Lista de ejercicios de fisica

10ª Lista de problemas.

Primera parte.

1. ¿Cuántos joules de energía se necesitan para elevar la temperatura de 100 g de oro de 20ºC a 100ºC.

1. Una muestra de 50 g de cobre está a 25ºC. Si se agregan a la muestra 1200 J de energía calorífica ¿cuál es su temperatura final?

1. El agua en lo alto de las cataratas del Niágara tiene una temperatura de 10ºC. Si el agua cae una distancia de 50.0 m y toda su energía potencial se invierte en calentar el agua, calcule la temperatura de la misma en el fondo de las cataratas.

1. La BTU se define como el calor necesario para elevar la temperatura de 1.0 lbm (libra masa) de agua en 1ºF. Determine, a partir de las definiciones de caloría, la cantidad de Joules que hay en una BTU.

1. ¿Cuánto calor se necesita para transformar un cubo de hielo de 40.0g a -10ºC en vapor de agua a 110ºC?

1. Si se aplican 1600 J de calor a una esfera de bronce, su temperatura sube de 20ºC a 700ºC ¿Cuál es la masa de la esfera?

1. ¿Cuánto calor absorbe un congelador eléctrico cuando hace que la temperatura de 2 kg de agua descienda de 80 a 20ºC?

1. Suponiendo que no hay pérdidas de calor, determine la masa de agua que se evapora cuando se agregan 1.94 kg de mercurio a una temperatura de 200ºC a 0.50 kg de agua cuya temperatura es de 80ºC.

1. El puente New River George de Virginia Occidental es un arco de acero de 518 m de largo. ¿Cuánto cambia su longitud entre los extremos de temperatura -20ºC y 35ºC?

1. Un anillo de oro tiene un diámetro interior de 2.168 cm a una temperatura de 15ºC. Determine su diámetro interior a 100ºC. (Para el oro α = 1.42 x 10-5 ºC-1)

1. Un trabajador de la construcción utiliza una cinta de acero para medir la longitud de una columna de soporte de aluminio. Si la longitud medida es de 18.7 m cuando la temperatura es de 21.2ºC, ¿cuál es la longitud medida cuando la temperatura sube a 29.4ºC? (Nota: tome en cuenta la expansión de la cinta de acero)

1. Un tanque de gasolina subterráneo a 54ºF puede contener 1000 galones de gasolina. Si el conductor de un camión  cisterna llena el tanque subterráneo en un día en el que la temperatura es de 90ºF, ¿cuántos galones puede verter en él, de acuerdo con la medida que indica el camión? (Suponga que la gasolina se enfría a 54ºF al entrar al tanque.

1. El diámetro de un orificio practicado en una placa de cobre a 20ºC es de 3.0 mm. ¿A qué temperatura se deberá enfriar el cobre para que ese diámetro sea de 2.99 mm?

1. El volumen de un cubo de metal se incrementa en 0.5 % cuando la temperatura del cubo se eleva en 100ºC. ¿Cuál es el coeficiente de dilatación lineal de este metal?

1. ¿En qué porcentaje se incrementa el volumen de un cubo de bronce cuando se calienta de 20ºC a 100ºC?

1. El diámetro de un orificio practicado en una placa de cobre a 20ºC es de 3.0 mm ¿A qué temperatura se deberá enfriar el cobre para que ese diámetro sea de 2.99 mm?

1. Un cubo de cobre mide 40 cm por lado a 20ºC. ¿Cuál es el volumen del cubo cuando la temperatura llega a 1500ºC?

1. Un vaso de laboratorio pyrex (α = 0.3 x 10-5 ºC-1) está lleno hasta el borde con 200 ml de glicerina (β = 5.1 x 10-4 ºC-1). ¿Cuánta glicerina se derramará por el borde si el sistema se calienta de 20ºC a 100ºC?

1. Con base a la gráfica que se muestra, encuentre la densidad del agua a 8ºC y a 12ºC con cuatro cifras decimales. Suponga que la variación del volumen respecto de la temperatura tiene forma parabólica.[pic 2][pic 3]

1. (a)  Halle la energía calorífica en kilocalorías que se necesita para elevar la temperatura de un cubo de cobre de 5 cm de arista desde 20ºC a 1000ºC, el coeficiente de dilatación lineal del cobre es α = 1.62 x 10-5 ºC-1. (b)  ¿Cuánto se demoraría el fogón de una estufa de 5000 W en calentarlo si la eficiencia global es del 30%?

1. A  0ºC  el  mercurio tiene  una  densidad  de 13.6 g/cm3.  Halle  su  densidad  a  27ºC si β = 0.3 x 10-5 ºC-1.

1.  (a) Si el coeficiente de dilatación  volumétrica de un sólido es tres veces su coeficiente de dilatación lineal, halle el incremento de volumen de una esfera maciza de cobre de 0.5 m de radio, para un cambio de temperatura de 0ºC a 700ºC. (b) Halle el incremento de volumen si la esfera de cobre fuera hueca (un cascarón delgado).

1. Un puente de concreto tiene 7km de longitud. Si el coeficiente de dilatación lineal del concreto es α = 12 x 10-6 ºC-1, halle la dilatación total de este puente en pulgadas para un cambio de temperatura de 20ºC a 40ºC.

1. Para un buen laboratorio de fotografía a color se necesitan  lámparas de tungsteno muy brillantes. La temperatura normal del filamento de estas lámparas es de 3200ºK. Halle la intensidad de radiación R de estas lámparas en un medio de 20ºC, temperatura ambiente.

1. Un vidrio común utilizado en las ventanas tiene un coeficiente de conductividad térmica de 2.5 x 10-3 cal/s cm ºC; para la madera 3.0 x 10-4 cal/s cm ºC. En un día en el cual la diferencia entre la temperatura dentro de la casa y el exterior es de 70ºF, ¿cuánto calor, en calorías, se pierde por metro cuadrado y por hora a través de una ventana con una lámina de vidrio de 8 cm de espesor, comparado con el que se pierde por una pared de madera de 3.5 cm de espesor?

1. ¿Cuánto calor pierde diariamente el cuerpo por evaporación si la pérdida promedio es de 30 g/hr y el calor de evaporación del sudor a la temperatura del cuerpo es de 580 cal/g?

Segunda parte.

1. Un árbol grande detiene una bala de plomo de 5.0 g que viaja a 300 m/s. Si la mitad de la energía cinética de la bala se transforma en energía interna y permanece en la bala, mientras que la otra mitad se transmite al árbol, ¿cuál es el aumento de temperatura de la bala?

1. Una tasa de aluminio de 200 g contiene 800 g de agua en equilibrio térmico a 80ºC. El conjunto de la tasa y el agua se enfría de manera uniforme de suerte que la temperatura disminuye 1.5ºC por minuto. ¿Con qué rapidez se extrae la energía calorífica? Exprese la respuesta en watts.

1. Se calienta un cubo de hielo de 50.0 g a 0º C hasta que 45 g se han convertido en agua a 100ºC. y 5.0 g se han transformado en vapor de agua a 100ºC. ¿Cuánto calor se adicionó?

1. Un armazón para lentes están hechos de plástico epóxico (α = 13 x 10-5 ºC-1). A temperatura ambiente, 20ºC las armazones tienen orificios circulares para la lente de 2.20 cm de radio. ¿A qué temperatura se deben calentar las armazones para insertar lentes de 2.21 cm de radio?

1. Una varilla de acero de 30 cm de longitud y 2 x 2 cm de sección transversal se calienta hasta que su temperatura aumenta 15ºC. (a) Halle su nueva longitud. (b) Si cuando esta fría se prensa por sus dos extremos y después se calienta, ¿Qué fuerza ejerce la varilla sobre la prensa? De su respuesta en Newtons y en Libras.

1. Demuestre que la superficie de una lámina delgada de área A0 se dilata al calentarse de acuerdo a la ecuación [pic 4], donde α es el coeficiente de dilatación lineal (en esta deducción se supone que α es pequeño).

1. Una muestra de 236 g de plomo se calienta hasta 60ºC y se sumerge en un calorímetro de 20 g con un calor específico de 0.217 que contiene 25 cm3 de agua a 10ºC. La medición de la temperatura final de la mezcla da 20ºC. Halle el calor específico del plomo Cp.

1. Una marsopa de 2.44 m de longitud tiene un radio medio de 13.3 cm. Su temperatura corporal es de 37ºC y la del agua 7ºC. El calor se pierde a través de una capa de grasa de 2 cm de espesor, con un coeficiente de conductividad térmica de 1.67x10-2 W/m ºC. Encuentre el calor perdido por conducción, en calorías por hora y compárelo con un estimado aproximado de producción de calor de 200 kcal/hora para una persona que hace ejercicio suave.

1. Compare el calor total recibido por la piel de una persona al convertir 15 g de vapor a 100ºC en agua a 20ºC, con el que recibiría al enfriar 15 g de agua a 100ºC hasta 20ºC. Esta comparación le debe explicar por qué las quemaduras producidas por el vapor pueden ser severas.

1. La piel de una persona tiene un área total de cerca de 1.7 m2. El parea que tiene que ver con la transferencia de calor por radiación y convección es más o menos 1.5 m2 (debido a que por ciertas regiones, tales como aquellas entre los brazos y el cuerpo, no hay transferencia de calor). La emisividad de todos los pigmentos de piel es casi de 1.0. (a)   Exprese la constante de Stefan Boltzmann en unidades de kcal/m2 hr K4.  (b) Encuentre la energía que pierde por radiación un cuerpo desnudo que tiene una temperatura en la piel de 32ºC, cuando la temperatura del aire es de 22ºC. Compare su respuesta con la producción mínima de calor (resultado del metabolismo) para una persona en reposo que es de 76 kcal/hr.

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