SOLUCIONARIO GUÍA ESTÁNDAR ANUAL Taller II STALCES002CB32-A16V1 Solucionario guía Taller II Ítem Alternativa Habilidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 A D D A D C E E B E D D A B B E B C E D C C B C E D D D C C Reconocimiento Comprensión Reconocimiento Reconocimiento Comprensión Comprensión Aplicación Aplicación Comprensión Reconocimiento Comprensión Reconocimiento Aplicación Aplicación Comprensión Reconocimiento Reconocimiento Comprensión Aplicación ASE Aplicación Reconocimiento Comprensión Aplicación Comprensión Aplicación Aplicación Aplicación ASE Reconocimiento Ítem Alternativa Defensa 1 A La menor temperatura que teóricamente puede alcanzar un cuerpo es 0 [K] = - 273 [ºC] = - 460 [ºF]. 2 D 3 D 4 A Un grado Celsius y un kelvin son térmicamente iguales y representan la misma variación de temperatura. Por lo tanto, al aumentar sus temperaturas en 10 [ºC] y 10 [K], los cuerpos P y R experimentan la misma variación de temperatura y sus temperaturas finales son iguales, es decir, TP = TR. El calor se define como la energía en tránsito que fluye, natural y espontáneamente, desde un cuerpo o sistema más caliente hacia otro más frio. Por lo tanto, para que exista este flujo de energía, es necesario que los cuerpos o sistemas en interacción térmica se encuentren a distinta temperatura. En los sólidos, el calor se transmite de una partícula a otra, avanzando paulatinamente por el material. Al aumentar su energía, las partículas del cuerpo aumentan su nivel de agitación, lo que produce un incremento de la temperatura del cuerpo. Esta forma de transmisión del calor se denomina “conducción” y es exclusiva de los sólidos. Así, la alternativa correcta es la A. 5 D En general, la rapidez de propagación del sonido depende de la densidad del medio, y es constante mientras la onda viaje por un medio homogéneo. Al aumentar la amplitud de una onda sonora, el sonido percibido aumenta su intensidad, pero no cambia su rapidez de propagación si es que no se ha transmitido a un medio diferente. Por ejemplo, dos sonidos, uno de 60 [dB] y otro de 90 [dB] (sonidos de distinta intensidad y, por lo tanto, producidos por ondas sonoras de diferente amplitud), se propagan con la misma rapidez en el aire, aproximadamente 340 [m/s]. 6 C El índice de refracción es una medida de la resistencia que presenta el medio a ser recorrido por la luz. Un mayor índice de refracción indica que el medio presenta mayor oposición al paso de la luz y, por lo tanto, esta lo recorre con menor rapidez. Así, como nB nA , la rapidez de propagación de la luz en el medio B es menor que en el medio A y, por consiguiente, en el medio B el rayo se acerca a la normal (si el rayo hubiese pasado a un medio en donde aumentara su rapidez, se habría alejado de la normal). Cuando al transmitirse de un medio a otro una onda cambia su velocidad de propagación, también cambia proporcionalmente su longitud de onda, manteniéndose su frecuencia constante. En este caso, al pasar al medio B, junto con disminuir su velocidad, la onda disminuye su longitud de onda. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Falso 7 E Recordemos que De los cinco posibles tipos de imagen que se pueden generar con una lente convergente, solo uno corresponde a una imagen derecha; esta se produce solo si ponemos el objeto entre el foco y el vértice de la lente. 8 E La expresión que relaciona las escalas de temperatura Celsius y Fahrenheit es la siguiente. 9 TF TC 32 5 Así, tenemos que 9 25 º C TF 25 32 77 º F 5 La expresión que relaciona las escalas de temperatura kelvin y Celsius es la siguiente. TK TC 273 Por lo tanto: 25º C TK 25 273 298 K 9 B Cuando dos partículas chocan (como dos bolas de pool, por ejemplo) en el momento del impacto entre ellas se ejercen fuerzas, que producen deformación y cambios en sus estados de movimiento (cambio de dirección y/o rapidez y/o sentido). Pero cuando dos ondas viajan por un mismo medio y se encuentran, ellas se comportan de manera diferente: las ondas no chocan entre sí, y son capaces de superponerse (atravesarse) sin experimentar reflexión y sin ver modificada, una vez que se separan, sus características originales de velocidad y amplitud. Este hecho es lo que permite que las ondas se interfieran, ya sea constructiva o destructivamente, y es una de las características que diferencia a las ondas de las partículas. Por lo tanto: I) Falso II) Falso III) Verdadero 10 E El calor es una manifestación de energía y como tal se mide en unidades de energía: joule en el S.I. y ergio en el C.G.S. 11 D Si al iluminar un cuerpo lo vemos azul, significa que absorbe todos los colores del espectro visible, menos el azul, el cual refleja. Por lo tanto, podremos ver el bolso azul si lo iluminamos con luz blanca, pues contiene todos los colores del espectro visible, incluido el azul, el cual se reflejará. También podremos ver el bolso de color azul si lo iluminamos con luz azul. Pero, si iluminamos el bolso con luz verde, su superficie absorberá la luz y lo veremos de color negro (ausencia de luz). Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Falso 12 D La fusión es el paso del estado sólido al líquido, en donde el material absorbe calor. La condensación es el paso del estado gaseoso al estado líquido, en donde el material cede calor. La evaporación es el paso del estado líquido al estado gaseoso, en donde el material absorbe calor. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Falso 13 A Sabemos que, al transmitirse a un medio diferente, una onda cambia su rapidez de propagación y, proporcionalmente, su longitud de onda. Así, si en el ejercicio la onda disminuye su rapidez a la mitad, su longitud de onda en el nuevo medio debe disminuir también a la mitad; como inicialmente la longitud de onda era de 3 [m], al ingresar al nuevo medio esta se reduce a la mitad, es decir, 1,5 [m]. Por lo tanto, la alternativa correcta es la A. Otra forma de llegar al mismo resultado es la siguiente. Sabemos que la frecuencia de una onda es constante, y que v f v f Por lo tanto, al inicio tenemos f1 400 Hz m v1 3 400 1.200 1 3 m s Al ingresar al segundo medio v1 m 600 2 s 600 f 2 400 Hz 1,5 m 2 400 2 ? v2 14 B Para calcular la rapidez de propagación del tren de ondas debemos recordar que v f Del encabezado sabemos que la frecuencia es 4 [Hz]. Además, sabemos que la longitud de onda la calculamos como longitud tren de ondas nº ondas Como en la figura se puede apreciar que el número de ondas del tren de ondas es 2,5, la longitud de onda es 20 m 2,5 8 m Así, la rapidez de propagación de la onda es 8 m m v 8 4 32 f 4 Hz s Para calcular la distancia recorrida en 4 segundos, recordemos que, como las ondas se mueven con rapidez constante, entonces v d d v t t m , en 4 segundos s Siendo la rapidez del tren de ondas v 32 recorre una distancia de m d 32 4 s 128 m s Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Falso 15 B Cuando una onda, ya sea longitudinal o transversal, viaja por un medio material produce oscilación en las partículas del medio. El gráfico del ejercicio muestra la amplitud de vibración en el tiempo de una partícula, sin especificar si la onda que la hace oscilar corresponde a una transversal o una longitudinal. Es importante comprender que, aunque al mirar el gráfico su “forma” parece mostrar una onda transversal, lo que el gráfico realmente entrega es “información” respecto de la distancia que separa una partícula de su posición de equilibrio, en un determinado instante, y no muestra la “imagen” de la onda que produjo tal oscilación. Así, el gráfico puede corresponder, indistintamente, a una onda transversal o a una longitudinal. Por otra parte, del gráfico se puede observar que la máxima elongación que experimenta una partícula del medio, es decir, la máxima separación que experimenta una partícula respecto de su posición de equilibrio, es S metros. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Falso 16 E 17 B La anomalía del agua se presenta entre los 0 [ºC] y 4 [ºC]. El calor se puede transmitir de tres formas distintas: - Por conducción: proceso exclusivo en los sólidos. - Por convección: proceso de transmisión del calor exclusivo de los fluidos. - Por radiación: única forma en que el calor puede viajar a través del vacío, como por ejemplo lo hace entre el Sol y los planetas del sistema solar. 18 C 19 E 20 D Al aislar térmicamente dos cuerpos a distinta temperatura, fluye calor desde el cuerpo más caliente hacia el más frío, hasta que sus temperaturas se igualan. Cuando esto sucede, el flujo de calor cesa y el sistema se encuentra en equilibrio térmico. Por lo tanto, una vez que los cuerpos del ejercicio alcanzan el equilibrio térmico, sus temperaturas se igualan, independientemente de la diferencia de masa que puedan tener. Cualquiera sea la distancia a la que se sitúe un objeto frente a un espejo convexo, siempre producirá una imagen virtual, derecha y de menor tamaño. Un cuerpo, al ser sometido a una variación de temperatura, experimenta un cambio en su tamaño, que depende de las características propias del material (coeficiente de dilatación), del tamaño inicial del cuerpo y de la variación de temperatura que experimente. Por ejemplo, si la dilatación es lineal, la expresión que la define es ΔL Linicial α ΔT y la longitud final del cuerpo es L final Linicial L Así, y siendo la barra del ejercicio un elemento lineal, con los datos entregados la longitud final de la barra es L final K K L L Linicial L En donde su dilatación L es Linicial L L L T T Si la variación de temperatura producida en la barra hubiera sido el triple, es decir 3T , entonces: La dilatación experimentada por la barra habría sido L* L 3T 3L es decir, el triple de la dilatación anterior, tal como lo indica la proposición II. Y su longitud final habría sido L*final L 3L L L L L L*final L L L L K L * final 2 L K 2L Es decir, la longitud final de la barra habría sido L*final K 2L tal como lo indica la proposición III, y distinta de 3K, como lo indica la proposición I. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Verdadero 21 C Al encontrarse en equilibrio térmico, los cuerpos A y B se encuentran, necesariamente, a la misma temperatura. La capacidad calórica depende de la masa del cuerpo y del calor específico del material que lo conforma, tal como lo muestra la siguiente expresión. Capacidad calorica masa calor específico De acuerdo con esta relación, y considerando que la masa del cuerpo A es M y la del cuerpo B es 2M, y que el calor específico de A es c, y el de B es 2c, entonces, las capacidades calóricas de A y B son, respectivamente, CA Mc CB 2M 2c 4Mc Así, la capacidad calórica de B es el cuádruple de la del cuerpo A. 22 C Para determinar el calor absorbido o cedido por un cuerpo al variar su temperatura, utilizamos la siguiente expresión Q m c T Primero calculamos el calor absorbido por la masa de agua a menor temperatura. m1 100 g cal cagua 1 g º C Qabsorbido 100 1 x 0 100 x T1 0 º C Tf x Ahora determinamos el calor cedido por la masa de agua a mayor temperatura. m2 250 g cal cagua 1 g º C Qcedido 250 1 x 14 250 x 3500 T2 14 º C TF x Finalmente, utilizamos el principio calorimétrico de mezclas ( Qabsorbido Qcedido 0 ) para encontrar la temperatura de equilibrio de la mezcla. 100 x 250 x 3500 0 350 x 3500 x 10 º C 23 B La reflexión difusa permite que los diferentes rayos de luz reflejados en la pantalla de un cine se propaguen en diferentes direcciones. De esta forma, en distintas ubicaciones de la sala de cine podemos ver cada una de las imágenes proyectadas en la pantalla. 24 C Sabemos que v f La frecuencia del tren de ondas es la misma que la de la fuente generadora, en este caso, 16 [Hz]. Para obtener la longitud de onda, recurriremos a un esquema que nos muestre el tren de ondas del ejercicio. En este esquema podemos apreciar que la distancia entre dos nodos consecutivos equivale a ½ longitud de onda. Por lo tanto, siendo esta distancia de 0,5 metros, la longitud de onda del tren de ondas es de 1 [m] (distancia entre 3 nodos consecutivos). Finalmente, calculamos la rapidez de propagación. 1 m m v 116 16, 0 f 16 Hz s 25 E En el interior de la flauta se genera una onda estacionaria del tipo que se muestra en la figura adjunta. Como en toda onda estacionaria, existen partículas del medio que no experimentan vibración (nodos), así como partículas que vibran experimentando, permanentemente, máxima amplitud de vibración (antinodos). Es importante recordar que las ondas estacionarias están formadas por la superposición de dos ondas viajeras que se propagan en sentidos contrarios. Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Verdadero 26 D Recordemos que la dilatación volumétrica se expresa como ΔV V0 ΔT Como el agua y el jarrón poseen volúmenes iniciales V0 iguales (el jarrón se encuentra lleno de agua), y ambos son sometidos a la misma variación de temperatura T , según la expresión anterior la dilatación que experimentan solo se diferencia por el valor de sus coeficientes de dilatación volumétrica . Luego, debemos comparar ambos coeficientes. Recordando que 3 , el coeficiente de dilatación volumétrica del agua es agua 3 agua Y el del cobre es cobre 3cobre Pero, sabemos que agua 11 agua 11 cobre cobre 1 Y, por lo tanto, podemos decir que el coeficiente de dilatación volumétrica del agua es agua 3 agua 3 11 cobre 11 3 cobre cobre agua 11 cobre Es decir, el coeficiente de dilatación volumétrica del agua es 11 veces mayor que el del jarrón. Luego, al aumentar la temperatura del conjunto, el agua se dilata 11 veces más que el jarrón y, por lo tanto, se derrama. Luego, las proposiciones II y III son verdaderas. Finalmente, como no se conocen los valores numéricos de la temperatura inicial del jarro ni de su coeficiente de dilatación volumétrica, no es posible asegurar que su volumen final es el doble de su volumen inicial, por lo que la proposición I es falsa. Por lo tanto: I) Falso II) Verdadero III) Verdadero 27 D Al calcular los calores absorbidos en cada proceso, nos queda: A) Q mhielo chielo T 100 0,54 0 10 Q 540 cal B) Q mhielo L f hielo 100 80 8.000 cal C) Q magua cagua T 100 1 100 0 10.000 cal D) Q magua LV agua 100 540 54.000 cal E) Q mvapor cvapor T 100 0, 48 110 100 Q 480 cal Por lo tanto, el proceso que absorbe una mayor cantidad de energía es transformar 100 [g] de agua líquida a 100 [ºC] en vapor a 100 [ºC]. 28 D Analizando la expresión dada, tenemos que: - Al aumentar el valor de TC, aumenta el valor numérico de la raíz en la ecuación, con lo que aumenta el valor de la rapidez del sonido en el aire. - Si TC = 0 [°C], la expresión queda V 331 1 - 0 m 331 1 331 273 s Para temperaturas inferiores a 0 [°C] (negativas), la expresión nos muestra que la rapidez de propagación del sonido en el m aire es menor a 331 . Por ejemplo, si tomamos el valor s TC = - 273 [ºC], nos queda TC 273 º C V 331 1 273 331 1 1 0 273 Por lo tanto: I) Verdadero II) Verdadero III) Falso 29 C Utilizando la ley de reflexión, es decir, que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, para cada uno de los rayos tenemos: Por lo tanto, solamente el rayo C logra llegar al espejo E4. 30 C Una ley científica se define como una generalización que se puede expresar de manera verbal y/o a través de ecuaciones matemáticas. Se apoya en la evidencia empírica (experimental) y es universalmente aceptada. En vista de lo anterior, el texto descrito en el cuerpo del ejercicio corresponde a una ley científica.