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Taller Unificado de Calor y Onda: Ejercicios y Problemas de Física, Ejercicios de Transmisión de Calor

Instituto Tecnológico Venezolano del Petróleo (INTEVEP)Transmisión de Calor

Taller unificado de calor y ondas

Tipo: Ejercicios

2021/2022

Subido el 25/11/2022

El_perro1
El_perro1 🇻🇪

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UNIVERSIDAD DEL MAGDALENA
FACULTAD DE INGENIERÍA
COORDINACION DEL ÁREA DE FÍSICA
3er TALLER UNIFICADO DE CALOR Y ONDA 2019-I
P á g i n a 1 | 9
Nota: estimados estudiantes debe justificar las respuestas de cada pregunta
1. Un péndulo físico consta de un hilo de masa despreciable con una esfera de masa 𝑚
amarrada en su extremo inferior , si ahora cambiamos la masa del extremo por una que
tenga el doble del valor el nuevo periodo será
A. el doble del anterior.
B. la mitad del anterior.
C. mayor que el anterior por un factor de √2.
D. menor que el anterior por un factor de √2.
E. Ninguna de las anteriores.
2. Un sistema masa resorte oscila con amplitud A, si ahora este mismo sistema se coloca a
oscilar con amplitud 2A, el nuevo periodo será
A. el doble del anterior.
B. la mitad del anterior.
C. mayor que el anterior por un factor de √2.
D. menor que el anterior por un factor de √2.
E. igual al anterior.
3. Cuando una onda sonora viaja de aire a agua se mantiene constante
A. la velocidad de propagación.
B. la longitud de onda.
C. la frecuencia lineal.
D. la amplitud.
4. Para un movimiento armónico simple unidimensional
A. la velocidad y la aceleración siempre tienen sentido opuesto.
B. la aceleración y la posición siempre tienen sentido opuesto.
C. la aceleración y la velocidad siempre tienen el mismo sentido.
D. el sentido de la fuerza restauradora siempre es negativa.
5. Un sistema masa resorte oscila con movimiento armónico de amplitud A. La constante de
fuerza del resorte es 𝑘 y el valor de la masa es 𝑚 . Si en determinado momento su
velocidad es 𝑣 y su posición 𝑥. La energía mecánica del sistema se puede escribir como
A. 12𝑘𝐴2.
B. 12𝑘𝐴2+12𝑚𝑣2
C. 12𝑚𝑣2
D. 12𝑘𝑥2
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¡Descarga Taller Unificado de Calor y Onda: Ejercicios y Problemas de Física y más Ejercicios en PDF de Transmisión de Calor solo en Docsity!

FACULTAD DE INGENIERÍA

COORDINACION DEL ÁREA DE FÍSICA

3er TALLER UNIFICADO DE CALOR Y ONDA 2019-I

Nota: estimados estudiantes debe justificar las respuestas de cada pregunta

  1. Un péndulo físico consta de un hilo de masa despreciable con una esfera de masa 𝑚 amarrada en su extremo inferior , si ahora cambiamos la masa del extremo por una que tenga el doble del valor el nuevo periodo será A. el doble del anterior. B. la mitad del anterior. C. mayor que el anterior por un factor de (^) √2. D. menor que el anterior por un factor de √2. E. Ninguna de las anteriores.
  2. Un sistema masa resorte oscila con amplitud A, si ahora este mismo sistema se coloca a oscilar con amplitud 2A, el nuevo periodo será A. el doble del anterior. B. la mitad del anterior. C. mayor que el anterior por un factor de (^) √2. D. menor que el anterior por un factor de (^) √2. E. igual al anterior.
  3. Cuando una onda sonora viaja de aire a agua se mantiene constante

A. la velocidad de propagación. B. la longitud de onda. C. la frecuencia lineal. D. la amplitud.

  1. Para un movimiento armónico simple unidimensional

A. la velocidad y la aceleración siempre tienen sentido opuesto. B. la aceleración y la posición siempre tienen sentido opuesto. C. la aceleración y la velocidad siempre tienen el mismo sentido. D. el sentido de la fuerza restauradora siempre es negativa.

  1. Un sistema masa resorte oscila con movimiento armónico de amplitud A. La constante de fuerza del resorte es 𝑘 y el valor de la masa es 𝑚. Si en determinado momento su velocidad es 𝑣 y su posición 𝑥. La energía mecánica del sistema se puede escribir como A.

1 2 𝑘𝐴

B. 12 𝑘𝐴^2 + 12 𝑚𝑣^2

C.

1 2 𝑚𝑣

2

D. 12 𝑘𝑥^2

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COORDINACION DEL ÁREA DE FÍSICA

3er TALLER UNIFICADO DE CALOR Y ONDA 2019-I

  1. Un péndulo simple oscila con frecuencia 𝜔 y amplitud 𝜃𝑚á𝑥. La ecuación de movimiento si partió del reposo hacia la derecha (sentido positivo en dirección opuesta a las manecillas del reloj) es A. 𝜃 = 𝜃𝑚á𝑥 cos(𝜔𝑡). B. 𝜃 = 𝜃𝑚á𝑥 sen(𝜔𝑡). C. 𝜃 = − 𝜃𝑚á𝑥 sen(𝜔𝑡). D. 𝜃 = −𝜃𝑚á𝑥 cos(𝜔𝑡)
  2. ¿En qué punto del movimiento de un péndulo simple es máxima la tensión en el cordón? A. En la posición de equilibrio B. En los extremos del movimiento. C. Se mantiene constante en todo el movimiento. D. Para ángulos que son la mitad de la amplitud.
  3. Para ondas unidimensionales senoidales viajeras en un medio mecánico las partículas del medio vibran con

A. Movimiento Armónico Simple. B. la misma velocidad de propagación de la onda. C. de manera aleatoria, de forma que sus posiciones son arbitrarias en el tiempo. D. con diferentes amplitudes.

  1. Si aplicamos la misma tensión a varas de diferente material pero con dimensiones idénticas, ¿en qué material viajará más rápido la onda? A. Hierro. B. Aluminio. C. Cobre. D. Viaja con la misma velocidad en los tres materiales anteriores.
  2. Se produce una onda sonora senoidal en aire con un generador de señales electrónicas. Luego, se aumenta la frecuencia de la onda de 100 Hz a 400 Hz manteniendo constante la amplitud de presión. ¿Qué efecto tiene esto sobre la amplitud de desplazamiento de la onda sonora? i) se vuelve cuatro veces mayor; ii) se vuelve dos veces mayor, iii) permanece sin cambio; iv) se reduce a la mitad; v) se reduce a la cuarta parte.
  3. Si se conecta una manguera a un extremo de un tubo metálico y se introduce por ella aire comprimido, el tubo producirá un tono musical. Si en el tubo se inyecta helio comprimido a las mismas presión y temperatura, ¿el tubo producirá i) el mismo tono, ii) un tono más alto, o iii) un tono más bajo?
  4. Un tubo de órgano cerrado de longitud L tiene una frecuencia fundamental de 220 Hz. ¿En cuál de los siguientes tubos de órgano habrá una resonancia, si un diapasón con frecuencia de 660 Hz se hace sonar cerca del tubo? (Hay más de una respuesta correcta.) i) un tubo de órgano cerrado de longitud L ; ii) un tubo de órgano cerrado de

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Si se toma otra cuerda de igual longitud l, tensionada por una fuerza igual F, igualmente sujeta por sus extremos pero de densidad lineal 4μ, y se la pone a oscilar con la misma frecuencia f, el patrón de ondas estacionarias que se observa es el mostrado en la figura:

PROBLEMAS

  1. En la figura se muestra el desplazamiento de un objeto oscilante en función del tiempo. Calcule a ) la frecuencia, b ) la amplitud, c ) el periodo y d ) la frecuencia angular de este movimiento.
  2. Un bloque de 2.00 kg, que se desliza sin fricción, se conecta a un resorte ideal con constante de fuerza de 300 N/m. En t = 0, el resorte no está estirado ni comprimido, y el bloque se mueve en la dirección negativa a 12.0 m/s. Calcule a ) la amplitud y b ) el ángulo de fase. c ) Escriba una ecuación para la posición en función del tiempo.
  3. Un objeto está en MAS con periodo de 0.300 s y una amplitud de 6.00 cm. En t = 0, el objeto está instantáneamente en reposo en x = 6.00 cm. Calcule el tiempo que el objeto tarda en ir de x = 6.00 cm a x = 21.50 cm.
  4. Un deslizador de 0.500 kg, conectado al extremo de un resorte ideal con constante de fuerza k = 450 N/m, está en MAS con una amplitud de 0.040 m. Calcule a ) la rapidez máxima del deslizador; b ) su rapidez cuando está en x = 20.015 m; c ) la magnitud de su aceleración máxima; d ) su aceleración en x = 20.015 m; e ) su energía mecánica total en cualquier punto de su movimiento.

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  1. Usted observa un objeto que se mueve en MAS. Cuando dicho objeto está desplazado 0. m a la derecha de su posición de equilibrio, tiene una velocidad de 2.20 m/s a la derecha y una aceleración de 8.40 m/s^2 a la izquierda. ¿A qué distancia de este punto se desplazará el objeto, antes de detenerse momentáneamente para iniciar su movimiento a la izquierda? 6. Una esfera de 1.50 kg y otra de 2.00 kg se pegan entre sí colocando la más ligera debajo de la más pesada. La esfera superior se conecta a un resorte ideal vertical, cuya constante de fuerza es de 165 N/m, y el sistema vibra verticalmente con una amplitud de 15.0 cm. El pegamento que une las esferas es débil y antiguo, y de repente falla cuando las esferas están en la posición más baja de su movimiento. a ) ¿Por qué es más probable que el pegamento falle en el punto más bajo , que en algún otro punto del movimiento? b ) Calcule la amplitud y la frecuencia de las vibraciones después de que la esfera inferior se despega.
  2. Queremos colgar un aro delgado de un clavo horizontal y hacer que tenga una oscilación completa con ángulo pequeño una vez cada 2.0 s. ¿Qué radio debe tener el aro?
  3. Dos péndulos tienen las mismas dimensiones (longitud L ) y masa total ( m ). El péndulo A es una esfera muy pequeña que oscila en el extremo de una varilla uniforme sin masa. En el péndulo B , la mitad de la masa está en la esfera y la otra mitad en la varilla uniforme. Calcule el periodo de cada péndulo para oscilaciones pequeñas. ¿Cuál tarda más tiempo en una oscilación?
  4. Cada uno de los dos péndulos que se muestran en la figura consiste en una esfera sólida uniforme de masa M sostenida por un cordón sin masa; no obstante, la esfera del péndulo A es muy pequeña, en tanto que la esfera del péndulo B es mucho más grande. Obtenga el periodo de cada péndulo para desplazamientos cortos. ¿Qué esfera tarda más en completar una oscilación?

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3er TALLER UNIFICADO DE CALOR Y ONDA 2019-I

  1. a) Para una onda en una cuerda descrita por 𝑦(𝑥, 𝑡) = 𝐴 𝑐𝑜𝑠(𝑘𝑥 − 𝜔𝑡) grafique 𝑦, 𝑣𝑦 y 𝑎𝑦 en función de 𝑥 para 𝑡 = 0. b) Considere los siguientes puntos de la cuerda: i) 𝑥 = 0; ii) 𝑥 = 𝜋/4𝑘; iii) 𝑥 = 𝜋/2𝑘; iv) 𝑥 = 3𝜋/4𝑘; v) 𝑥 = 𝜋/𝑘; vi) 𝑥 =

5𝜋 4𝑘 ;^ vii)^ 𝑥 = 3𝜋/2𝑘;^ 𝑥 = 7𝜋/4𝑘. Para una partícula en cada uno de estos en 𝑡 = 0, indique con palabras si la partícula se está moviendo y en qué dirección, y si se está acelerando, frenando o tiene aceleración instantánea cero.

  1. La velocidad de una onda de una cuerda es de 72 m/s cuando la tensión es de 123 N. ¿En qué valor deberá ser aumentada la tensión con objeto de elevar la velocidad de la onda a 180 m/s?
  2. Para una onda en una cuerda tensa, halle la razón entre la velocidad máxima de una partícula (la velocidad máxima con la cual una sola partícula del cordón se mueve transversalmente a la onda) y la velocidad de la onda. Si una onda tiene cierta frecuencia y cierta amplitud actúa sobre un cordón, ¿dependería esta razón de velocidades del material de que esté hecha la cuerda, por ejemplo de alambre o de nylon?
  3. Un cable uniforme de masa m y longitud L cuelga de un techo. (a) Demuestre que la velocidad de una onda transversal en el cable es una función de 𝑦, la distancia desde el extremo inferior, y está dada por 𝑣 = √𝑔𝑦. (b) Demuestre que el tiempo que le toma a una onda transversal viajar la longitud del cable está dada por 𝑡 = 2√𝐿/𝑔. (c) ¿Afecta la masa real del cable a los resultados de (a) y de (b)?
  4. Un alambre no uniforme de longitud L y masa M tiene una densidad de masa lineal variable dada por 𝜇 = 𝑘𝑥, donde x es la distancia desde un extremo del alambre y k es una constante. (a) Demuestre que M = kL^2 /2. (b) Demuestre que el tiempo t requerido para que una pulsación generada en un extremo del alambre viaje hasta el otro extremo está dado por 𝑡 = √8𝑀𝐿/9𝐹, donde^ F^ es la tensión en el alambre.
  5. Una cuerda de 2.72 m de longitud tiene una masa de 263 g. La tensión en la cuerda es de 36. N. ¿Cuál debe ser la frecuencia de las ondas viajeras de amplitud de 7.70 mm para que la potencia promedio transmitida sea de 85.5 W?
  6. Determine la amplitud de la onda resultante cuando se combinan dos ondas sinusoidales que tengan la misma frecuencia y viajen en la misma dirección, si sus amplitudes son de 3.20 cm y 4.19 cm y difieren en fase en 𝜋/2 rad.

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3er TALLER UNIFICADO DE CALOR Y ONDA 2019-I

  1. Una cuerda fija en ambos extremos tiene una longitud de 8.36 m y una masa de 122 g. Está sujeta a una tensión de 96.7 N y se pone en vibración. (a) ¿Cuál es la velocidad de las ondas en la cuerda? (b) ¿Cuál es la longitud de onda de la onda estacionaria más larga posible? (c) Indique la frecuencia de esa onda.
  2. Un alambre metálico, con densidad 𝜌 y módulo de Young Y , se estira entre soportes rígidos. A una temperatura T , la rapidez de una onda transversal es v 1. Si se aumenta la temperatura a T +Δ T , la rapidez disminuye a v 2. Determine el coeficiente de expansión lineal del alambre.
  3. La función de onda de una onda estacionaria es 𝑦(𝑥, 𝑡) =

4.44 𝑚𝑚 𝑠𝑒𝑛 [(32.

𝑟𝑎𝑑 𝑚 ) 𝑥] 𝑠𝑒𝑛 [(^

𝑟𝑎𝑑 𝑠 ) 𝑡].^ Para las dos ondas viajeras que forman esta onda estacionaria, determine a) la amplitud; b) la longitud de onda c) la frecuencia d) la rapidez e) las funciones. f) Halle las posiciones de los nodos y antinodos para esta onda.

  1. Un alambre de aluminio de longitud L 1 = 60.0 cm y sección transversal, 1.00x10-2^ cm^2 está conectado a otro de acero de igual sección transversal y longitud L 2 = 86.6 cm. Del alambre compuesto cuelga, mediante una polea, una masa m = 10.0 Kg. Con una fuente externa de frecuencia variable, se inducen en el alambre ondas estacionarias.

Encuentre: (a) ¿cuántos nodos se observan a la frecuencia más baja sin contar los de los extremos?, (b) ¿cuál es esa frecuencia más baja que produce un nodo en el punto de unión de los alambre?

  1. a) En un líquido con densidad de 1300 kg/m3, se determina que ondas longitudinales con frecuencia de 400 Hz tienen una longitud de onda de 8.00 m. Calcule el módulo de volumen del líquido, b ) Una barra metálica de 1.50 m de longitud tiene una densidad de 6400 kg/m3. Las ondas sonoras longitudinales tardan 3.90 x 10-4^ s en llegar de un extremo de la barra al otro. Calcule el módulo de Young del metal.
  2. En el caso 1, una fuente de sonido se aproxima a un observador estacionario con rapidez v. En el caso 2, el observador se mueve hacia una fuente estacionaria con la misma rapidez v. Si la fuente siempre produce un sonido con la misma frecuencia, ¿el observador escuchará