ENERGA Y MOVIMIENTOEjercicios de repaso

Concepto de energa

Actividad 1En cules de las situaciones indicadas a conti-nuacin hay transferencia de energa? Indica,adems, cmo se produce esta transferencia.[a] Un haz de lea ardiendo.[b] La patrullera Rapid dirigindose a las aguas

de Terranova.[c] Bartolo echndose una siestecita a la

sombra de un rbol.[d] Un barco de papel deslizndose en el agua

de un estanque.[e] Una estufa elctrica funcionando[f] La nieve acumulada en el cima del monte

Perdido.

Actividad 2Describe, para las situaciones siguientes, lastransferencias y las transformaciones deenerga que se producen. Puedes utilizar undiagrama de flechas, si lo deseas.

I. Se conecta un taladrador a la red elctrica yse hace un agujero en un trozo de madera.

II. Tenemos un circuito formado por un motor,una pila y un interruptor. El motor hacegirar una polea, de la cual cuelga un peso.Al darle al interruptor se observa que lapesa asciende.

Actividad 3Cuando era ms joven me regalaron un caminde hojalata. Como sabrs, a este tipo de jugue-tes se le puede dar cuerda, de modo que alsoltarlos se ponen en movimiento. Fjate ahoraen la siguiente secuencia:

i. Se da cuerda al camin.ii. Se suelta y el camin se desplaza.iii. El camin se para.

[a] Dibuja un diagrama de flechas en el que seresuman todas las transformaciones deenerga que ocurren en la secuenciaanterior.

[b] Trata de explicar cmo es posible que laenerga se conserve si el camin terminapor detenerse.

Actividad 4A continuacin se recogen cuatro cambios conlas principales transformaciones de energa quetienen lugar (Ojo! En dichos cambios no se hasealado todas las energas transformadas).

BOMBILLAE. Elctrica E. Luminosa100 J 40 J

ARCOE. Elstica E. Cintica200 J 250 J

ALTAVOZE. Elctrica E. Sonora3 J 0,5 J

CENTRAL TRMICAE. Qumica E. Elctrica280.000 J 70.000 J

[a] Cul de los cuatrocambios no podr

ocurrir nunca? Razona la respuesta.[b] Elige ahora dos de los cambios posibles y

representa las transformaciones que seproducen mediante diagramas de flechas.

[c] En cul de los cambios que hasseleccionado en el apartado anterior esmayor el rendimiento?

Actividad 5Los medios de comunicacin expresan conti-nuamente su preocupacin acerca del consumode energa y la crisis energtica. Cmoexplicaras ahora la existencia de esta ltima sise sabe que la energa se conserva?

Actividad 6Sabes que el trabajo realizado sobre un sistemase invierte en modificar su energa. De acuerdocon esta afirmacin, en cul de las siguientessituaciones se realiza trabajo sobre los sistemasque se han subrayado?

I. Empujamos con vigor la pared del aula.II. Levantamos un libro del suelo.

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III. Frotamos repetidamente la mesa con lamano.

IV. La velocidad de un coche pasa de 30 m/s a15 m/s despus de un desplazamiento de100 m.

Trabajo y potencia

Actividad 7Varios atletas arrastran un trineo sobre unasuperficie horizontal sin rozamiento, tal comomuestra el esquema de la figura.

12 KN

5 KN13 KN

[a] Si el trineo se desplaza horizontalmente,cul de las tres fuerzas realiza trabajo?

[b] Calcula el trabajo realizado sobre el trineoen un desplazamiento de 20 m.

{Respuesta: 240 KJ}

Actividad 8Una estudiante, de 50 kg de masa, sube untramo de escaleras de 5 m de altura en 10 s.Qu potencia, medida en caballos de vapor(CV) desarrolla la chica?AYUDA: 1 CV = 735 W.

{Respuesta: 0,33 CV}

Actividad 9Si el rendimiento de una mquina es del 70% ysu potencia nominal es de 400 W, cuntotiempo tardar en suministrar 2 Kwh deenerga?

{Respuesta: 7,14 h}

Actividad 10Una persona sube un balde con agua, de 10 kgde masa, desde la calle hasta una azoteasituada a 15 m de altura.[a] Calcula el trabajo realizado por la persona

sobre el balde.[b] En este proceso, gan el agua alguna

energa? De qu tipo?

[c] Si el agua gan energa, quin la perdi(para que se cumpla la ley deconservacin)?

{Respuesta: [a] 1470 J}

Actividad 11[a] El kilovatio-hora (KWh), es unidad

de potencia o de energa? Calcula suequivalencia con la unidadcorrespondiente del SI.

[b] Qu trabajo realiza una mquina de16 CV de potencia en un minuto?

{Respuesta: [b] 7,06.105 J}

Energa cintica y energapotencial

Actividad 12Un coche de 1000 kg de masa se estmoviendo con una velocidad constante de 30m/s. Si no existe ningn tipo de rozamiento,cunta energa se necesita para mantener elcoche con esa velocidad?

Actividad 13Dos vehculos de 1400 kg y 700 kg de masa sedesplazan en lnea recta por una carreterahorizontal a 29 m/s cuando se quedan singasolina. Hay una ciudad en un valle no lejosde all, pero est justo detrs de una colina de40 m de altura. Si se supone despreciable elrozamiento, llegar alguno de los vehculos ala ciudad?

{Respuesta: S, los dos}

Actividad 14Dejamos caer una pelota de 50 g de masadesde una altura de 3 m, medida desde elsuelo. Determina la energa potencial gravitato-ria y la energa cintica de la pelota en elinstante inicial, cuando pasa a 2 m y 1 m delsuelo y cuando llega al suelo. Considera despre-ciable el rozamiento con el aire y resuelve elejercicio por consideraciones de energa.

{Respuesta: A 2 m, la energa potencial gravi-tatoria es de 0,98 J y la energa cintica de 0,49

J}

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Actividad 15Una piedra de 250 g de masa es lanzada verti-calmente hacia arriba con una velocidad de 8m/s.[a] Suponiendo despreciable el rozamiento con

el aire, qu altura alcanzar?[b] Si se perdiese, debido al rozamiento, la

mitad de la energa inicial, cunto subira?[c] Cmo se modificaran los resultados

anteriores si la piedra tuviese una masa de500 g?

{Respuesta: [a] 3,3 m; [b] 1,6 m}

Actividad 16Un profesor de Fsica, de 60 kg de masa, saltasobre una cama elstica desde una altura de 5m. Rebota en la cama e inicia la primera ascen-sin. Se observa que cuando est a 2 m dealtura lleva una velocidad ascendente de 3 m/s.Indica justificadamente si las siguientes afirma-ciones son verdaderas o falsas.[a] La energa mecnica del profesor (que es la

suma de las energas cintica y potencial)se conserva.

[b] La energa mecnica de la cama seconserva.

[c] La energa total del sistema profesor-camase conserva.

Actividad 17Dos partculas, A y B, se dejan en libertaddesde lo alto de sendos planos inclinados sinrozamiento.

A B

h

[a] Compara las velocidades de dichaspartculas, suponiendo que tienen la mismamasa, cuando llegan a la base de los planosinclinados.

[b] Responde a la misma pregunta suponiendoque la masa de B es mucho mayor que lade A.

Actividad 18

La figura representa una rampa sin rozamientoseguida de un plano horizontal con rozamiento.[a] Dejamos en libertad, desde el punto A, un

cuerpo de 2 kg de masa. Calcula, porconsideraciones de energa, la velocidad delcuerpo en los puntos B y C.

[b] Cul es la velocidad del cuerpo en el puntoD si se pierde la mitad de la energapotencial inicial a causa del rozamiento?

4 m

1 m

A

B

C D

{Respuesta: [a] 9,9 m/s y 8,9 m/s; [b] 5,4m/s}

Actividad 19En el choque de una pelota con el suelo sedisipa la mitad de la energa.[a] Calcula la altura h2 a que asciende la pelota

si se deja caer desde una altura h1.[b] Demuestra que las rapideces de la pelota

en el punto B, inmediatamente antes ydespus del choque, valen y ,2gh1 gh1respectivamente.

A

B

Ch

h

1

2

Las trayectorias descendentey ascendente de la pelota sehan dibujado separadas paramayor claridad.

Actividad 20Se lanza una partcula de 0,5 kg de masa, conuna velocidad de 10 m/s, hacia arriba a lo largode un plano inclinado.[a] Calcula la altura que alcanza la partcula si

suponemos despreciable el rozamiento.[b] Qu altura alcanzar la partcula si, debido

al rozamiento, se disipa el 30% de laenerga inicial?

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10 m/s

{Respuesta: [a] 5,1 m; [b] 3,6 m}

Conceptos de calor ytemperatura

Actividad 21Hasta finales del siglo XVIII tuvo vigencia unateora segn la cual el calor sera un fluidomaterial, llamado calrico, que contenan loscuerpos. Un cuerpo caliente, de elevada tempe-ratura, tendra un alto nivel de calrico y uncuerpo fro, de baja temperatura, poseera unreducido nivel de calrico. Qu interpretacindaras tu al concepto de temperatura deacuerdo con la teora cintico-molecular?

Actividad 22Supn que dispones de un diablillo microscpicoy amaestrado con el que puedes golpear avoluntad las partculas que constituyen lassustancias. Si dicho diablillo acta sobre unaporcin de agua qu le pasar a la energatrmica del agua? Y a la temperatura? Porqu?

Actividad 23Cul de las siguientes afirmaciones expresamejor el punto de vista actual sobre el calor?Menciona algn hecho experimental que apoyetu razonamiento:

I. El calor no es un fluido: carece, por tanto,de naturaleza material. El calor es energaque poseen los cuerpos. A ms calor, mayortemperatura.

II. El calor es energa que fluye entre loscuerpos, principalmente por medios nomecnicos (en general, debido a diferenciasde temperatura).

Actividad 24

[a] Explica, mediante la teora del calrico, elequilibrio trmico que se alcanza cuandodos cuerpos a diferente temperatura seponen en contacto.

[b] Utiliza otra teora que conozcas paraexplicar el mismo fenmeno.

Energa transferida

Actividad 25Se calienta una muestra de agua de 150 g,inicialmente a 20 C, con un calefactor elctricode inmersin de 300 W de potencia.[a] Vamos a calcular la temperatura del agua a

medida que transcurre el tiempo. Para ello,completa la siguiente tabla.

605040302010

20000

Tfinal(C)T (C)q (J)t (s)

[b] Elabora la grfica temperatura-tiempo.

Actividad 26Si colocamos alternativamente la mano sobreuna lmina de aluminio y sobre una lmina decobre que se encuentran a la misma tempera-tura ambiente cul de las dos se siente mscaliente? Explica la respuesta.

{Respuesta: La de cobre}

Actividad 27Compara las cantidades de calor necesariaspara elevar la temperatura desde 15 C hasta100 C para:[a] 5 kg de plomo;[b] 5 kg de aluminio.

{Respuesta: [a] 5,52.104 J; [b] 3,86.105 J}

Equilibrio trmico

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Actividad 28Un calormetro contiene 550 g de agua a 23,8C. Se aade 100 g de plomo a la temperaturade 98,2 C. Alcanzado el equilibrio trmico, altemperatura de la mezcla es de 24,2 C. Hallala capacidad calorfica especfica del plomo.

{Respuesta: 124,3 J/(C kg)}

Actividad 29Para determinar la capacidad calorfica espec-fica del aluminio, una estudiante de 4 C tomauna muestra de aluminio de 30 g y la calientasumergindola en un bao de agua hirviendo.Al cabo de unos minutos, saca la muestra delbao y la introduce rpidamente en un vasoDewar que contiene 100 g de agua a 18 C.Observa que, cuando se alcanza el equilibriotrmico, la temperatura es de 23 C Cul es lacapacidad calorfica especfica del aluminio?

{Respuesta: 905 J/(C kg)}

Actividad 30Diego ha comprado, por poco dinero, un anillode oro de 50 g de masa. Como no est segurode la pureza de la sortija, disea y realiza elsiguiente experimento, que l mismo relata:

Calent el anillo hasta que alcanz unatemperatura de 400 C y lo sumerg en100 g de agua, a 20 C, contenida en uncalormetro. Anot que la temperaturade equilibrio era de, aproximadamente,26 C. Despus, ...

Qu opinas de la calidad del anillo?AYUDA: coro = 130 J/(C kg).

Actividad 31La temperatura adecuada para un baotemplado es de 40 C. Si el agua del calentadorse encuentra a una temperatura de 70 C y elagua del grifo est a 18 C, calcula la masa deagua que habr que utilizar de cada clase parapreparar un bao templado de 60 litros.

{Respuesta: 25,4 kg y 34,6 kg}

Actividad 32En un recipiente que contiene 50 kg de agua a20 C se introduce un bloque de acero de 5 kg

a 100 C. Cul ser la temperatura final de lamezcla si el recipiente no recibe ni cede calor?

{Respuesta: 20,9 C}

Ondas sonoras

Actividad 33[a] Puede el sonido viajar en el vaco?[b] Si el sonido pudiera viajar de la Luna a la Tierra

-que estn separadas por una distancia de380.000 km- cunto tiempo empleara el ruidode una explosin en llegar a la Tierra?

{Respuesta: [b] 1,15.106 s }

Actividad 34Un barco emite un sonido dentro del agua y al cabode 4 s recibe el eco del sonido que se reflej en elfondo. A qu profundidad est el fondo?

{Respuesta: 2800 m}

Actividad 35[a] Si la menor longitud de onda de las ondas

ultrasnicas que emite el murcilago es de 3,3mm, cul es la frecuencia de estas ondas?

[b] Si se conoce la frecuencia del do de la terceraescala del piano (256 Hz), cul es la frecuenciadel do de la primera escala?

[c] El sonido de ms baja frecuencia que puedeescuchar el hombre es de 20 Hz. Cul es lalongitud de onda de este sonido?

{Respuesta: [a] 105 Hz; [b] 64 Hz; [c] 16,5 m}

Actividad 36Un barco emite simultneamente un sonido dentro delagua y otro en el aire. Si otro barco detecta lossonidos con una diferencia de 2 s a qu distanciaestn ambos barcos?

Emisor

Emisor Receptor

Receptor

{Respuesta: 864 m}

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