Temas Selectos de Física II Junio - Prepa 20-30

TEMAS SELECTOS DE FÍSICA II
Conceptos a utilizar: Ley de Ohm, resistencia, resistividad, circuito eléctrico, conexiones en
serie, paralelo y serie-paralelo, calor, potencia, trabajo, fuerza, tensión, compresión, equilibrio,
resultante, equilibrante, centro de gravedad, reacciones en los apoyos, articulación y
momento.
NOTA: Para aprovechar al máximo esta guía de estudio, el estudiante deberá formar un manual
de trabajo con el siguiente material bibliográfico, que podrá consultar en la biblioteca del
plantel:
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

(1)
(2)
(3)
(1)
Libro: Física General. Teoría y 625 problemas resueltos. Van der Merwe: pp. 12, 15, 16,
22, 25, 153 a 157 y 159.
Libro: FÍSICA. Conceptos y aplicaciones. Tippens. Quinta edición: pp. 65 a 72, 81 a 94.
Libro: ESTÁTICA. Beer, Johnston Jr. Sexta edición. Best seller internacional: pp. 41 a
43, 157 (formulario de apoyos), 167 a 170, 587 a 589 (respuestas a los ejercicios).
PROGRAMA
Resistencia y circuitos eléctricos.
(a) Análisis de circuitos resistivos reducibles (circuitos en serie, paralelo y serieparalelo).
(b) Resistividad.
(c) Variación de la resistencia con la temperatura.
Energía, calor y patencia eléctrica.
Equilibrio del sólido rígido.
(a) Fuerzas coplanarias paralelas: centro de gravedad, resultantes, equilibrantes y par
de fuerzas.
(b) Fuerzas coplanarias no paralelas: tensiones y compresiones, reacciones en los
apoyos.
PROBLEMAS RESUELTOS
Una batería de 24 V de fem y 0.7Ω de resistencia interna se conecta a tres resistores
iguales de 15 Ω de resistencia, en paralelo, y a una resistencia de 0.3 Ω, en serie con el
conjunto anterior. Calcular: (a) La intensidad de corriente en el circuito, (b) La corriente
en cada una de las ramas en paralelo, (c) La d.d.p. en bornes de la asociación en
paralelo y en bornes de la resistencia de 0.3 Ω, (d) La tensión en bornes de la batería
mientras entrega corriente.
Solución
Realice el diagrama correspondiente.
(a) Resistencia del grupo en paralelo
(b) Como las tres resistencias en paralelo son iguales, las intensidades de corriente en
cada una de ellas es
de la total, es decir 1.33 A.
(c) D.d.p. en bornes del grupo en paralelo=
D.d.p. en bornes de la resistencia de 0.3 Ω=
.
0.3 Ω
(d) Tensión en bornes=
.
.
(2) Hallar la resistencia de una varilla de cobre de 2m de longitud y 8mm de diámetro, sabiendo
que la resistividad de este metal vale
.
Solución
.
(3)La resistencia de un termómetro de platino es de 6
a
coeficiente de temperatura de la resistencia del platino vale
Hallar su valor a
. El
.
Solución
Primero hallamos
Ahora calculamos
(4) Calcular el trabajo y la potencia media necesaria para hacer desplazar 96,000 C de carga
eléctrica en 1 h, a través de una diferencia de potencial de 50 V.
Solución
Trabajo=
Potencia=
(5) Por una resistencia eléctrica de hierro de 20Ω circula una corriente de 5A de intensidad.
Hallar el calor, en J y en calorías, desprendido durante 30 segundos.
Solución
Trabajo en J =
Trabajo en cal =
Recuerde que la energía es la capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo
(energía=trabajo), y una forma de energía es la calorífica. Entonces tenemos:
(6) Una línea de una fábrica tiene una resistencia eléctrica total de 0.2Ω y suministra 10 Kw
de potencia a 250 V de tensión. Hallar el rendimiento de la transmisión.
Solución
Consejo: Se debe tener cuidado de no escoger datos que sean incompatibles en los
tramos de entrada, trayecto (pérdidas) y salida del conductor. Por ejemplo, sería
incorrecto calcular la intensidad de corriente de la siguiente manera:
El error estriba en que la tensión pertenece al tramo de salida y la resistencia al de
trayecto!!
Hallamos la intensidad de corriente tomando datos compatibles:
Después calculamos la potencia perdida:
Por último, el rendimiento es:
(7) Una barra uniforme de 4 m de longitud y 15 Kp de peso se mantiene en posición
horizontal apoyada sobre un fulcro (soporte o apoyo), cuando de sus extremos penden
pesos de 20 y 25 Kp. Calcular la posición del punto de apoyo o fulcro.
Solución
Sea P una fuerza vertical hacia arriba en el punto de apoyo y x la distancia desde el
peso de 20 Kp hasta el fulcro, se tiene:
(8) Un par, de momento
, actúa en el plano del papel. Representar este par por
medio de (a) fuerzas de 10 Kp; (b) fuerzas de 25 Kp.
Solución
En (a) el brazo del par es de 10cm y en (b) de 4cm.
En ambos casos se pueden trazar las fuerzas paralelas orientándolas en cualquier
dirección, sin más que tener en cuenta que al ser negativo el momento del par formado,
deben producir una rotación en el sentido de las agujas del reloj.
(9) Los extremos de una cuerda de 11m de longitud se unen a dos ganchos colocados en
un techo horizontal, y separados entre sí 9m. A los 4m de uno de los extremos de la
cuerda se une un peso de 100 Kp. Calcular la tensión en ambos segmentos de la
cuerda.
Solución
Se tienen las siguientes fuerzas coplanarias concurrentes: 100 Kp hacia abajo, T1 en el
segundo cuadrante con un ángulo α con la horizontal y T2 en el primer cuadrante con
un ángulo θ con la horizontal. Utilizando la ley de cosenos, encontramos que α= 48o y
θ= 25o.
Planteando las ecuaciones de equilibrio:
(10)
Una barra uniforme AB, de 4m de longitud y 6 Kp de peso, está soportada
horizontalmente por dos cuerdas unidas a sus extremos. La cuerda unida en B forma
un ángulo de 30o con la vertical. En un punto situado a 1 m del extremo A se encuentra
aplicada una carga de 20 Kp. Calcular la tensión T en la cuerda unida a A y el ángulo
que ésta forma con la vertical.
Solución
Se recomienda analizar el enunciado del problema y hacer un buen diagrama de cuerpo
libre.
Llamaremos T a la tensión ejercida en el cable unido a A, h y v a sus componentes
horizontal y vertical, respectivamente. H y V a las componentes horizontal y vertical,
respectivamente, de la tensión ejercida en el cable unido a B.
(a) Tomando momentos con respecto a un eje que pase por A:
(b)
(c)
α=
PROBLEMAS PROPUESTOS
(1) Hallar la resistencia equivalente del conjunto de resistencias: (a) De 3, 6 y 9Ω
asociadas en paralelo, (b) De 3, 4, 7, 10 y 12 Ω asociadas en paralelo, (c) De tres
elementos de calefacción de 33 Ω cada uno en paralelo.
Solución: (a) 1.64 Ω; (b) 1.1 Ω; (c) 11 Ω.
(2) Se asocian en paralelo tres resistencias, de 40, 60 y 120 Ω, y el conjunto se
conecta en serie con dos elementos de 15 y 25 Ω. Todo el circuito se alimenta
mediante una fuente de 120 V de tensión. Hallar: (a) La intensidad que circula por
el elemento de 25 Ω, (b) La caída de tensión en el grupo en paralelo, (c) La caída
de tensión en el elemento de 25 Ω, (d) La intensidad de corriente por el elemento
de 60 Ω, (e) La intensidad de corriente por el elemento de 40 Ω.
Solución: (a) 2A; (b) 40V; (c) 50V; (d) 0.67A; (e) 1A.
(3) Hallar la resistencia de un alambre de plata de 152.5m de longitud y 0.3 mm2 de
sección. La resistividad de este metal vale
Solución: 168 Ω
(4) Un alambre conductor tiene una resistencia de 12.64 Ω a 30oC y de 11.22 Ω a 0oC.
Calcular: (a) El coeficiente de temperatura; (b) La resistencia que presenta a
300oC.
Solución: 4.22x10-3 oC-1; (b) 25.42 Ω
(5) Un motor eléctrico, con un rendimiento de 0.95, absorbe 20A a 110V de la red.
Calcular la potencia de salida del motor. ¿Qué potencia se convierte en calor?
Hallar la cantidad de calor que desarrolla en la unidad de tiempo. Suponiendo
que el motor funciona 3 horas sin interrupción, se desea saber qué energía, en J
y en
, se consume.
Solución: 2.84 CV; 110w; 26.4 cal/s; 23.8x106 J; 6.6
(6) Una estación generadora de energía eléctrica suministra una potencia de 10 Kw a
250 V en una distribución bifilar de 200m de longitud; el conductor tiene una
resistencia de 0.259 Ω cada 400m. Hallar: (a) La pérdida de potencia en la red, (b)
El rendimiento de la red, (c) La tensión al final de la red.
Solución: (a) 414.4 w; (b) 95.86 ; (c) 239.64 V.
(7) Los extremos de una cuerda de 10m de longitud están unidos a dos ganchos
colocados en un techo horizontal a una distancia entre sí de 6m. En el punto
medio de la cuerda se cuelga un peso de 64 Kp. Hallar la tensión en cada uno de
los segmentos de la cuerda.
Solución: 40 Kp en cada segmento.
(8) El extremo superior de una barra uniforme de 2 m de longitud y 80 Kp de peso
está articulado a un soporte, mientras que el inferior se halla unido a una cuerda
horizontal que mantiene a la barra formando un ángulo de 40o con la vertical.
Calcular la tensión T de la cuerda.
Solución: 33.55 Kp.
(9) Resolver los siguientes ejercicios tomados del libro: ESTÁTICA; Beer, Johnston
Jr. Sexta edición. Best seller internacional:
(a) 4.1, p167.
(b) 4.3, p167.
(c) 4.4, p167.
(d) 4.15, p169.
(10)
Resolver los siguientes ejercicios tomados del libro: FÍSICA. Conceptos y
aplicaciones. Tippens. Quinta edición:
(a) 3-29, p71.
(b) 3-33, p71.
(c) 4-15, p91.
(d) 4-17, p91.
(e) 4-19, p91.
(f) 4-23, p92.
(g) 4-29, p93.
(h) 4-30, p93.