Fecha de límite de entrega: Miércoles 10 de noviembre

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Cuarto Periodo

Guía 7

AREA – Grados Décimo

1. FECHA DE PUBLICACIÓN DE ESTA GUÍA Lunes 20 septiembre

2. FECHA LÍMITE PARA ENTREGAR LA GUÍA Viernes 10 de noviembre

3. FORMA Y MEDIO DE ENTREGA El trabajo debe ser presentado en un solo archivo formato PDF realizando TODOS LOS PROCEDIMIENTOS y deberá ser cargado en TEAMS como TAREA.

4. HABILIDADES QUE EL ESTUDIANTE ADQUIERE Física

Profundiza y refuerza lo aprendido sobre temas fundamentales de la Dinámica y

conceptos sobre Trabajo y Energía.

Química

Reconocer los factores que afectan la solubilidad de un soluto y de un solvente.

Realizar cálculos relacionados con las unidades de concentración físicas y químicas

de soluciones

5. ACTIVIDADES FÍSICA

• Resuelva en hojas cuadriculadas, en forma ordenado y con procedimientos

completos cada uno de los siguientes problemas de Dinámica:

1.1 Determine todas las tensiones del siguiente sistema.

1.2 Determine la aceleración y la tensión del siguiente sistema.

Profesores: Carlos Augusto Arévalo

Yesid Pasive Castellanos

Alejandro Castellanos

Fredy Palacino

1001 1003 1002

1004 1005

1007

1006

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1.3 Un niño aplica una fuerza de 28,4 N sobre

un tren de juguete, con un ángulo respecto

a la horizontal de 38° desplazando el tren

una distancia de 74 cm. ¿Cuál es el valor del

trabajo medido en julios realizado por el niño?

• Resuelva con PROCEDIMIENTOS COMPLETOS Y EN FORMA ORDENADA cada uno de

los siguientes problemas usando UNICAMENTE los CONCEPTOS DE TRABAJO Y

ENERGIA.

1.4 Una piedra de masa 3,4 kg es lanzada hacia arriba con una velocidad de 4,2 m/s. Determine

la altura máxima que alcanza la piedra.

1.5 Por medio de una grúa se requiere levantar una

caja de masa 425 kg a una altura de 28 metros.

a. ¿Cuál es el valor del trabajo realizado por la grúa?

b. ¿Cuál es la energía potencial Gravitacional en el

punto más alto?

c. ¿Con que velocidad llega la caja al suelo si se cae

de la posición más alta?

1.6 Un resorte de constante 420 N/m, mide 34 cm cuando sobre el descansa una masa de 0,8

kg. SI el resorte se comprime hasta que su longitud es 21 cm, manteniendo la masa sobre

él. Determine:

a. La velocidad con que sale disparada la esfera al liberar el resorte.

b. La altura máxima que alcanza la esfera.

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c. Realice dibujos que ilustren la situación en cada momento ubicando información

sobre altura y velocidad.

QUÍMICA

1. Realizar solo un ejercicio de estequiometría, identificando el reactivo límite, el

reactivo en exceso e indicando el exceso (teoría en la guía N° 5):

a. Para obtener el nitrato cromoso se hace reaccionar 18,6g de cloruro cromoso con

10g de nitrato de plata.

CrCl3 + AgNO3 → Cr (NO3)3 + AgCl

b. El bromuro de plata se puede obtener cuando se mezclan 100g de bromuro de

magnesio y 50g de nitrato de plata.

MgBr2 + AgNO3 → AgBr + Mg(NO3)2

c. El sulfato de bario se forma a partir de 200g de nitrato de bario y 100g de sulfato

de sodio.

Ba(NO3)2 + NaSO4 → BaSO4 + NaNO3

2. De acuerdo a las leyes de Boyle, Charles y Gay-Lussac realice un solo ejercicio (teoría

guía N°6):

a. El volumen de un gas ideal es de 5,85 L a 1,6atm de presión. ¿Cuál fue la expansión

del volumen si la presión se redujo a una atmosfera?

b. Una muestra de un gas ideal ocupa un volumen de 8,5 L a una temperatura

ambiente de 18 °C. ¿Cuál será el volumen cuando la temperatura sea de 35°C?

c. La presión de cierta cantidad de H2S a 20°C es de 625 torr. ¿Cuál es su presión a

80°C si el volumen permanece constante?

3. De acuerdo a la ecuación de estado de los gases ideales y a la ley de las presiones

parciales solucione solo un ejercicio (teoría guía N° 6):

a. Si se introducen 23,4g de cada uno de los siguientes gases: H2, O2, N2, en un

recipiente de 25 litros a una temperatura de 23°C, establezca la presión total de la

mezcla.

b. Si la presión total ejercida por 8g de cada uno de los siguientes gases He, CO2, CH4,

es de 15 atmosferas y el volumen del recipiente es de 20 litros a 20°C. ¿Cuál es la

presión ejercida por cada gas?

c. Un recipiente de 40 mL a 40°C y 700 mmHg contiene CO2. Si se le agregan 60 mL

de O2 que estaban a 25°C y 500 mmHg ¿Cuál es la presión del recipiente que

contiene la mezcla?

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4. Hallar la concentración de una de las siguientes soluciones en todas las unidades

físicas (%m/m, %m/v, %v/v, ppm) y unidades químicas (M, N, m, XA), de una de las

siguientes soluciones:

a. 40g de azúcar (sacarosa C12H22O11) en 100g de agua (H2O).

b. 40g de bicarbonato de sodio (NaHCO3) en 100g de agua (H2O).

c. 40g de permanganato de potasio (KMnO4) en 100g de agua (H2O).

6. TEORÍA Y MATERIAL DE CONSULTA FÍSICA

La teoría para solucionar los dos primeros ejercicios esta en las dos guías realizadas

anteriormente, estos se presentan como una oportunidad para fortalecer el tema de

Dinámica y como oportunidad para mejorar la nota de quienes llevan bajo rendimiento

académico.

TRABAJO Y ENERGÍA

Trabajo: se define en física como la fuerza que se aplica sobre un cuerpo para

desplazarlo de un punto a otro. Al aplicar fuerza se libera y se transfiere energía

potencial a ese cuerpo y se vence una resistencia.

Por ejemplo, levantar una pelota del suelo implica realizar un trabajo ya que se aplica

fuerza a un objeto, se desplaza de un punto a otro y el objeto sufre una modificación a

través del movimiento.

Por tanto, en física solo se puede hablar de trabajo cuando existe una fuerza que al ser

aplicada a un cuerpo permite que éste se desplace hacia la dirección de la fuerza.

La fórmula de trabajo se representa de la siguiente manera:

𝑾 = 𝑭 ∙ 𝒙 ∙ 𝒄𝒐𝒔𝜽

En esta ecuación el ángulo se mide respecto a la horizontal, tal y como se ve en la

figura.

Si la fuerza se aplica en el sentido del movimiento se dice que el trabajo es positivo y se

denomina Motor, pero si la fuerza se aplica en dirección contraria al movimiento el

trabajo es negativo y se denomina Resistente. Si la fuerza es perpendicular al

desplazamiento el trabajo es Nulo. Las unidades para medir el trabajo y la enegia mas

comunes son los Julios en el sistema MKS, y los Ergios en el sistema CGS.

(1𝐽 = 1𝑁. 𝑚), (1𝐸𝑟𝑔 = 1𝑑. 𝑐𝑚) y (1𝐽 = 1 × 107𝐸𝑟𝑔)

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Energía Cinética: La energía cinética es una forma de energía, conocida como energía

de movimiento. La energía cinética de un objeto es aquella que se produce a causa de

sus movimientos que depende de la masa y velocidad del mismo. La energía cinética

suele abreviarse con las letras "Ec" o "Ek". La energía cinética se representa a través de

la siguiente fórmula: 𝐸𝑐 = ½ 𝑚𝑣². La energía cinética se mide en Julios (J).

La energía cinética puede originarse a partir de otras energías o convertirse en otras

formas de energías. En el caso de los carros de una montaña rusa alcanzan energía

cinética cuando están en el fondo de su trayectoria, pero esta se transforma en energía

potencial gravitacional cuando comienza a elevarse. Otro ejemplo es a través de la

energía cinética que permite los movimientos de las hélices se puede obtener

electricidad o, energía hídrica a través del movimiento de agua.

Ejemplo 1: Un auto de masa 2600 kg se mueve con una velocidad de 18 m/s. ¿Cuál es el

valor de su energía cinética? ¿Cuál es el valor de la energía cinética de una persona de

masa 58 kg en el interior del auto respecto a la carretera y respecto al auto?

La energía cinética del auto respecto a la carretera es:

𝑬𝒄 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 =

𝟏

𝟐(𝟐𝟔𝟎𝟎𝒌𝒈)(𝟏𝟖𝒎/𝒔)𝟐 = 𝟒𝟐𝟏𝟐𝟎𝟎𝑱

La energía cinética de la persona respecto a la carretera es:

𝑬𝒄 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 =

𝟏

𝟐(𝟓𝟖𝒌𝒈)(𝟏𝟖𝒎/𝒔)𝟐 = 𝟗𝟑𝟔𝟎𝑱

La energía cinética de la persona respecto al auto es nula debido a que no se mueve

respecto a él. Esto se demuestra así:

𝑬𝒄 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 =

𝟏

𝟐(𝟓𝟖𝒌𝒈)(𝟎𝒎/𝒔)𝟐 = 𝟎𝑱

El trabajo se puede escribir en términos de la energía cinética con el denominado

Teorema de la energía cinética:

𝑾 = 𝑬𝒄 − 𝑬𝒄𝟎 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 −

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟎

𝟐

Energía Potencial Gravitacional: Es un tipo de energía potencial asociada a la fuerza de

gravedad. Se puede definir como la capacidad de un cuerpo situado en una posición

elevada para generar energía.

La energía potencial gravitacional de un cuerpo se puede calcular multiplicando su

masa, la aceleración de la gravedad y la altura a la que se encuentra situado.

𝑬𝑷 = 𝒎𝒈𝒉

El peso del cuerpo y la altura en la que esté posicionado el cuerpo son directamente

proporcionales a la energía que pueden generar.

Un ejemplo de este tipo de energía es la que es capaz de producir el agua de un

embalse.

Ejemplo 2: Una piedra de masa 14 kg se deja caer libremente desde una altura de 180

m. Determine la energía potencial gravitacional en el punto desde donde se libera, en la

mitad de la trayectoria y en el momento justo antes de llegar al suelo.

En el punto donde se libera:

𝑬𝑷 = 𝒎𝒈𝒉 = 𝟏𝟒𝒌𝒈 ∙ 𝟗, 𝟖𝒎/𝒔𝟐 ∙ 𝟏𝟖𝟎𝒎 = 𝟐𝟒𝟔𝟗𝟔𝑱.

En la mitad de la trayectoria:

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𝑬𝑷 = 𝒎𝒈𝒉 = 𝟏𝟒𝒌𝒈 ∙ 𝟗, 𝟖𝒎/𝒔𝟐 ∙ 𝟗𝟎𝒎 = 𝟏𝟐𝟑𝟒𝟖𝑱.

En el momento justo antes de llegar al suelo: En ese punto ya se puede considerar que

la altura es cero:

𝑬𝑷 = 𝒎𝒈𝒉 = 𝟏𝟒𝒌𝒈 ∙ 𝟗, 𝟖𝒎/𝒔𝟐 ∙ 𝟎𝒎 = 𝟎𝑱.

El trabajo se puede escribir en términos de la energía potencial gravitacional con el

denominado Teorema de la energía potencial gravitacional:

𝑾 = 𝑬𝒑𝟎 − 𝑬𝒑 = 𝒎𝒈𝒉𝟎 − 𝒎𝒈𝒉

Energía Potencial Elástica: La energía potencial elástica es la energía acumulada en un

cuerpo elástico (como una goma o un muelle) que se encuentra sometido a una

deformación provocada por una fuerza.

Un ejemplo de este tipo de energía es la que existe en la goma de un tirachinas cuando

está tensada hacia atrás o un resorte cuando se comprime.

La fórmula usada para la energía potencial elástica.

𝑬𝒑𝒆 =𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟐

En la anterior ecuación k es una constante propia del resorte que se mide en N/m y x es

la separación de la posición de equilibrio, llamada elongación.

Ejemplo 3: Un resorte de constante 370 N/m, en equilibrio y en posición vertical mide

28 cm, una persona lo comprime hasta que mide 20 cm. ¿Cuál es la energía potencial

del resorte comprimido?

𝑬𝒑𝒆 =𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟐 =

𝟏

𝟐(𝟑𝟕𝟎𝑵/𝒎)(𝟎, 𝟎𝟖𝒎)𝟐 = 𝟏, 𝟏𝟖𝟒𝑱.

El trabajo se puede escribir en términos de la energía potencial elástica con el

denominado Teorema de la energía potencial elástica:

𝑾 = 𝑬𝒑𝒆𝟎 − 𝑬𝒑𝒆 =𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟎

𝟐 −𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟐

Transformación de la energía: En física se denomina energía mecánica a la suma total

de la energía que tiene un cuerpo.

Energía potencial gravitacional a cinética y viceversa: Al soltarse libremente un cuerpo,

desde una altura determinada, su velocidad es cero por tanto no tiene energía cinética

pero sí energía potencial gravitacional, que correspondería a la energía mecánica total,

en la mitad de la trayectoria tiene igual cantidad de energía potencial gravitacional y

cinética, por tanto, la energía mecánica es la suma de las dos. Cuando el objeto ya se

encuentra en un punto justo antes de tocar el suelo, la altura se puede considerar cero,

así que la energía potencial gravitacional es nula, mientras su velocidad seria la máxima

del cuerpo, por tanto, en ese punto su energía mecánica total corresponde a la energía

cinética.

En este caso hablamos de transformación de energía potencial en cinética cuando un

cuerpo cae y de cinética a gravitacional cuando lanzamos un cuerpo hacia arriba. Lo

anterior se expresa en general así:

𝒎𝒈𝒉𝟎 − 𝒎𝒈𝒉 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 −

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟎

𝟐

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Energía potencial elástica a cinética y viceversa: Cuando un cuerpo de determinada

masa se ubica sobre un resorte este adquiere una posición de equilibrio

comprimiéndose un poco, si ejercemos más fuerza y lo comprimimos este adquiere

energía potencial elástica, al liberarlo es posible determinar la velocidad con que sale

disparada la masa si aplicamos la transformación de energía elástica a cinética. 𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟎

𝟐 −𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟐 =

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 −

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟎

𝟐

Ejemplo 4: Desde una altura desconocida de deja caer libremente una piedra de 5 kg, se

conoce que su velocidad justo antes de tocar el suelo es de 31 m/s. Determine la altura

desde donde se soltó y la energía potencial gravitacional de la piedra antes de ser

soltada.

Solución: En este caso se transforma energía potencial gravitacional en cinética.

𝒎𝒈𝒉𝟎 − 𝒎𝒈𝒉 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 −

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟎

𝟐

En este caso la altura final se puede considerar cero y la velocidad inicial es cero,

por lo que se reduce la ecuación a:

𝒎𝒈𝒉𝟎 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐

Despejando la altura inicial se obtiene:

𝒉𝟎 =𝒗𝟐

𝟐𝒈=

(𝟑𝟏𝒎/𝒔)𝟐

𝟐 ∙ 𝟗, 𝟖𝒎/𝒔𝟐=

𝟗𝟔𝟏𝒎𝟐/𝒔𝟐

𝟏𝟗, 𝟔𝒎/𝒔𝟐= 𝟒𝟗, 𝟎𝟑𝒎

Con la altura podemos determinar la energía potencial gravitacional:

𝑬𝑷 = 𝒎𝒈𝒉 = 𝟓𝒌𝒈 ∙ 𝟗, 𝟖𝒎/𝒔𝟐 ∙ 𝟒𝟗, 𝟎𝟑𝒎 = 𝟐𝟒𝟎𝟐, 𝟒𝟕𝑱.

Ejemplo 5: Una masa de 1,4 kg se ubica sobre un resorte de constante 210 N/m. ¿Con

que velocidad sale disparada la masa hacia arriba si el resorte se comprime 10 cm?

Solución: En este caso como se quiere hallar velocidad, la transformación es de

energía potencial elástica a cinética. 𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟎

𝟐 −𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟐 =

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐 −

𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟎

𝟐

Cuando el resorte esta comprimido 𝒙𝟎 = −𝟎, 𝟏𝒎, 𝒙 = 𝟎𝒎, 𝒗𝟎 = 𝟎𝒎/𝒔 y 𝒗 es la

velocidad con que sale disparada la masa. Por tanto, la ecuación se reduce a: 𝟏

𝟐𝒌𝒙𝟎

𝟐 =𝟏

𝟐𝒎𝒗𝟐

Despejando la velocidad se obtiene:

𝒗 = √𝒌𝒙𝟎

𝟐

𝒎= √

𝟐𝟏𝟎𝑵/𝒎 ∙ (−𝟎, 𝟏𝒎)𝟐

𝟏, 𝟒𝒌𝒈= √𝟏, 𝟓𝒎𝟐/𝒔𝟐 = 𝟏, 𝟐𝟑𝒎/𝒔

Si se quisiera calcular la altura máxima la transformación seria de cinética a

gravitacional, en este caso la velocidad anterior seria la velocidad inicial y la velocidad

final sería cero.

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Fuentes de Consulta:

https://www.significados.com/trabajo-en-fisica/

http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/EDAD_4eso_tra

bajo_energia/impresos/quincena6.pdf

https://es.slideshare.net/DGS998/ejercicios-resueltos-12235272

http://www.edu.xunta.gal/centros/iessanpaio/system/files/4EsoEjerciciosTema5Ene

rg%C3%ADayTrabajo_0.pdf

Soluciones

Una solución es una mezcla homogénea entre dos o más sustancias.

Soluto: es la sustancia que se encuentra en menor proporción dentro de una solución.

Solvente: es la sustancia que por lo general se encuentra en mayor proporción en una

solución, el solvente universal es el agua.

https://www.lifeder.com/soluto-y-solvente/

Solubilidad: Es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en cierta cantidad de

solvente.

https://quimicayalgomas.com/quimica-general/soluciones-soluto-y-solvente/

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https://es.slideshare.net/51754329/unidad-8-el-agua-y-las-soluciones

Concentración de las Soluciones

La concentración de una solución expresa la cantidad soluto presente en cierta cantidad

de solvente.

Unidades Físicas de Concentración

Porcentaje referido a la masa (%m/m): Relaciona la masa del soluto, en gramos,

presente una cierta cantidad de masa del solvente.

%m/m = g sto / g sln x 100

Ejemplo:

Porcentaje masa - volumen (%m/v): Relaciona la masa del soluto, en gramos, presente

una cierta cantidad de volumen del solvente.

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%m/v = g sto / mL ste x 100

Ejemplo:

Porcentaje referida al volumen (%v/v): Relaciona el volumen del soluto, en mililitros,

presente una cierta cantidad de volumen del solvente.

%m/v = mL sto / mL sln x 100

Ejemplo:

Partes por millón (ppm): Mide las partes de soluto presentes en un millón de partes del

solvente.

Ejemplo:

ppm = mg sto / L sln ó ppm = mg sto / Kg sln

Unidades Químicas de Concentración

Molaridad (M): Indica la cantidad de moles presentes en un litro de solución.

Ejemplo:

M = n° moles / L sln

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Molalidad (m): Indica la cantidad de moles de soluto presentes en un Kg de solvente.

M = n° moles / Kg ste

Ejemplo:

Normalidad: Relaciona el número de equivalentes gramo de un soluto en litros de

solución.

N = n° equivalentes-gramo / L sln

Ejemplo:

Fracción Molar (XA): Expresa el número de moles de un componente de la solución, en

relación con el número de moles.

XA = n° moles A / n° de moles total

Ejemplo:

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https://www.goconqr.com/note/2218405/unidades-f-sicas-y-qu-micas-de-concentraci-

n-de-las-disoluciones

Material de Consulta

- https://es.slideshare.net/quifinova/disoluciones-y-clculos-de-concentraciones

- https://slideplayer.es/slide/5548876/

- https://es.slideshare.net/tavoquimico/soluciones-unidades-fisicas-y-quimicas-de-

concentracion

- https://www.youtube.com/watch?v=9owEfiDh4DI

- https://www.youtube.com/watch?v=tj6p1qltTGQ

- https://www.youtube.com/watch?v=j-gLezS6WGA

- https://www.youtube.com/watch?v=yYSkPM9IA38

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7. EVALUACIÓN Ítem a Evaluar Valoración en

Unidades

Entrega el trabajo completo, donde desarrolla los ejercicios, mostrando

procedimientos y una adecuada resolución.

3,5

Presentación adecuada y organizada (trabajo de calidad) 1,0

Entrega de acuerdo a las fechas establecidas 0,5