a 4º eso -...

DPTO. DE FÍSICA Y QUÍMICA

EJERCICIOS

I E S

MA

R IA N O B A Q U ER

O

Física y Química

4º ESO2014-15

Índice general

3

1. Cinemática 5

2. Las fuerzas y sus efectos 13

3. Leyes de Newton 17

4. Fluidos 21

5. Trabajo, potencia y energía 25

1. Cinemática

5

IES “MARIANO BAQUERO GOYANES”

Ejercicios de Física y Química, 4◦ ESO

Unidad 1.- Cinemática I.

Curso Académico 2014-15 Depto. de Física y Química

Hoja 1-1

1.- En las Olimpiadas de 2012, el corredor jamaicano Usain Bolt asombró al mundo cuando hizo los100 metros en 9,63 segundos. Calcula su rapidez media.

2.- En una competición de velocidad de coches trucados, el ganador completó la media milla en 10,45 s.Calcula la rapidez media del coche en mph, km/h y en m/s.DATO: 1 milla= 1609m.

3.- Un coche sube por una colina a la velocidad constante de 37 km/h y la baja a la velocidad, tambiénconstante, de 66 km/h. Calcula la rapidez media de todo el trayecto. ¿Y la velocidad media?

4.- La siguiente gráfica posición-tiempo representa el movimiento de una persona en una dimensión:a) Razona el tipo de movimiento en cada

intervalo.b) Calcula la distancia total recorrida por

la persona.c) Calcula el desplazamiento total.d) Halla el desplazamiento de la persona

al cabo de 12 s.e) ¿En qué tramo(s) se produjo el mayor

desplazamiento medido desde la posi-ción inicial?

f) Calcula la rapidez y la velocidad en ca-da intervalo. t (s)

s (m)

0 5 10 150

2

4

6

8

g) ¿Cuál fue la mayor rapidez a la que fue?h) Calcula la rapidez media en los 16 s.i) Representa el diagrama v-t de este movimiento.

5.- ¿Cuándo y dónde se encontrarán dos trenes si el tren A sale de Chicago a 35 mph y el tren B sale deWashington a 45 mph? La distancia entre las dos ciudades es de 262,5 millas y se mueven por raílesdiferentes.

6.- Dos coches se encuentran separados 75 km por una autopista rectilínea. Se dirige uno hacia el otro.El coche A viaja a la velocidad constante de 45 km/h, mientras que B lo hace a la velocidad constantede 65 km/h.a) Si se mueven simultáneamente, ¿cuánto tardarán en cruzarse? ¿A qué distancia de la posición

original de A se encontrarán?b) Resuelve el ejercicio si A sale una hora más tarde que B.

7.- Un coche pasa a las 10 h por el punto A de una carretera recta a 80 km/h. Media hora más tarde, otrocoche pasa por el mismo punto A a 100 km/h moviéndose hacia el primero. ¿Cuánto tiempo tardaráen darle alcance? ¿A qué distancia del punto A lo hará?

8.- Observa el siguiente gráfico v-t y responde a las siguientes preguntas:

a) ¿A qué clase de movimiento se hacereferencia en cada intervalo?

b) Calcula el espacio total recorrido en30 s.

c) Calcula el desplazamiento total en30 s.

d) Halla la velocidad media en todo esetiempo.

t (s)

v (m/s)

10 20 30

-3-2-101234

Soluciones de la hoja 1-1

1.- 10,38 m/s; 37,38 km/h.

2.- 172,25 mph; 285,20 km/h; 76,99 m/s.

3.- 47,4 km/h; 0 km/h.

4.- a) El movimiento es una combinación de seis movimientos rectilíneos y uniformes porque en cada tramo lagráfica posición-tiempo es una línea recta:

Tramo Intervalo de tiempo MovimientoI 0 a 4 s mru (velocidad positiva)II 4 a 6 s reposo (mru con 0 m/s)III 6 a 8 s mru (velocidad negativa)IV 8 a 10 s reposoV 10 a 14 s mru (velocidad positiva)VI 14 a 16 s mru (velocidad negativa)

b) 16+ 16+ 12+ 8+ 24+ 8= 84 m.c) 0 m.d) +6 m.e) En los tramos I (0 a 4 s) y VI (14 a 16 s): el desplazamiento vale ±8m.f) En la tabla se encuentra la velocidad y la rapidez en cada tramo:

Tramo Intervalo de tiempo Velocidad (m/s) Rapidez (m/s)I 0 a 4 s +2 2II 4 a 6 s 0 0III 6 a 8 s -2 2IV 8 a 10 s 0 0V 10 a 14 s +1 1VI 14 a 16 s -4 4

g) La mayor rapidez fue 4 m/s.h) Rapidez media total: 5,25 m/s.

i)

t (s)

v (m/s)

5 10 15

-4

-2

0

2

5.- El encuentro tendrá lugar 3,28 h más tarde, a 114,8 millas de Chicago.

6.- a) 0,682 h= 40 min, 54,54 s más tarde; 30,69 km. b) 0,09090 h= 5 min, 27,27 s después de salir A; 4,1 km.

7.- 2 h; 200 km.

8.- a) Tramo I: reposo; tramo II: mru; tramo III: mru.b) 18+ 72= 90m.c) 72− 18= +54 m.d) 3 m/s.



Unidad 1.- Cinemática II.


Hoja 1-2

1.- Un avión de pasajeros 747 puede despegar a la velocidad de 175 mph en condiciones atmosféricasnormales. Su aceleración vale 2,22 m/s2.a) Calcula el tiempo que tarda en despegar.b) Halla la longitud mínima que debe tener la pista de despegue.DATO: 1 milla= 1,609 344km.

2.- El Ferrari Testarossa (1984) acelera desde 0 a 100 km/h en 5,60 s. Calcula:a) La aceleración en m/s2, km/h2 y km/h

s .b) La distancia recorrida en ese intervalo.

3.- En una competición de shuffleboard le das al disco una velocidad inicial de 8,54 m/s. Una vez queavandona el palo, el disco frena a un ritmo de 4,32 m/s cada segundo.a) ¿Cuánto tardará en detenerse el disco?b) Calcula su velocidad media.c) Dibuja las gráficas v-t y s-t.

4.- Cuando soltamos un objeto en la superficie de la Luna desde 2 m de altura, tarda 0,932 s más enllegar al suelo que el que tardaría en la Tierra. Calcula la aceleración de la gravedad en la Luna.

5.- Dejamos caer una piedra pesada dentro de un pozo. Oímos un ruido al cabo de 3,6 s.a) ¿Cuál es la profundidad del pozo? No tengas en cuenta el tiempo que tarda el sonido en volver.b) ¿Cuál fue la velocidad de la piedra en la mitad de la trayectoria?

6.- Dejamos caer una piedra pesada dentro de un pozo que tiene 20 m de profundidad. La velocidad delsonido es de 340 m/s. ¿Cuánto tiempo pasará desde que dejamos caer la piedra hasta que se oye elgolpe con el fondo?

7.- Se lanza un objeto verticalmente hacia arriba desde una ventana que está a una altura de 10 m sobreel suelo. Alcanza su máxima altura a los 2,5 s. Halla:a) La velocidad inicial del objeto y la distancia que se eleva.b) El tiempo que tarda en chocar con el suelo y la velocidad con que lo golpea.c) La rapidez media total.

8.- Observa la siguiente gráfica v-t y responde a las siguientes preguntas:a) ¿Qué clase de movimiento está repre-

sentado en cada tramo?b) Calcula la aceleración en cada tramo.c) Determina el espacio recorrido en cada

tramo.d) Halla la rapidez media en 25 s.

t (s)

v (m/s)

0 5 10 15 20 250

102030

4050

9.- Un hombre que se encuentra en lo alto de un edificio lanza una pelota verticalmente hacia arriba conuna velocidad de 14 m/s. La pelota llega al suelo 4,5 s más tarde.a) ¿Cuál es la máxima altura alcanzada por la pelota?b) ¿Cuál es la altura del edificio?c) ¿Con qué velocidad llegará al suelo?

10.- Se deja caer una piedra desde lo alto de un edificio. Se oye la piedra golpear el suelo al cabo de 6,5 s.La velocidad del sonido es de 340 m/s. Calcula:a) El tiempo que tarda en chocar con el suelo.b) Si la velocidad del sonido es de 340 m/s, calcula la altura del edificio.c) La rapidez de la piedra cuando choca con el suelo en km/h.


1.- a) 35,24 sb) 1378,5 m

2.- a) 4,96 m/s2; 64 281,6 km/h2; 17,86km/h

sb) 77,77 m

3.- a) 1,98 sb) 4,26 sc) Las gráficas:

t (s)

v (m/s)

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,00

2

4

6

8

t (s) v (m/s)0,00 8,541,98 0,00

t (s)

s (m)

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,00123456789

t (s) s (m)0,0 0,00,2 1,60,4 3,10,6 4,30,8 5,41,0 6,41,2 7,11,4 7,71,6 8,11,8 8,41,98 8,4

4.- 1,622 m/s2.

5.- 63,5 m; 24,95 m/s.

6.- 2,08 s.

7.- a) 24,5 m/s; 30,63 m.b) 5,38 s; −28,22 m/s.c) 13,25 m/s.

8.- a) Consta de cuatro movimientos:

Tramo Intervalo de tiempo MovimientoI 0 a 5 s mrua (aumentando la rapidez)II 5 a 10 s mru (10 m/s)III 10 to 15 s mrua (aumentando la rapidez)IV 15 to 25 s mrua (disminuyendo la rapidez)

b) La aceleración en cada tramo:

Intervalo Intervalo de tiempo Aceleración (m/s2)I 0 a 5 s 2 (con el mismo sentido que la velocidad)II 5 a 10 s 0III 10 a 15 s 6 (con el mismo sentido que la velocidad)IV 15 a 25 s 2 (con sentido opuesto a la velocidad)

c) El espacio recorrido en cada tramo:

Intervalo Intervalo de tiempo espacio recorrido (m)I 0 a 5 s 25II 5 to 10 s 50III 10 to 15 s 125IV 15 to 25 s 300

d) Rapidez media total: 20 m/s.

9.- a) 10 m.b) 36,2 m.c) −30,1 m/s.

10.- a) 5,98 s.b) 175,22 m.c) 211 km/h.



Unidad 1.- Cinemática III.


Hoja 1-3

1.- Calcula:a) El periodo de giro de la Tierra en su rotación alrededor del eje polar.b) La velocidad angular de la Tierra en rad/s y en rpm.c) La velocidad lineal que tendría una persona situada en el ecuador, debida a la rotación señalada

en el primer apartado, sabiendo que el radio de la Tierra es aproximadamente de 6370 km.d) La velocidad lineal que tendría una persona situada en el polo sur de la Tierra.e) La velocidad lineal que tendría en Murcia, donde la latitud vale 37°59′.

2.- Calcula la velocidad angular de las tres manecillas de un reloj: minutero, segundero y horario.

3.- Sabemos que a las doce del mediodía las dos agujas principales de un reloj coinciden. ¿A qué horavuelven a encontrarse por primera vez?


1.- a) T = 86400 s.b) ω= 2,31× 10−5π rad/s.c) v = 462,28m/s.d) v = 0m/s.e)

2. Las fuerzas y sus efectos

13



Unidad 2.- Las fuerzas y sus efectos.


Hoja 2-1

1.- Un muelle mide 15 cm en reposo, y 20 cm cuando se cuelga de él un peso de 5 N.a) ¿Cuánto vale la constante del muelle en el SI?b) ¿Cuánto medirá si le colgamos un peso de 8,5 N?

2.- Un muelle de 12 cm de longitud se alarga hasta 14,5 cm al colgarle una pesa de 100 g de masa. Calculael valor de la constante de elasticidad del muelle en el SI y la longitud que tendría al colgarle unapesa de 5 N.


1.- a) 25 N/mb) 49 cm

2.- a) 39,2 N/mb) 24,76 cm

3. Leyes de Newton

17



Unidad 3.- Leyes de Newton I.


Hoja 3-1

1.- Ejercicio 10 de la página 57 del libro de texto.



















20.- Un bloque de 2,5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. El coeficiente de roza-miento del bloque con el suelo vale 0,4.a) Calcula el peso, la normal y la fuerza de rozamiento máxima que puede actuar sobre el bloque.b) Si sobre el bloque actúa una fuerza horizontal de 2 N, calcula la aceleración y la fuerza de

rozamiento.c) Si sobre el bloque actúa una fuerza horizontal de 12 N, calcula la aceleración y la fuerza de

rozamiento.

21.- Un bloque de 5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. El coeficiente de rozamientodel bloque con el suelo vale 0,7. Sobre el bloque actúa una fuerza de 20 N formando un ángulo de30° con respecto al suelo.a) Calcula el peso, las componentes de la fuerza, la normal y la máxima fuerza de rozamiento.b) Calcula la aceleración y la fuerza de rozamiento.

22.- Un bloque de 2,5 kg se encuentra en reposo sobre una superficie horizontal. El coeficiente de roza-miento del bloque con el suelo vale 0,6.a) Calcula el peso, la normal y la fuerza de rozamiento máxima que puede actuar sobre el bloque.b) Si sobre el bloque actúa una fuerza horizontal de 2 N, calcula la aceleración y la fuerza de

rozamiento.c) Si sobre el bloque actúa una fuerza horizontal de 12 N, calcula la aceleración y la fuerza de

rozamiento.


1.- Además de la fuerza horizontal de 100 N deben actuar el peso y la normal. Además, como debe llevar un mru,la aceleración vale 0 m/s2 y todas las fuerzas, las verticales y las horizontales deben anularse, por lo que debehaber una fuerza de rozamiento:

~P

~N

~F~fr

N = P = 980 N

fr = F = 100 N

2.- a = 0,04 m/s2

3.- m= 1250kg

4.- Está resuelto en el libro.

5.- F = 3,92N

6.- a = 2m/s2

7.- La variación de velocidad es la misma en el mismo intervalo de tiempo, por tanto la aceleración es constante.Así, la fuerza también debe ser constante.

8.- a = 1,5m/s2

9.- e = 29,15m

10.- a) t = 1,02 sb) 5,88 N

11.- a) F = 1555,4 Nb) F = 1829 N

12.- v = 2 m/s

13.- F = 26,67N

14.- a) t = 5sb) a = 4 m/s2

c) µ= 0,41

15.- T = 0,53 N

16.- a = 4,86m/s2

17.-

~fr

~P

~N

~Px ~Py

45◦

a) P = 490N

Py = P cosθ = 490 · cos 45°= 346,48 N

Px = P senθ = 490 · sen45°= 346,48N

b) La fuerza que hace que el cuerpo deslice por el plano es la componente x del

peso, ~Px (la normal y ~Py se anulan).

c) Para que el cuerpo se mantenga en reposo la fuerza debe ser nula, por lo que

la fuerza de rozamiento, ~fr debe ser de la misma intensidad y opuesta a ~Px , su

módulo tiene que valer 346,48 N.

18.- a = 4,2m/s2

19.- Fc = 3,3× 10−5 N

20.- a)b)c)

21.- a)b)

22.- a)b)c)

4. Fluidos

21



Unidad 4.- Fluidos.


Hoja 4-1

1.- Aplicamos una fuerza de 10 N sobre un clavo. El área de su cabeza es de 5 mm2 y el de la punta de0,1 mm2. Calcula la presión que se comunica al clavo cuando se ejerce la fuerza sobre cada uno desus extremos.

2.- Un ladrillo de 3,5 kg se sitúa sobre un suelo horizontal según cada una de sus diferentes caras. Calculala presión ejercida en cada situación en unidades del SI.Dimensiones del ladrillo: 33× 18× 8cm

3.- El tapón de una bañera tiene una masa de 240 g y 5 cm de diámetro. Está tapando la bañera a 50 cmde profundidad. La densidad del agua es 1 g/cm3 y la presión atmosférica vale 101325 Pa. Respondea las siguientes preguntas:a) Calcula la fuerza mínima en kp necesaria para extraer el tapón.b) Si se hiciera el vacío en la tubería de desagüe que hay al otro lado del tapón, ¿cuál sería la fuerza,

en kp necesaria para extraerlo?

4.- En la prensa aparece la noticia de que cierto submarino puede soportar una presión máxima de7 kp/cm2. Responde a las siguientes preguntas:a) Calcula la presión máxima en unidades del SI.b) ¿Cuál será la máxima profundidad a la que se podrá sumergir este submarino?Densidad del agua del mar: 1,2 g/mL.

5.- Cuando se cuelga un objeto de un dinamómetro marca 17 N y cuando se sumerge completamente enagua (d = 1000 kg/m3, marca 13,4 N. Calcula:a) El empuje sobre el objeto en unidades del SI y en kp.b) El volumen del objeto en cm3 y en el SI.c) La densidad del objeto en unidades del SI.

6.- Sobre el émbolo de una prensa hidráulica, cuyo radio es de 20 cm, se coloca un coche de 15 000 N depeso.a) ¿Qué fuerza, en kp, habrá que aplicar al émbolo menor, de 2 cm de radio, para elevar el coche?b) Calcula el factor multiplicador de la prensa hidráulica.

7.- Un globo aerostático de aire caliente tiene un volumen máximo de 160000 L, y una masa de 20 kgcuando no está inflado. La densidad del aire vale 1,25 g/L y la del aire caliente que habrá en el interiordel globo será de 0,90 g/L. Calcula:a) La densidad del aire frío y caliente en el SI.b) EL volumen del globo en el SI.c) El peso de aire caliente en el interior del globo cuando se encuentre lleno y el peso total en kp y N.d) El empuje en kp y N.e) ¿Se elevará el globo? ¿Por qué?

8.- Una esfera de aluminio (dAl = 2700 kg/m3) tiene un radio de 4 cm. Se sumerge completamente enagua colgada de un dinamómetro. La densidad del agua vale 1000 kg/m3. Calcula:a) El volumen de la esfera en cm3 y en el SI.b) Su peso en unidades del SI.c) El empuje.d) Su peso aparente.


1.- 2× 106 Pa; 1× 108 Pa

2.- a) 577,44 Pab) 1299,24 Pac) 2381,94 Pa

3.- a) 1,19 kpb) 21,49 kp

4.- a) 686000 Pab) 58,33 m

5.- a) 3,6N= 0,367kpb) 3,6735× 10−4 m3 = 367,35cm3

c) 4722 kg/m3

6.- a) 15,3 kpb) 100

7.- a) 1,25 kg/m3 and 0,90 kg/m3

b) 160 m3

c) Hot air weight= 144kp= 1411,2 N. Total weight= 164 kp= 1607,2 N.d) The balloon will rise because the buoyant force is greater than total weight.

8.- a) 268 cm3, 2,68× 10−4 m3

b) 7,09 Nc) 2,63 Nd) It floats, so the apparent weight is −4,46 N

5. Trabajo, potencia y energía

25



Unidad 5.- Trabajo, potencia y energía.


Hoja 5-1

1.- Página 118 - Ejercicio 2 (resuelto).

2.- Página 118 - Ejercicio 3, apartados a) y b) (resuelto).

3.- Página 118 - Ejercicio 4 (resuelto).

4.- Página 120 - Ejercicio 15.







11.- Un cuerpo de 50 kg se desliza por una montaña rusa como la de la figura. Si la velocidad en el puntoA es de 5 m/s.a) Calcula la velocidad con que debe llegar al punto B si se desprecia el rozamiento.b) Si hubiera rozamiento y la velocidad en B fuera de 3,2 m/s, calcula el trabajo realizado por la

fuerza de rozamiento.

A

B

3 m

12.- Un bloque de 400 g de masa cae desde el reposo por un plano inclinado 60°. Al final del plano suvelocidad es de 3 m/s. Calcula la altura desde la que se dejó caer:a) Si se desprecia el rozamiento del bloque con el plano.b) Si se considera que el coeficiente de rozamiento entre el bloque y el plano es µ= 0,4.Resuelve el problema utilizando consideraciones energéticas.


1.- Ejercicio resuelto en el libro.



4.- a) 100 J.b) 0 J.c) −100 J.

5.- Trabajo del viento: 140 000 J; Trabajo resistente: −98000 J; Trabajo total: 42 000 J.

6.- 10 m/s= 36km/h.

7.- a) E = 0 J.b) E = 36 667,5J.c) W = 36667,5 J.

8.- a) E = 392 J.b) E = 392 J.c) v = 19,8 m/s.d) 17,15 m/s; E = 392 J; Ep = 98J; Ec = 294 J.

9.- a) Ep = 9800J.b) v = 14 m/s.c) v = 9,9 m/s.d) 14,14 m/s.

10.- Como despreciamos el rozamiento con el aire, se conserva la energía mecánica y todas caen con la mismavelocidad. v = 17,2 m/s.

11.- a) v = 9,15 m/s.b) Wf r = −1214J.

12.- a) h= 0,459m= 45,9 cm.b) h= 0,597m= 59,7cm.

a 4º eso -...

Documents