seminarios biofisica 2015 pdf

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD CARRERA DE KINESIOLOGIA

MECANICA

SEMINARIO 1 CINEMATICA I

1.- Determine la suma de los vectores A y B en un plano x-y

2.- Un conejo atraviesa corriendo un estacionamiento sobre el cual se ha dibujado un conjunto de ejes de coordenadas. Las coordenadas de la posición del conejo, en función del tiempo t están dadas por (con t en segundos y x e y en metros): x = -0.31t2 + 7.2t + 28 y = 0.22t2 – 9.1t + 30 a) En t=15 s, ¿Cuál es el vector posición del conejo? (Haga un gráfico) b) En los tiempos 0, 5, 10, 15, 20 y 25 s ¿Cuál es la trayectoria y el desplazamiento del conejo hasta el término del movimiento? (Haga un gráfico) 3.- Un avión avanza en línea recta 130 km, siguiendo una dirección de 22,5 0 al este del norte ¿Cuánto se aleja el avión hacia el norte y cuánto hacia el este del punto de partida? 4.- Un auto avanza 30 km al este en una carretera a nivel. Después da la vuelta al norte en un cruce y avanza 40 km antes de detenerse. Calcule el desplazamiento del auto. 5.- De acuerdo al triángulo rectángulo de la figura y sabiendo que a = 3 y b = 4. Calcular: a) El valor de la hipotenusa b) Seno del ángulo α c) Coseno del ángulo α d) Tangente del ángulo α

6.- Un explorador sale de su campamento y camina 30 km en dirección norte, luego 25 km 600 al noreste y finalmente 18 km al este a) Dibuje los vectores posición en cada etapa b) Determine el vector desplazamiento desde el punto de partida c) ¿Cuánto caminó el explorador desde su campamento?

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CARRERA DE KINESIOLOGÍA

MECANICA SEMINARIO 2 CINEMATICA II

1.- Un estudiante sale de su sala y camina hasta la cafetería donde toma un jugo y luego regresa a la sala. En la figura t representa el tiempo transcurrido desde el instante que salió de la sala (en min) y d la distancia (en m) hasta la sala, en cada instante. Interprete el gráfico que describe el movimiento del estudiante y conteste:

a) ¿Qué distancia hay de la sala a la cafetería y cuanto tardó en llegar a ella? b) ¿Cuánto tiempo estuvo en la cafetería? c) ¿Cuánto tardó en volver a la sala?

2.- La representación gráfica del movimiento de un cuerpo viene dada por la figura. Responda las siguientes preguntas:

a) ¿Qué tipo de movimientos ha realizado el móvil en cada tramo? b) ¿Cuál ha sido la aceleración en cada tramo? c) ¿Qué distancia ha recorrido el móvil al final de su viaje? d) ¿A qué tiempo el móvil se detiene?

3.- El gráfico de este ejercicio representa la posición de un automóvil, contada a partir del origen cero de la carretera en función del tiempo

a) ¿Cuál era la posición del automóvil al inicio del movimiento (t = 0)? b) ¿Cuál en el instante t = 1.0 h? c) ¿Qué velocidad desarrolló en esta primera hora de viaje? d) ¿En qué posición y por cuanto tiempo permaneció parado? e) ¿Cuál es su posición a las 4.0 h de viaje? f) ¿Cuál es su velocidad en el viaje de regreso?

4.- Un automóvil se mueve por una carretera recta y el conductor aplica los frenos. Si la velocidad inicial es 15 (m/s) y al automóvil le toma 5 (s) en desacelerar hasta una velocidad final de 5 (m/s) ¿Cuál es la aceleración media del automóvil?

5.- Un conductor que viaja a velocidad constante de 15 m/s pasa por un cruce de escolares cuyo límite de velocidad es de 10 m/s. En ese momento, un carabinero en moto parte del cruce para perseguir al infractor, con una aceleración de 3 m/s2 a) ¿Cuánto tiempo le toma al carabinero para alcanzar al infractor? b) ¿A qué velocidad va el carabinero cuando alcanza al infractor? c) ¿Qué distancia ha recorrido cada vehículo hasta ahí?

6.- Una estufa eléctrica es lanzada verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial V0 = 30 m/s. Considere que g = 10 m/s2 y se desprecia la resistencia del aire ¿Cuál es la velocidad de la estufa 2 s después del lanzamiento?


MECANICA

SEMINARIO 3 DINAMICA I

1.- Enuncie la segunda y tercera ley de Newton, con un ejemplo de ellas, agregando una pequeña discusión. 2.- Un disco de hockey que tiene una masa de 0,3 kg se desliza sobre la superficie sin fricción de una cancha de patinaje. Dos bastones de hockey golpean el disco simultáneamente y ejercen las fuerzas sobre el disco que se muestran en la figura. La fuerza F1 = 5 N y la fuerza F2 = 8 N. Determina la magnitud y dirección de la aceleración del disco. 3.- Los bloques m1 y m2 de la figura se hallan unidos mediante una cuerda y se mueven sobre una superficie horizontal sin rozamiento. La fuerza F = 36 N arrastra todo el conjunto. a) Calcular la aceleración con que se mueven. b) Calcular la tensión de la cuerda entre ambos bloques.

4.- Un bloque de masa m = 2,5 kg se encuentra en equilibrio estático colgado de tres cables. Determinar la tensión de los cables para las situaciones representadas en las figuras 1 y 2. 5.- La pierna con yeso del paciente acostado pesa 220 N. Determine el peso W2 y el ángulo α necesarios para que la pierna con yeso no ejerza fuerza alguna sobre la articulación de la cadera.

6.- Un semáforo que pesa 122 N cuelga de un cable unido a otros dos cables sostenidos a un soporte como en la figura. Los cables superiores forman ángulos de 370 y 530 con la horizontal. Estos cables superiores no son tan fuertes como el cable vertical y se romperán si la tensión en ellos supera los 100 N. ¿El semáforo permanecerá colgado o alguno de los cables se romperá?

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CARRERA DE KINESIOLOGÍA

MECANICA SEMINARIO 4 DINÁMICA II

1.- Un bloque de 10 kg se encuentra en un plano inclinado de 150 sobre la horizontal. El coeficiente de roce estático entre el bloque y el plano es µe = 0,22. Averigua si el bloque desciende o no. 2.- Un automóvil de masa m se encuentra sobre un camino cubierto con hielo inclinado en un ángulo α respecto de la horizontal, como se muestra en la figura. Encuentre la aceleración del automóvil si se supone que entre el automóvil y el camino no hay fricción. 3.- Un esquiador desciende por una colina cuya pendiente es de 300. Nota: use g = 10 m/s2

a) ¿Cuál es la aceleración en el descenso? b) Si parte del reposo ¿cuál será su velocidad a los 10 s? c) ¿Cuál es la distancia recorrida en ese tiempo? 4.- Determinar el valor de todas las fuerzas sobre un bloque de masa m = 5,4 kg apoyado sobre una superficie horizontal si se empuja con una fuerza de 30 N. El coeficiente de roce cinético entre el bloque y la superficie es µc = 0,55 ¿Cuál es la posición del bloque 4s después de iniciar el movimiento?

5.- Una caja de 10 kg es arrastrada sobre una superficie horizontal mediante una fuerza de 40 N aplicada en un ángulo de 300. Suponga un coeficiente de roce cinético igual a 0,3. Calcule la aceleración de la caja.

6.- Una pelota de 150 g atada al extremo de una cuerda gira en un círculo horizontal de radio 0,6 m, como muestra la figura. La pelota da exactamente 2 revoluciones por segundo ¿cuál es su aceleración centrípeta? 7.- La órbita casi circular que recorre la Luna alrededor de la Tierra tiene un radio promedio de cerca de 384.000 km y un período T de 27,3 días. Calcule la aceleración de la Luna hacia la Tierra. 8.- El ojo de un pájaro puede distinguir objetos que subtienden un ángulo no menor de 3x10-4 rad. ¿De cuantos grados se trata? ¿Cuáles la longitud del objeto más pequeño que puede distinguir el pájaro a una altura de 100 m? 9.- ¿Cuál es la rapidez lineal de un punto que se encuentra a 1,2 m del centro de un carrusel de parque que realiza una revolución completa en 4 s?


MECANICA

SEMINARIO 5 IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO

TRABAJO Y ENERGIA

1.- Un hombre tira del cuerpo de una aspiradora con una fuerza de magnitud F = 50 N con un ángulo de 30 0, como se muestra en la figura. El hombre desplaza la aspiradora una distancia de 3 m. Calcule el trabajo realizado por la fuerza. 2.- Un agricultor engancha su tractor a un carro de arrastre cargado con leña y lo arrastra 20 m sobre el suelo horizontal, como se muestra en la figura. El peso total del carro y la leña es de 14.700 N. El tractor ejerce una fuerza constante de 5.000 N a 36,90 sobre la horizontal. Una fuerza de fricción de 3500 N se opone al movimiento. Calcule el trabajo realizado por cada fuerza que actúa sobre el carro y el trabajo total de las fuerzas. 3.- Una grúa levanta un bloque de cemento de 1.000 kg a una altura de 40 m en un edificio en construcción y después desplaza el bloque horizontalmente 20 m ¿Qué trabajo mecánico realizó la grúa?

4.- Un bloque se desplaza 7 m hacia la derecha sobre una línea horizontal por la acción de varias fuerzas no dibujadas en la figura. Una de ellas es de módulo 12 N. Determinar el trabajo realizado por la fuerza F cuando su dirección forma con el desplazamiento un ángulo de: 00, 600, 900, 1350, 1800 5.- Un cuerpo de masa 8 kg inicia el deslizamiento por un plano inclinado desde un punto situado a 5 m de altura sobre el suelo, como se muestra en la figura. Su energía cinética cuando llega al suelo es de 320 joules. a) ¿Se ha conservado su energía mecánica? b) ¿Cuánto vale el trabajo de fricción o roce si es qué existe? 6.- Dos cuerpos A y B tienen masas de 0,5 kg y 0,4 kg respectivamente y se mueven acercándose el uno al otro con velocidades de 1,2 m/s para el cuerpo A y 1,8 m/s para el cuerpo B. Tras el choque quedan unidos y se mueven juntos. a) ¿Cuál es su velocidad después del choque b) ¿En qué sentido se mueven 7.- Una moto de masa m = 175 kg arranca con aceleración constante y alcanza una velocidad de 90 km/h en 8 s. ¿Qué fuerza ha impulsado a la moto durante ese tiempo? 8.- Un cuerpo de 20 kg de masa que parte del reposo, se desliza por un plano inclinado de 15 m de largo y 3 m de alto. Calcular (Nota: use g= 10 m/s2): a) Aceleración que adquiere el cuerpo. b) Energía cinética a los 3s. c) Espacio recorrido en ese tiempo


MECANICA

SEMINARIO 6 MECÁNICA DE FLUIDOS ESTÁTICA DE FLUIDOS

1.- Calcule la masa y el peso del aire de una habitación cuyo piso mide 4 x 5 m y tiene una altura de 3 m. ¿Qué masa y peso tiene un volumen igual de agua? 2.- Una cama de agua tiene 2 m de lado y 30 cm de profundidad a) Determine su peso b) Calcule la presión que la cama ejerce sobre el piso 3.- Un tanque de almacenamiento de 12 m de profundidad está lleno de agua. La parte superior está abierta al aire. ¿Cuál es la presión absoluta en el fondo del tanque? ¿Y la manométrica? 4.- Estime la fuerza que ejerce sobre su tímpano debido al agua, cuando nada en el fondo de un lago que tiene 5 m de profundidad. 5.- Una estatua de un material sólido de 15 kg y densidad 19,3x103 kg/m3 está siendo levantada desde un barco hundido. ¿Qué tensión hay en el cable cuando la estatua está en reposo a) completamente sumergida y b) fuera del agua?


MECANICA

SEMINARIO 7 MECÁNICA DE FLUIDOS DINÁMICA DE FLUIDOS

1.- El radio aproximado de la aorta es de 1 cm y la sangre que pasa por ella tiene una velocidad

aproximada de 30 cm/s. Calcule la velocidad de la sangre en los capilares si aunque cada

capilar tiene un diámetro de 8 x 10-4 cm, hay miles de millones de ellos y su sección transversal

es de unos 2000 cm2

2.- ¿Cuál debe ser el área de un conducto de calefacción, si el aire que se mueve en su interior

a 3 m/s debe sustituir el aire de una habitación de 300 m3 de volumen cada 15 min (900 s)?

3.- Un policía le dispara a un ladrón de ganado pero la bala se desvía y le da a un estanque de

agua originando una fuga. Si la parte superior del estanque está abierta a la atmósfera,

determine la rapidez con la que el agua sale por el orificio cuando el nivel de agua está a 0,5 m

por encima del agujero.

4.- El agua circula a través de una casa en un sistema de calefacción con agua caliente. Si el

agua es bombeada con una rapidez de 0,5 m/s a través de un tubo de 4 cm de diámetro en el

sótano, a una presión de 3 atm ¿Cuál será la rapidez y presión del flujo en un tubo de 2,6 cm de

diámetro en el segundo piso situado a 5 m arriba del sótano?


ELECTRICIDAD SEMINARIO 8

FUERZA Y CAMPO ELECTRICO, POTENCIAL ELECTRICO

1.- Describa el fenómeno eléctrico descrito por William Gilbert y conteste las siguientes preguntas: a) ¿Por qué el ámbar electrizado atrae la varilla de madera? b) Los metales ¿Muestran el mismo fenómeno? c) ¿Qué atracciones se generan? 2.- Respecto de la pregunta anterior, conteste lo siguiente: a) ¿Qué ley fundamental de la electricidad explica el fenómeno eléctrico descrito por Gilbert? b) ¿Qué experimentos se realizaron y por quién, para su formulación? c) Escriba la expresión matemática de esta ley y explique su significado. 3.- Dos cargas puntuales, q1 = +25 nC y q2= -75 nC, están separadas por una distancia de 3 cm. Encuentre la magnitud y el sentido de: a) La fuerza eléctrica que q1 ejerce sobre q2 b) La fuerza eléctrica que q2 ejerce sobre q1 4.- Dos cargas puntuales están situadas sobre el eje positivo de las x de un sistema de coordenadas. La carga q1 = 1 nC está a 2 cm del origen, y la carga q2 = -3 nC está a 4 cm del origen, como de muestra en la figura ¿Cuál es la fuerza total que ejercen estas dos cargas sobre una carga q3 = 5 nC situada en el origen?

5.- Dos cargas se encuentran ubicadas en el eje x. La carga positiva q1 = 10 µC está en x = 2 m y la carga positiva q2 = 4 µC está en el origen. ¿Dónde debe situarse una carga de – 0,3 µC de manera que la fuerza resultante sobre ella sea cero? 7.- Se tiene una esfera maciza metálica, cargada con 5 x 10-6 C. Se encuentra una distancia de 0,5 m de un punto B. El punto B se encuentra a 0,5 m. de un punto A. La carga, el punto B y el punto A forman un triángulo rectángulo, siendo el punto B el vértice del ángulo rectángulo, como se muestra en la figura. a) ¿Cuál será la diferencia de potencial entre los puntos A y B? b) ¿Cuál será el trabajo necesario para llevar una carga de -2 x 10-7 C desde B a A? 8.- a) ¿Cuál es el potencial en el centro P de la figura? q1 = 5 u C q2 = -2 u C q3 = 3 x 10-5 C q4 = 0,5 x 10-5 C a = 0,5 m b) Calcular la energía potencial de una carga eléctrica de 2 µC puesta en P 9.- Explique el concepto de campo eléctrico a) ¿Qué otra magnitud está asociada al campo eléctrico? b) ¿Cuál de estas magnitudes es un escalar y cuál es un vector?

10.- Dos cargas puntuales de magnitud 2 x 1O-7 C y 8 x 1O-8 C están separadas por 12 cm. a) ¿Qué campo eléctrico produce cada una en el sitio en donde está la otra? E1 = 12,5 x 1O4 N/C E2 = 5 x 1O4 N/C b) ¿Qué fuerza actúa sobre cada una? F1 = 1 x 1O-2 N F2 = -1 x 1O-2 N c) ¿En qué punto situado entre las cargas el campo eléctrico es nulo? O,O465 m


ELECTRICIDAD SEMINARIO 9

CONDENSADORES, LEY DE OHM,

CIRCUITOS ELÉCTRICOS Y CIRCUITOS RC

1.- ¿Cuál sería el área de placa de un condensador de placas paraleles cuya capacidad es de 1 F si la separación entre las placas es de 1 mm? 2.- Dos condensadores planos paralelos de capacidades C1 = 0,47 µF y C2 = 1 µF están conectados en serie y se cargan a una diferencia de potencial de 24 V. Calcular: a) La capacidad equivalente b) La carga entregada por la batería c) La carga de cada condensador d) La diferencia de potencial en cada condensador 3.- La cantidad de carga que pasa por el filamento de una ampolleta en 2 s es de 1,67 C. Calcule: a) La corriente que pasa por la ampolleta. b) El número de electrones que pasan por el filamento e 1 s. 4.- En el circuito de la figura, calcule el valor de la intensidad de corriente total y la que circula en cada resistencia. R1 = 100 Ω R2 = 50 Ω E = 20 V 5.- Se conecta una resistencia de 4OO Ω a una diferencia de potencial de 4O V. Calcule la cantidad de calor producida en 1OO s.

6.- En el circuito de la figura, calcular i1, i2, i3, VAB y VCD sabiendo que: R1 = R2 = 5 Ω, R3 = R4 = 1O Ω y E = 2O V 7.- En el circuito de la figura, calcular i1, i2, i3, y VAB R1 = 1 KΩ; R2 = 5OO Ω, R3 = R4 = 2OO Ω; E1 = 5O V, E2 = 1O V 8.- Un condensador descargado y una resistencia se conectan en serie a una batería, como se muestra en la figura. E = 12 V, R = 8 x 105 Ω, C = 5 µF. Encuentre la constante de tiempo del circuito. Grafique la carga, voltaje y corriente en función del tiempo.


TERMODINAMICA

SEMINARIO 10 GASES IDEALES Y TCMG

1.- Discuta las características del enfoque termodinámico. a) ¿Por qué la termodinámica ha debido generar un lenguaje propio? b) ¿Qué clase de sistema es un termo ideal en reposo y un termo ideal que se agita? 2.- ¿Qué diferencia existe entre un sistema en equilibrio y un sistema en desequilibrio? 3.- ¿En qué condiciones debe encontrarse un sistema para que realice un proceso? 4.- ¿Cuál es la diferencia entre propiedades de estado y funciones de camino? Explique con un ejemplo. 5.- La ecuación de los gases ideales establece que pV = nRT a) ¿Es una ecuación teórica? b) ¿Cómo se llegó a establecer la ley de los gases ideales? 6.- Discuta el modelo de la Teoría Cinético Molecular de los Gases (TCMG). a) ¿Cuál es la hipótesis de la TCMG? b) ¿Cómo explica la temperatura la TCMG? c) ¿Cómo explica la ley de Boyle la TCMG?


TERMODINAMICA

SEMINARIO 11 PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

1.- Escriba la expresión matemática de la primera ley y explique a cabalidad el significado de cada uno de sus términos. 2.- ΔH = ΔE + pΔV. Explique con palabras el significado de esta expresión. 3.- Un mol de gas ocupa un volumen de 12,2 L a una presión de 2 atm y a 250 C. Calcular: a) El trabajo de expansión y el calor cuando el volumen aumenta al doble a la misma temperatura (T = constante). b) Haga los cálculos para el proceso de expansión reversible e irreversible. 4.- Explique la diferencia entre calor y temperatura. 5.- ¿Qué es el equivalente mecánico del calor? 6.- El siguiente gráfico muestra la relación entre la temperatura y el calor para los cambios de fase del agua (1 g de agua inicialmente a -300 C → vapor a 1200 C). Describa el proceso en los segmentos A, B, C, D y E ¿En cuál de ellos serán más cercanos el ΔH y el ΔE?


TERMODINAMICA SEMINARIO 12

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

1.- ¿Qué es entropía? 2.- Señale cual de los siguientes pares de sistemas tiene una entropía mayor: a) Un termo perfecto que contiene agua y colorante (acumulado en el fondo) o el mismo sistema con el colorante homogéneamente distribuido. b) El grafito o el diamante. c) Una taza de café fría o caliente. 3.- ¿Cómo cambia la entropía del sistema y del universo cuando ocurre un proceso espontáneo? Suponga: a) Sistema aislado. b) Sistema cerrado. 4.- ¿Cuál es la probabilidad que todas las moléculas de un gas se encuentren en la mitad de un recipiente cuando el gas contiene 1, 2, 20, 6,02 x 1023 moléculas? 5.- ¿Qué indica un cambio de energía libre negativo, cero o positivo? 6.- Complete la tabla siguiente, considerando que todos los procesos son espontáneos.

PROCESO ΔH ΔS ΔG

Expansión isotérmica de un gas ideal

H2(g)+1/2O2(g)→H2O

Expansión de un gas en el vacío


MEMBRANAS BIOLÓGICAS SEMINARIO 13

ESTRUCTURA, SISTEMAS DE TRANSPORTE Y ENERGÉTICA DEL TRANSPORTE

1.- Describa exactamente la estructura de un fosfolípido y explique por qué este y otros lípidos en solución acuosa adoptan la estructura de bicapa. Aplique sus conocimientos de termodinámica para explicar el efecto hidrofóbico. 2.- El experimento descrito en la figura se llevó a cabo a 370 C. Si el experimento se hubiera hecho a 50 C ¿Qué podría usted esperar en la velocidad de difusión de los lípidos de la membrana? Explique. 3.- Explique la ley de Fick a) ¿Qué es el coeficiente de difusión, de que factores depende? b) ¿Cómo se aplica la ley de Fick al paso de un soluto a través de la bicapa? 4.- ¿Qué es el coeficiente de permeabilidad? ¿De qué factores depende?

5.- En un experimento en que se incuba glóbulos rojos con una solución 2 mM de un soluto S no cargado, éste entra a los glóbulos rojos alcanzando concentraciones internas crecientes en función del tiempo, como se indica en la tabla.

Tiempo (s) Concentración interna de S (mM)

0 0

0,25 0,09

0,5 0,18

1 0,36

2 0,66

4 1,1

6 1,39

10 1,73

20 2,0

40 2,0

a) Haga un gráfico de concentración interna versus tiempo de incubación con los datos de la tabla y explique la forma de la curva resultante. b) ¿Qué esperaría observar para una concentración de soluto S de 4 mM y 20 mM? 6.- La tabla siguiente muestra los datos de flujos de entrada de glucosa a células de dos animales diferentes llamados A y B.

[Glucosa] Mm A J mmoles/cm2/s

B J mmoles/cm2/s

0 0 0

1,0 4,2 0,1

2,0 6,0 0,19

3,0 7,5 0,31

4,0 8,8 0,40

5,0 9,1 0,48

7,5 10,6 0,74

10 11 0,98

15 11,1 1,52

a) Al graficar estos datos indique que información puede obtener en cada uno de ellos con respecto al mecanismo de entrada de glucosa en ambos tipos de células b) De los gráficos obtenga los parámetros característicos del proceso, esto es coeficiente de permeabilidad (P), flujo máxima (Jmax) y constante de afinidad sustrato-transportador.

7.- Calcular el potencial electroquímico para un soluto no cargado que difunde desde un compartimiento en el que se encuentra a una concentración de 1 mM hacia un compartimiento en el que está a 0,1 mM (t = 250C): 8.- Calcular el potencial electroquímico para el paso de un soluto cargado negativamente (z = -1) desde un compartimiento en el que se encuentra a una concentración de 1 mM hacia un compartimiento en el que está a 0,1 mM si el potencial de membrana es -80 mV.

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