºC. Calcula la capacidad térmica específica Datos ma = 20 kg Ta = 87ºC m Al = 0.890 kg T Al = 14ºC Tf = 43º C
fórmula
sustitución
∆Ei a =
4.2m∆T
∆Ei Al =
K m∆T
∆Eia = ∆Ei Al=
4.2(20kg)(43-87ºC)= -3696kJ
K(0.890kg)(43-14ºC)= K kJ/kgºC(25.81 kgºC)
∆Eia = ∆Ei Al ∆Eia - ∆Ei Al=
0 -3696 kJ- K(25.81) = 0 K = 3696 kJ = 143.20 kJ/kgºC 25.81 kgºC
Para resolver los siguientes problemas en tu cuaderno de notas, utiliza las f órmulas de intercambio de energía en agua o intercambio de energía en metales así como los datos de la siguiente tabla.
22.- Se tienen 200g de agua los cuales se distribuyen en partes iguales en dos vasos de precipitados. Hallar la temperatura inicial si se midieron 30 kJ y temperatura final de 40°C. 23.- Cuando se colocan 10g de Ni a 99.9°C en un recipiente aislado que contiene 80 g de agua a 20°C, el sistema alcanza equilibrio a 21.11°C. Calcular la capacidad térmica específica del Ni. Recuerda que: calor cedido por el Níquel = calor absorbido por él. 24.- Al poner dos masas de agua juntas a diferente temperatura hay: 25.- ¿Qué pasa con la energía cuando taladramos una pared ? 26.- De los siguientes materiales: Hierro, vidrio, plástico ordena de mayor a menor conductividad térmica de cada uno:
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
21
FÍSICA II
27.- En la figura siguiente se coloca una vela debajo de un rehilete, al cabo de un tiempo el rehilete comienza a moverse, debido a...
28.- Se realizó una mezcla con 150g de agua con una temperatura de 36ºC y 250 g a 97ºC más de agua, obteniendo una temperatura final 80ºC. ¿Qué cantidad de energía se transmitió? 29.- Con el signo obtenido en el problema anterior sabemos que hay: 30.- Si enfriamos una solución, su energía potencial: 31.- Si el día es muy caluroso, ocurre en el aire la:
3.3 COMPENDIO FASCÍCULO 3. PRESIÓN Y ENERGÍA EN FLUÍDOS
En el compendio fascículo 3 para su estudio de divide en dos unidades en la primera estudiar ás el concepto de presión , presión atmosférica y presión absoluta, así como los procesos termodinámicos; en la segunda se estudiara la presión en los fluidos a partir de los principios de Pascal, Arquímedes y Bernoulli. CAPITULO 1 En esta unidad estudiaste los conceptos de presión en sólidos principalmente, así como la presión que ejerce la atmósfera sobre la tierra y presión absoluta. También se estudi ó los proceso termodinámicos como isobárico, isovolumétrico, isotérmicos y adiabático y como influye la primera ley de la Termodinámica.
TEMA: PRESIÓN ELASTICIDAD DEL AIRE Para empezar a estudiar esta unidad, referente a la presión y a sus diferentes manifestaciones hay que iniciar con la conceptualización de fluidos y para eso no hacemos la siguiente pregunta:
¿Qué es un fluido? A los líquidos y los gases se le s llama fluidos por que cuando se aplica una fuerza por pequeña que sea, las moléculas que lo componen se mueven dando lugar a un desplazamiento continuo de la materia. CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
22
FÍSICA II
El aire está compuesto por una combinación de gases por lo que es considerado también como fluido, y si nosotros capturamos un poco de ese aire en un recipiente y le aplicamos una fuerza, lo vamos a comprimir si dejamos de aplicar la fuerza, éste volverá a su estado normal a ésta característica se le conoce como elasticidad del aire. Lo anterior lo puedes observar si tomamos el ejemplo de la jeringa: si tienes una masa de aire dentro de una jeringa sellada empujas el émbolo y verás como el volumen del aire disminuye y si lo sueltas regresar á a su estado inicial. Si observaste este ejemplo al empujar el émbolo estás aplicando una fuerza sobre una área determinada. Si retomamos estas variables como referencia entonces nos introduciremos en el concepto de presión que es: “ Fuerza normal aplicada por unidad de área”. Lo cual se puede simplificar de la siguiente manera:
P
=
F A
Para que relaciones a la presión con tu vida cotidiana te daremos a continuación una serie de ejemplos, para empezar solo recuerda como quedan las huellas de un gato que pisa sobre cemento fresco .
Si tenemos dos depósitos de agua uno con un fondo de área pequeña como un pozo y otro es una alberca el que presenta mayor área tiene menor presión.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
23
FÍSICA II
Con esto podemos ver que entre mayor es el área de contacto menor será la presión, por eso es que un Fakir cuando se recuesta sobre una cama de clavos estos no lo dañan pero si estuviera de pie los clavos se le ente r rarían como se muestra en la figura.
Si nos encontráramos en una pista de hielo y una persona tuviera patines romos y otros afilados cual crees que ejercería mayor presión sobre el hielo. La unidad con que se mide la presión es el Pascal (Pa) que equivale 1 Pa = N/m2. Ahora haciendo uso de nuestra fórmula realizaremos algunos ejemplos prácticos.
EJEMPLO Toño tiene un peso de 575 N se encuentra parado cubriendo un área de 28 cm 2. ¿Cuál es la presión que ejerce sobre el piso? Datos A = 28 cm2 F = 575 N P=?
fórmula P= F A
sustitución P = 575 N 0.028 m2
resultado R=
Si Toño se recostara y cubriera un área de 16.3 x 70 . Cual seria la presión que ejerciera sobre el suelo? Recordando que el aire tiene un peso y ocupa un espacio entonces hablemos sobre la presión que ejerce sobre nosotros, que es muy grande y como siempre esta presente ya no se percibe. A esta presión se le conoce como presión atmosférica que a nivel del mar equivale a 100 Kpa y está varía con la altura, por ejemplo la Cd. de México se encuentra a 2.2 km de altura y la presión atmosférica es de 78 kPa .Entonces nosotros ejercemos sobre la tierra una presión por la masa de nuestro cuerpo mas la masa del aire que nos presiona a esto se le conoce como presión absoluta. Para verificar que tanta presión ejerce en un envase la presión atmosférica veamos el siguiente ejemplo:
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
24
FÍSICA II
Si tienes un envase de plástico flexible con tapadera y popote como se muestra en la figura y lo tienes “vacio” ( de líquido porque tiene aire) le cierras la válvula y comienzas a succionar el aire el bote se aplastará es decir estás sacando el aire del recipiente y el aire exterior comienza a empujar para llenar el espacio que se desocupó .
Para entender lo antes mencionado resumiremos de la manera siguiente, tenemos tres tipos de presión : presión atmosférica, presión manométrica y presión absoluta.
Presión atmosférica: es la presión que ejerce el aire que nos rodea. Presión manométrica: es la diferencia del gas encerrado ( en un recipiente con manómetro) y la presión atmosférica. Presión absoluta: es aquella que considera la presión del manómetro más la atmosférica. Ahora veamos como influye la presión en los procesos termodinámicos. Un proceso termodinámico, donde vamos a relacionar el calor con la presión. Para esto tomaremos a los gases como referencias, y de aquí tomaremos volumen, presión y temperatura, para comenzar veremos que están compuestos de moléculas muy separadas, por lo cual ocupan todo el espacio del recipiente donde se les introduce . Proceso isotérmico: son procesos donde van a influir la temperatura, presión y volumen. Vamos a mencionar algunos de ellos:
Isotérmicos: quiere decir que tiene temperatura constante. Isovolumétricos: mantienen su volumen constante, ejemplo de esto son los cilindros de gas domésticos no importa cuanto tenga, el volumen no cambia. Isobáricos: Mantiene su presión constante, como las ollas express cuando le bajas la flama para estabilizar la presión. Adiabáticos: cuando el sistema no intercambia energía en forma de calor con el medio que lo rodea .Un ejemplo de esto lo vemos con los vasos de unicel por que podemos tener café caliente y no te quemas. Con la información del fascículo contesta las siguientes preguntas en tu cuaderno de notas : 32.- Al beber agua con un popote que le pasa a éste ... 33.- En tu fascículo se describe el experimento de Magdeburgo, las esferas de cobre una vez unidas, ni 16 caballos podrían separarlas debido a: 34.- Si inflas un globo que le pasa a la presión del mismo: 35.- Al romperse un cinescopio de televisión construido al vacío, éste:
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
25
FÍSICA II
36.-El aire de una llanta de auto tiene una presión de 245.4 kPa ocupando un volumen de 115 cm3. Si se obtiene una presión final de 107.7 kPa hallar el nuevo volumen. Recuerda que: P1V1 = P2V2 T1 T2
P1 = 245.4 kPa V1 = 115 cm3 P2 = 107.7 kPa.
37.- ¿ A qu é se debe que los aviones tengan las ventanillas muy pequeñas comparadas con las de los autobuses? 38.- En la década de los 50's en Inglaterra, la contaminación producida por el ozono ocasionó miles de muertes y esté se debía a la gran cantidad de chimeneas existentes. A este fenómeno se le denomina inversión térmica y consiste en: 39.- Cuando aplicas una fuerza en un cuerpo abarcando un área pequeña : 40.- Cuando hablamos de los estados de la materia ¿Cuál se comprime más fácilmente?. 41.- Dos tanques de gas se encuentra a distintas temperaturas una más alta que la otra ¿En cuál de los dos recipientes se comprimiría más fácilmente el gas? 42.- Si le aumentan la presión a un gas que le pasa a su volumen: 43.- Se descompone un elevador con 7 personas dentro, al cabo de 5 minutos se abren las puertas. ¿Como consideras el proceso termodinámico ? 44.- Si a un globo inflado se le extrae la mitad de aire y su volumen no disminuye de que proceso termodinámico estamos hablando.
UNIDAD 2 En está unidad se estudio como afecta la presión en los fluidos, auxiliándose de los principios de Pascal , Arquímedes y Bernoulli TEMA : ENERGÍA EN FLUIDOS Retomando nuestro cuestionamiento hecho en la unidad anterior donde hablamos de fluidos , vamos a adentrarnos un poco más en este tema, estudiando algunos principios que nos ayudan a entender como se trasmite la energía en los fluidos, para esto utilizaremos los líquidos (cuando hablamos de un líquido estamos diciendo que las moléculas pueden fluir libremente de una posición a otra y deslizarse sobre la otra; hay que recordar que los líquidos son casi incompresibles, excepto por los cambios de temperatura), para comenzar hablemos sobre la presión que ejercen los líquidos. La presión de un fluido en reposo depende solo de la densidad y profundidad del líquido. Si observas la figura te darás cuenta que entre mayor es la profundidad del líquido mayor es la presión
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
26
FÍSICA II
Ya que un fluido ejerce presión sobre todas las partes del recipiente que lo contiene, también la ejerce en cualquier punto dentro de un líquido, como podemos ver en la figura.
Cuando se introduce el cuerpo al líquido, este también ocupa un espacio y lo podemos notar cuando sube el nivel del líquido esto es utilizado generalmente cuando queremos saber el volumen de un cuerpo sin forma ( como una piedra: un objeto totalmente sumergido desplaza siempre un volumen de líquido igual a su propio volumen), como se muestra en la figura.
La presión ejercida por un fluido sobre una superficie en contacto con él es causada por colisiones de moléculas del fluido con la superficie; pero si se ejerce una presión sobre un fluido esta se transmite por todo el líquido, esa presión que se ejerce sobre el interior del recipiente y por el líquido nos la explica el Principio de Pascal: ”Una presión externa aplicada a un fluido se transmite únicamente a través del volumen del fluido” Esto lo podemos observar en la siguiente figura. F
Debido a la forma como se transmite la energía en los líquidos, ésta se ha aprovechado para obtener una mayor fuerza al aplicarle una pequeña, como en la prensa hidráulica ejemplo de ésto tenemos los sillones de los dentista o en la gato hidráulico, en donde aplicas una fuerza pequeña y puedes subir a una persona o a un coche.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
27
FÍSICA II
EJEMPLO Una de las aplicaciones mencionadas es el gato hidráulico o prensa hidráulica: es una máquina que sirve para amplificar el efecto de las fuerzas: consiste en dos recipientes comunicados dentro de los cuales operan dos émbolos de distintas superficies, como lo vemos en la figura anterior. Este mecanismo lo tenemos también en los sillones de los dentistas únicamente que ahí el fluido utilizado es el aire. Ya habíamos mencionado que en la presión de los fluidos afecta la densidad y también la viscosidad ahora veamos estos dos conceptos:
Densidad o masa volumétrica: es el cociente que resulta de dividir la masa de una porción de la sustancia de que se trata entre su volumen. Si recuerdas la presión que ejerce un liquido dependen de la densidad , viscosidad y profundidad. Ahora haz un poco de memoria cuando te metes en una alberca, se siente como el agua te empuja hacia arriba, y no sólo a ti sino que a cualquier objeto, por ejemplo si metes una pelota de esponja esta flota pero si la quieres hundir está te empuja hacia arriba. Esto es lo que no s dice el principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido en un fluido, recibe este un empuje vertical hacia arriba e igual al peso del fluido que desaloja”.
El principio no sólo se aplica a fluidos dentro de un tubo sino en general, si trabajamos con el aire en cuanto le aumentas la velocidad a éste, disminuye su presión. Para ejemplificar lo antes mencionados veamos un experimento y una aplicación: Experimento
Para realizarlo sólo necesitas un tubo de papel higiénico casi terminado, debes colocarlo frente a ti en forma horizontal a la altura de tu boca y comienza a soplar procurando que el aire este dirigido hacia la superficie del tubo. Ahora observa los siguientes dibujos En cuanto tu soplas el papel se comienza a elevar y esto se debe a que disminuiste la presión que ejerce el aire sobre el papel, este es el principio de las alas de los aviones.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
28
FÍSICA II
La forma que tiene las alas se debe a que así se aumenta la velocidad del aire y disminuye la presión esto empuja hacia arriba las alas y permite la elevación de los aviones.
45.- Se tiene un cuerpo que flota sobre un líquido; que pasará si cambia su masa: 46.- ¿A qué se debe la forma esférica de las gotas de roc ío? 47.- Al comparar la velocidad de flujo entre glicerina y agua, es... 48.- ¿Cómo es la forma de fluido cuando hay presión hidrostática? 49.- El principio de Arquímedes afirma que... 50.- El principio de Bernoulli indica que.... 51.- La velocidad de un liquido influye en... La siguiente figura nos indica la forma de las alas de un avión
52.- Explica por qu é es así la forma de las alas de los aviones e indica si es semejante a las de un pájaro.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
29
FÍSICA II
IV. HOJA DE COTEJO DE EVALUACIÓN
Nº 1 2
RESPUESTA El cociente del trabajo de salida y de entrada se le llama eficiencia. No, porque puede recibir poco trabajo y tener poca fricción.
5
Mayor eficiencia En la primera acción hay menor disipación de energía que en el segundo. Una gran pérdida de energía.
6
El globo tiende a elevarse
7 8
Se separan por aumentar su movimiento al imprimirle calor, por lo que se vuelve líquido. e = Ws/We
9
Tenga poca fricción.
10
El punto de congelación y punto de ebullición del agua. ºKelvin
3 4
11 12
No entra ya que el calor dilata el metal .
13
Tenga mayor fricción
14
Al trasmitir energía en menor tiempo
15
P = 4.2 kwatt
16
P = 6.3 kwatt
17
P = 3.22 kwatt
RETROALIMENTACI ÓN Con la eficiencia sabemos que tanto nos ayuda la máquina a realizar un trabajo es decir del trabajo que le introduces cuanto te entrega. Porque puede recibir una mayor cantidad de trabajo pero a su vez, perder gran cantidad de energía por fricción, en el sistema. Con menor esfuerzo realizar mayor trabajo. Con el tipo de superficies hay mayor fricción en el cemento por lo tanto hay más p érdida de energía en el ambiente. Por la fricción provocada por la llanta contra el piso, hay una gran disipación de la energía en el ambiente. Las moléculas del aire se separan al tener mayor movimiento por lo que tienden a elevarse. Al elevar la temperatura a las moléculas del sólido estas tienden a separase por el movimiento y comienza a cambiar de estado a líquido. Primero tienes que comparar el trabajo de salida con el de entrada verificando que el de salida es menor que el de entrada para realizar la división y así obtener la eficiencia. Entre mayor sea la fricción hay más pérdida de energía , si el sistema tiene mucho rozamiento se calienta y el calor se pierde en el ambiente. A nivel del mar el agua se congela a 0º y comienza a hervir a los 100º. Una de las escalas más utilizadas sobre todo en la industria son los grados Kelvin. Al calentar las moléculas del metal estas comienzan a tener mayor movimiento y se comienzan a separar por eso es que tiene una dilatación el metal. Cuando hay fricción hay perdida de energía en forma de calor Para obtener la potencia de una máquina hay que tomar en cuanta, que energía se transmite y el tiempo. Para obtener la potencia de una máquina hay que tomar en cu enta, que energía se transmite y el tiempo. Para obtener la potencia de una máquina hay que tomar en cu enta, que energía se transmite y el tiempo. Para obtener la potencia de una máquina hay que tomar en cu enta, que energía se transmite y el tiempo.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
30
FÍSICA II
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
No, porque se utilizaron distintos De acuerdo al material que se utiliza var ía la calentadores potencia del calentador. No, porque utilizaron distintos Auque se llegara a la misma temperatura se utilizó tiempos. distinto tiempo para igualarlas. P = 225.4 kwatt Para obtener la potencia de una máquina hay que tomar en cu enta, que energía se transmite y el tiempo. P = 3.4 watt Para obtener la potencia de una máquina hay que tomar en cu enta, que energía se transmite y el tiempo. Ti = 4.28 ºC De nuestra f órmula = 4.2 m(Tf-Ti) se hace el despeje. k= kJ/kgºC Calculando primero energía interna del agua y después se iguala con la energía interna del Ni para despejar a la constante k. Transferencia de energía de Cuando hay intercambio de energía generalmente mayor a menor la mayor tiende a irse hacia la menor. Una parte de le energía es usada No se aprovecha toda la energía ya que una parte para perforar la pared y otra en se pierde por la fricción. forma de calor por fricción. fierro-vidrio- plástico Los metales son mejores conductores de la energía que los plásticos ya que estos se consideran aislantes. La vela calienta al aire y éste Cuando un fluido se calienta, tiende a subir y el fr ío comienza a subir provocando que a bajar a esto se le conoce como corrientes de se mueva el rehilete. convección. Ei = -45.57 KJ Se sacaron las dos energía del agua y después se identifico hacia donde se transmitía solo recuerda que va de mayor a menor. Una disminución de energía Al ir bajando la temperatura de un cuerpo también interna disminuye el movimiento de las moléculas por lo tanto se tiene una disminución de energía interna Disminuye Al ir enfriado las moléculas van deteniendo su movimiento y se van juntando, provocando menor fuerza hacia el recipiente. Convección ascendente Cuando un fluido se calienta, tiende a subir y el frió a bajar a esto se le conoce como corrientes de convección. Se reduce la presión del popote Al sacarle el aire al popote que empuja es el líquido y tiende a subir. El vació que los une Como no hay aire dentro entonces en aire exterior empuja las semiesferas Aumenta. Al ir introduciendo aire al globo vas aumentando la presión, aunque aquí también se aumenta el volumen debido al tipo de material. implota Se provoca una explosión hacia adentro; a esto se le conoce como implosión y también se escucha un ruido. 3 Vf = 262.03cm Al gas se le disminuye la presión aumenta su volumen.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
31
FÍSICA II
37 38
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
51 52
Al aumentar la altura disminuye la presión lo que evita que se rompa el vidrio. La expansión y contracción de los gases.
A mayor altura es menos la cantidad de aire por lo tanto disminuye la presión atmósferica.
Al aumentar la temperatura se calienta y se separan las moléculas provocando que se eleven y al enfriarse se contraen las moléculas y tienden a bajar. Se ejerce mayor presión. Entr e mayor sea la fuerza y menor el área aumenta la presión. El gas Sus moléculas se encuentran más separadas El gas a baja temperatura Si bajamos la temperatura disminuye el movimiento de las moléculas y se acercan. Disminuye Al aumentarle la presión a un gas debido a la separación de las moléculas estas se juntan por lo tanto disminuye el volumen. Isovolumétrico El calor va en aumento como pasa el tiempo pero el volumen no cambia. Isovolumétrico Disminuye la presión y el volumen sigue igual. Sigue flotando Cuando flota un cuerpo no influye la masa sino la densidad de este. La tensión superficial. Por la presión del aire y la presión del líquido se forma una barrera entre estas llamada tensión superficial Más alta la del agua. Es más viscosa la glicerina por lo tanto tienen una velocidad baja en comparación con el agua. De forma elíptica Debido a la adhesión de las sustancias. Empujan al cuerpo que se Al meter un cuerpo en el agua esta tiende a introduce en él. empujarlo, lo notas al meterte a una alberca. Donde la velocidad de un líquido Si regresa a tu fascículo confirmar ás que es el es elevada, la presión es baja, y Teorema de Bernoulli. donde la velocidad de un líquido es baja la presión es elevada. La presión que ejerce sobre el Entre mas rápido va el agua menos presión ejerce ducto. en el tubo, y se tiene menor desgaste. Aumenta la velocidad del aire La forma es aerodinámica y esto aumenta la disminuye la presión . velocidad del aire esto se vio en el Teorema de Bernoulli
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
32
FÍSICA II
V. E EVALUACIÓN MUESTRA
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
33
FÍSICA II
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
34
FÍSICA II
COLEGIO DE BACHILLERES COORDINACIÓN DE ADMINISTRACIÓN ESCOLAR Y DEL SISTEMA ABIERTO
EVALUACIÓN FINAL GLOBAL
MODELO: A ASIGNATURA:
FÍSICA II
SEMESTRE:
SEGUNDO
CLAVE:
EVALUACIÓN MUESTRA
DEPARTAMENTO DE EVALUACIÓN
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
35
FÍSICA II
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
36
FÍSICA II
INSTRUCCIONES GENERALES Este cuadernillo contiene reactivos que al resolverlos conforman tu evaluación final de acreditación, de la asignatura: Esta evaluación nos permitirá (a tí y a nosotros) saber el grado en que has alcanzado el propósito de la asignatura (nota valorativa I, A, B, C), de tal manera que si tu nota es positiva ( A, B, C) ésta será considerada para tu calificación final, pero si llegase a ser insuficiente ( I), sólo te informaremos de los objetivos que aún no dominas, sin considerar la nota obtenida para tu calificación de la asignatura. Antes que inicies la resolución de esta evaluación, es conveniente que sigas estas recomendaciones: I.
Este cuadernillo debe servirte ÚNICAMENTE para leer los reactivos, por ello no hagas NINGUNA anotación en él. EVITA QUE SE TE SUSPENDA LA EVALUACIÓN.
II. Realiza una lectura general de todas las instrucciones para que puedas organizar tu trabajo. III. Además del cuadernillo, debes tener una HOJA DE RESPUESTAS en la que debes anotar, primero tus datos personales (nombre, matrícula, centro) y de la asignatura (clave, número de fascículo o global), así como las respuestas. IV. La HOJA DE RESPUESTAS presenta en cada una de las preguntas siete opciones posibles:
1
A
B
C
D
E
V
F
2
A
B
C
D
E
V
F
La forma de contestarla deberá ser la siguiente: *
En los casos en que se te presenten preguntas de OPCIÓN MÚLTIPLE o de RELACIÓN DE COLUMNAS sólo rellenarás con lápiz del No. 2 ó 2 ½ una de las opciones, por ejemplo:
2.
Es elevarse de los casos o fenómenos específicos a conceptos o enunciados más amplios que los abarquen o los expliquen. a) b) c) d) e)
Introducción. Generalización. Ejemplificación. Desarrollo de la teoría. Planteamiento del problema.
1
A
B
C
D
E
V
F
2
A
B
C
D
E
V
F
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
37
FÍSICA II
Relaciona las dos columnas e indica en tu hoja de respuestas la letra que señala el nombre de cada una de las expresiones algebráicas que aparecen del lado izquierdo. 3x4 - 3x2 16x4 - 12x3 + 17x 32xy - 5x2 + 6x - 13
3. 4. 5.
3
A
B
C
D
E
V
F
4
A
B
C
D
E
V
F
5
A
B
C
D
E
V
F
a) b) c) d)
Monomio. Binomio. Trinomio. Polinomio.
En el caso que se te presenten reactivos de VERDAD “V” y FALSO “F”, sólo rellenarás con lápiz del No. 2 ó 2 ½ una de las opciones de “V” o “F”, por ejemplo:
*
El compendio fascículo 1 de Química III aborda los conceptos de fermentación y sus aplicaciones, con respecto a la caracterización de las fermentaciones; marca la letra “V” si es VERDADERA o la letra “F” si es FALSA, cada una de las siguientes aseveraciones.
6.
La fermentación láctica es un proceso que se realiza en ausencia de oxígeno.
7.
En un proceso fermentativo se libera energía que en su mayoría se desprende como calor.
6
A
B
C
D
E
V
F
7
A
B
C
D
E
V
F
V. Asegúrate de que el número del reactivo que contestas corresponda al mismo número en la hoja de respuestas.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
38
FÍSICA II
Ahora te corresponde contestar una evaluación muestra en tu cuaderno de notas sin que utilices la retroalimentación, esto quiere decir que es una evaluación semejante a las reales, con la cual vas a verificar como te has preparado para tu evaluación, si al terminarlo y te evaluas revisando las respuestas y no obtienes una calificación aprobatoria lee nuevamente el fascículo y contesta nuevamente la retroalimentación y verificación de aprendizaje que está en la sección anterior.
COMPENDIO F FASCÍCULO 1 1 En el compendio fascículo 1 esta formado por dos unidades en la primera unidad, estudiaste la transferencia de energía en forma de calor, que trae como consecuencia la modificación en su energía interna en el movimiento de sus moléculas y en su temperatura, así comprendiste la relación entre el calor, la fricción y la disipación de energía; con base en ello aprendiste a calcular la eficiencia de una máquina mecánica Contesta las siguientes preguntas en tu cuaderno de notas eligiendo el inciso correcto. 1.- Para que una máquina fuera ideal necesitamos ... a) que el trabajo de salida sea mayor que el trabajo de entrada. b) que el trabajo de entrada sea mayor que el trabajo de salida. c) que el trabajo de entrada sea igual al trabajo de salida. d) que el trabajo de salida sea menor que el de entrada. 2.- En la realidad una máquina nos entrega... a) mayor trabajo que el que recibió. b) menor trabajo del recibido. c) igual trabajo al que recibió. 3.- Calcular la eficiencia de una polea que recibe un trabajo de 320 J y entrega un trabajo de 200J. a) 30 %. b) 55 %. c) 62 %. d) 80 %. 4.- Al entrar en funcionamiento una máquina se le entrega un trabajo de 420 J y pierde una energía por fricción de 156 J. Calcula el trabajo que entrega y la eficiencia de la máquina. a) Ws = b) Ws = c) Ws = d) Ws =
120 220 264 350
e = 28 e = 42 e = 62 e = 83
%. %. %. %.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
39
FÍSICA II
Contesta las siguientes preguntas en tu cuaderno de notas escribiendo una F si son falsas o una V si son verdaderas.
5.- Una máquina pierde eficiencia por el rozamiento
( )
6.- La eficiencia de una máquina aumenta si disminuimos la fricción.
( )
.- Una máquina nos entrega mayor trabajo si hay demasiada fricción.
(
)
UNIDAD 2 . En la siguiente unidad aprendiste a medir la cantidad de energía que se transmite a una determinada masa de agua, por los calentadores químicos, eléctricos y solares, además a calcular la potencia de transmisión de energía y valorar el costo económico de los combustibles que se utilizan cotidianamente. 8.- La energía en una máquina se pierde generalmente en forma de... a) eficiencia. b) potencia c) trabajo. d) calor 9.- ¿Por qué no existe el movimiento perpetuo ? a) potencia. b) fricción. c) trabajo. d) calor 10.- Si una fresadora entrega un trabajo de 632 J en ½ h ¿Cuál es su potencia? a) b) c) d)
0.136 Watt. 0.289 Watt. 0.351 Watt. 0.456 Watt.
11.- ¿Cuántos J tiene un Kw-h ? a) 0.036 x 10 4. b) 0.036 x 10 5. c) 3.6 x 10 3. d) 3.6 x 10 5. 12.- A una tina con 20 lt de agua se le dejó que la calentara el sol durante 5 h, al comenzar el proceso la temperatura del agua era de 18º C y llegó a 27º C ¿Qué cantidad de energía fue transmitida? a) 535 KJ. b) 756 KJ. c) 973 KJ. d)1120 KJ.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
40
FÍSICA II
13.- Para calentar 130 kg de agua se utilizó una parrilla eléctrica que transmitió 33 kJ durante 15 min ¿Cuál es la potencia de la parrilla ? a) 0.036 kw. b) 1.056 kw. c) 1.980 kw. d) 2.001 kw.
Contesta las siguientes aseveraciones en tu cuaderno de notas con F si son falsas y con V si son verdaderas.
14.- La eficiencia es la rapidez con que una máquina realiza trabajo. (
)
15.- La potencia de una máquina la podemos calcular dividiendo el trabajo de salida entre el trabajo de entrada. ( )
Contesta la siguientes preguntas en tu cuaderno de notas eligiendo el inciso correcto. 16.- Es ejemplo de un calentador eléctrico. a) un mechero. b) una parrilla. c) una estufa. d) una lupa. 17.- ¿Cuál es la unidad de la potencia? a) Newton. b) Pascal. c) Joule. d) Watt. 18.- Para calentar 800 kg de agua de 12 º a 75º C se quemaron 120 kilos de gas ¿Cuál es la energía que transmitió el gas? a) 097310 kJ. b) 123750 kJ. c) 113210 kJ. d) 211680 kJ. 19.- Con una celda solar se calentaron 28 kg de agua de 22º a 65º e n 258 s, la potencia de la celda solar es ... a) 19.6 kw. b) 28.9 kw. c) 39.2 kw. d) 45.6 kw. 20.- Para calentar 60 kg de agua se utilizan 10 min, la temperatura era de 18º y lleg ó a 80º ¿Cuál es la potencia del calentador? a) 18 kw. b) 26 kw. c) 37 kw. d) 45 kw.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
41
FÍSICA II
COMPENDIO F FASCÍCULO 2 2 Al leer el compendio fascículo 2, aprendiste a calcular la ∆Ei, para el agua y los metales, además aprendiste que sustancias transmiten más rápidamente el calor y como ocurre esta transferencia en los líquidos, sólidos y gases así como la relación que tiene con el principio de la conservación de la energía.. Comprendiste además como ocurren los fenómenos metereologicos explicándolos en función de la transferencia de calor Contesta la siguiente aseveración en tu cuaderno de notas con F si es falsa o con V si es verdadera.
21.- Cuando hay intercambio de energía el agua fría trasmite energía al agua caliente. ( )
Contesta las siguientes preguntas en tu cuaderno de notas elige el inciso correcto. 22.- ¿Por qué podemos hacer hervir el agua con la nieve? a) Porque hay poca presión en el frasco y entre menor presión el agua hierve más rápido. b) Hay mucha presión en el frasco y esto provoca que hierva el agua. c) Porque la nieve calienta el agua. d) Porque la nieve enfría el agua.
Para resolver los siguientes tres problemas debes utilizar la información de la siguiente tabla. Capacidades térmicas CET (kJ/kg C) específicas Plata 0.212 Aluminio 0.900 Cobre 0.398 Hierro 0.477 Plomo 0.131 23.- Se introducen 3 k g de plomo con 18 ºC, en ½ lt de agua que ten ía una temperatura de 49ºC después de 10 min se tomó nuevamente la temperatura que fue de 44ºC , lo anterior se debe a que existe un equilibrio térmico entre los dos materiales. Con los datos anteriores calcula la capacidad térmica del plomo. a) 0.131. b) 0.212. c) 0.398. d) 0.477. 24.-Para realizar un plato de aluminio con forja se utilizan 450g de material al que necesitamos elevar su temperatura de 20º a 245 ºC, ¿Cuál es la energía interna necesaria? a) 345.78 KJ. b) 911.25 KJ. c) 1425.34 KJ. d) 2908.25 KJ.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
42
FÍSICA II
25.- En Santa Clara del Cobre realizan sus artesanías calentando el material de 18º a 89º y golpeando con un martillo, si quieren realizar un cazo pequeño utilizan 1 ½ kg de cobre. ¿Cual es la energía interna que se trasmite? a) 16.23 KJ. b) 24.56 KJ. c) 38.90 KJ. d) 42.38 KJ. 26.- Cuando hay transmisión de energía de agua calienta una figuras de hierro, esta se trasmite: a) No hay transferencia de energía. b) Hay igual desplazamiento. c) Del agua al hierro. d) Del hierro al agua. Observa la siguiente figura esta representa el ciclo del agua
27.- ¿ A qué se debe que el agua suba en forma de vapor ? a) la energía que la transmite l e tierra. b) la energía que le transmite el sol. c) el agua tiene su propia energía. 28.- Cuando estamos calentado una olla de agua con una fuente de calor pequeña. El desplazamiento del fluido procedente de las partes calientes a causa de la variación de densidad se debe a ... a) las corrientes de convección. b) a la evaporación del líquido. c) a la viscosidad del líquido. d) al punto de ebullición.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
43
FÍSICA II
Observa la siguiente figura
29.- En la figura anterior si te fijaste el pajarito esta esponjado a que se debe: a) mantener aire entre las plumas que actúa como un aislante térmico. b) el aire se las levanta provocando que tenga más fr ío. c) Se calienta al inflar las plumas. d) Evita que entre el aire 30.- Cuando una persona tiene fr ío es porque... a) cede calor rápidamente hacia el ambiente. b) cede calor por medio del sudor. c) debe absorber calor del suéter. d) cede calor paulatinamente.
COMPENDIO F FASCÍCULO 3 Al revisar el compendio fascículo 3 te diste cuenta que se divide en dos unidades en la primera unidad estudiaste los efectos de la elasticidad del aire, el concepto de presión, sus métodos de medición y su unidad de medida; la relación que presenta la presión de un gas con su volumen y su temperatura. Con esto lograste identificar algunos de los procesos termodinámicos y como se construyó la escala centígrada y la absoluta. 31.- Al colocar un líquido en un recipiente este.... a) ejerce presión en las paredes laterales de un recipiente. b) ejerce presión en todas las paredes del recipiente. c) ejerce presión únicamente en el fondo del recipiente. d) ejerce presión únicamente hacia arriba. 32.- Cuando estas utilizando un vaso de unicel estas aplicando un proceso termodinámico , ¿cual es? a) isovolumétrico. b) isotérmico. c) adiabático. d) isobárico.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
44
FÍSICA II
33.- Es un ejemplo de un proceso isovolumétrico a) llenar un tanque de gas. b) un vaso de unicel. c) Al inflar un globo. d) la atmósfera. 34.- De los siguientes ejemplos indica cuál es un proceso isobárico. a) un vaso de unicel. b) un tanque de gas. c) al inflar un globo. d) la atmósfera. 35.- La presión absoluta es el resultado de a) presión atmosférica / b) presión manométrica + c) presión manométrica x d) presión manométrica /
presión manométrica. presión atmosférica. presión atmosférica. presión atmosférica.
36.- La presión atmosférica es la presión que ejerce ... a) b) c) d)
tu ejerces. un sólido. el agua. el aire.
37.- Cuando tienes una lata con un líquido debes hacerle dos perforaciones, ya que al entrar el aire ... a) disminuye la viscosidad del líquido. b) aumenta la densidad del líquido. c) impide que salga el líquido. d) empuja el líquido. 38.- Cuando le aumentas la temperatura a un gas... a) disminuye su punto de ebullición. b) disminuye su viscosidad. c) aumenta su densidad. d) aumenta su volumen. 39.- ¿Por qué los aviones pueden volar ? a) al disminuirle la velocidad del aire disminuye la presión en las alas. b) al aumentar la velocidad del aire disminuye la presión en las alas. c) al disminuirle la velocidad del aire aumenta la presión en las alas. d) al aumentar la velocidad del aire aumenta la presión en las alas.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
45
FÍSICA II
40.- Cuando tienes la presión arterial alta te mandan a nivel del mar para... a) aumentar la presión atmosférica disminuye la velocidad del torrente sanguíneo. b) aumentar la presión atmosférica aumenta la velocidad del torrente sanguíneo. c) disminuir la presión disminuye la velocidad del torrente sanguíneo. d) disminuir la presión aumenta la velocidad del torrente sanguíneo.
UNIDAD 2 En la unidad dos estudiaste como ocurren las transmisiones de energía y presión, a través de los fluidos, la importancia de ellos en nuestra vida cotidiana y los fenómenos que se relacionan con estos. 41.- Si le aumentamos la velocidad a una corriente de agua en un tubo... a) disminuye la presión en el tubo b) aumenta la presión en el tubo. c) aumenta el volumen del tubo. d) no hay cambio en la presión. 42.- Al introducir un cuerpo en un recipiente con agua este tiende a tener un empuje hacia arriba esto lo dice el principio de ... a) Arquímedes. b) Bernoulli. c) Pascal. d) Boyle. 43.- ¿Qué es la viscosidad de un fluido? a) b) c) d)
el empuje que tiene un cuerpo hacia arriba. oposición que tiene un cuerpo a fluir. facilidad con que se mueve un cuerpo. resistencia de un cuerpo a romperse.
44.- Por que en los vasos comunicantes aunque tengan distintas formas y volúmenes siempre tiene el mismo nivel. a) por la presión atmosférica. b) tienen la misma capacidad. c) por la fuerza de gravedad.. d) tienen el mismo volumen . 45.-Se tiene un bloque de sal que tiene un volumen de 67 cm3 y una densidad de 2.17 g/cm3. Calcular la masa a) 10 234 kg. b) 12457 kg. c) 14539 kg. d) 17092 kg.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
46
FÍSICA II
46.- Los tinacos de los baños se encuentran en lo alto... a) para que tenga una distancia de la regadera. b) por la presión que ejerce el líquido. c) por el volumen del tinaco. d) por la densidad del agua. 47.- Con un gato hidráulico logramos subir a un automóvil porqu... a) aplicamos una fuerza pequeña a un líquido y podemos obtener una gran fuerza. b) al pisar el gato hidráulico estamos apli cando una gran fuerza a través del líquido. c) al ejerce una presión sobre un área aumentamos el volumen del área. d) al impulsar el gato hidráulico hay un cambio de presiones. 48.- Al estar en una alberca siente s que no pesas por... a) el empuje que ejerce el agua sobre ti. b) la fuerza de atracción de la tierra. c) la viscosidad del agua. d) la densidad del agua. 49.- Cuando hablamos de las velocidades que deben tener las tuberías no s basamos en el principio de: a) Arquímedes. b) Bernoulli. c) Pascal. d) Boyle.. 50.- El principio que nos dice que para aumentar la velocidad de un tubo necesitamos hacer más estrecho el conducto es : a) Arquímedes. b) Bernoulli. c) Pascal. d) Boyle.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
47
FÍSICA II
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
48
FÍSICA II
5.1 HOJA DE RESPUESTA
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
49
FÍSICA II
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
50
FÍSICA II
5.2 HOJA DE COTEJO DE LA EVALUACIÓN MUESTRA COMPENDIO FASCÍCULO 1
1 2 3 4 5 6 7 8
C B C C V V F D
COMPENDIO FASCÍCULO 2
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
B C C B A F F B D D A B F A A B D D B A A A B
COMPENDIO FASCÍCULO 3
32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
C A D B C D D B A A A B A C B A A B B
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
51
FÍSICA II
BIBLIOGRAFIA ALVARENGA Y Máximo. Física General . Harla, México, 1983 PAUL E. Tippens. FISICA Conceptos y Aplicaciones . McGraw-Hill, México, 1986 RESINICK / HALLIDAY/ KRANE. FISICA CECSA, México, D.F., 1996 FELIX / DE ORYABAL. Lecciones de Física. Continental S.A México D.F. 19 STOLLBERG/FITCH. FISICA Fundamentos y Fronteras . Publicaciones Cultural S.A México D:F 1978. Colegio de Bachilleres, Dirección de Planeación Académica, Coordinación del Sistema de Enseñanza Abierta. Física II (Trabajo y Energía Interna) , Fascículo 1, Ed. imprenta Ajusco, S.A. de C.V., México D.F. 1993. Colegio de Bachilleres, Dirección de Planeación Académica, Coordinación del Sistema de Enseñanza Abierta. Física II (Transferencia de la Energía Interna) , Fascículo 2, Ed. imprenta Ajusco, S.A. de C.V., México D.F. 1993. Colegio de Bachilleres, Dirección de Planeación Académica, Coordinación del Sistema de Enseñanza Abierta. Física II (Procesos de Energía Interna) , Fascículo 3, Ed. imprenta Ajusco, S.A. de C.V., México D.F. 1993. Colegio de Bachilleres, Dirección de Planeación Académica, Coordinación del Sistema de Enseñanza Abierta. Física II (Presión y Energía en Fluidos) , Fascículo 4, Ed. imprenta Ajusco, S.A. de C.V., México D.F. 1993. Colegio de Bachilleres, Dirección de Planeación Académica, Coordinación del Sistema de Enseñanza Abierta. Física II (Transmisión de presión y Energía en Fluidos) , Fascículo 5, Ed. imprenta Ajusco, S.A. de C.V., México D.F. 1993.
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
52
FÍSICA II
DIRECTORIO Jorge González Teyssier
Director General Javier Guillén Anguiano
Secretario Académico Francisco Lara Almazán
Coordinador Sectorial Norte Alfredo Orozco Vargas
Coordinador Sectorial Centro Rafael Velázquez Campos
Coordinador Sectorial Sur Álvaro Álvarez Barragán
Coordinador de Administración Escolar y del Sistema Abierto José Noel Pablo Tenorio
María Elena Saucedo Delgado
Director de Asuntos Jurídicos
Directora de Servicios Académicos
Ma. Elena Solís Sánchez
Ricardo Espejel
Directora de Información Y Relaciones Públicas
Director de Programación
Lilia Himmelstine Cortés
Director Administrativo
Directora de Planeación Académica Mario Enrique Martínez de Escobar y Ficachi
Francisco René García Pérez Jaime Osuna García
Director de Recursos Financieros
Director de Extensión Cultural
CUADERNO DE ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE, CONSOLIDACIÓN Y RETROALIMENTACIÓN
53