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Física Universitaria Volumen 1

Preguntas Conceptuales

Física Universitaria Volumen 1Preguntas Conceptuales
  1. Prefacio
  2. Mecánica
    1. 1 Unidades y medidas
      1. Introducción
      2. 1.1 El alcance y la escala de la Física
      3. 1.2 Unidades y estándares
      4. 1.3 Conversión de unidades
      5. 1.4 Análisis dimensional
      6. 1.5 Estimaciones y cálculos de Fermi
      7. 1.6 Cifras significativas
      8. 1.7 Resolver problemas de física
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Vectores
      1. Introducción
      2. 2.1 Escalares y vectores
      3. 2.2 Sistemas de coordenadas y componentes de un vector
      4. 2.3 Álgebra de vectores
      5. 2.4 Productos de los vectores
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 3 Movimiento rectilíneo
      1. Introducción
      2. 3.1 Posición, desplazamiento y velocidad media
      3. 3.2 Velocidad y rapidez instantáneas
      4. 3.3 Aceleración media e instantánea
      5. 3.4 Movimiento con aceleración constante
      6. 3.5 Caída libre
      7. 3.6 Calcular la velocidad y el desplazamiento a partir de la aceleración
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Movimiento en dos y tres dimensiones
      1. Introducción
      2. 4.1 Vectores de desplazamiento y velocidad
      3. 4.2 Vector de aceleración
      4. 4.3 Movimiento de proyectil
      5. 4.4 Movimiento circular uniforme
      6. 4.5 Movimiento relativo en una y dos dimensiones
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    5. 5 Leyes del movimiento de Newton
      1. Introducción
      2. 5.1 Fuerzas
      3. 5.2 Primera ley de Newton
      4. 5.3 Segunda ley de Newton
      5. 5.4 Masa y peso
      6. 5.5 Tercera ley de Newton
      7. 5.6 Fuerzas comunes
      8. 5.7 Dibujar diagramas de cuerpo libre
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 6 Aplicaciones de las leyes de Newton
      1. Introducción
      2. 6.1 Resolución de problemas con las leyes de Newton
      3. 6.2 Fricción
      4. 6.3 Fuerza centrípeta
      5. 6.4 Fuerza de arrastre y velocidad límite
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 7 Trabajo y energía cinética
      1. Introducción
      2. 7.1 Trabajo
      3. 7.2 Energía cinética
      4. 7.3 Teorema de trabajo-energía
      5. 7.4 Potencia
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    8. 8 Energía potencial y conservación de la energía
      1. Introducción
      2. 8.1 Energía potencial de un sistema
      3. 8.2 Fuerzas conservativas y no conservativas
      4. 8.3 Conservación de la energía
      5. 8.4 Diagramas de energía potencial y estabilidad
      6. 8.5 Fuentes de energía
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    9. 9 Momento lineal y colisiones
      1. Introducción
      2. 9.1 Momento lineal
      3. 9.2 Impulso y colisiones
      4. 9.3 Conservación del momento lineal
      5. 9.4 Tipos de colisiones
      6. 9.5 Colisiones en varias dimensiones
      7. 9.6 Centro de masa
      8. 9.7 Propulsión de cohetes
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    10. 10 Rotación de un eje fijo
      1. Introducción
      2. 10.1 Variables rotacionales
      3. 10.2 Rotación con aceleración angular constante
      4. 10.3 Relacionar cantidades angulares y traslacionales
      5. 10.4 Momento de inercia y energía cinética rotacional
      6. 10.5 Calcular momentos de inercia
      7. 10.6 Torque
      8. 10.7 Segunda ley de Newton para la rotación
      9. 10.8 Trabajo y potencia en el movimiento rotacional
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    11. 11 Momento angular
      1. Introducción
      2. 11.1 Movimiento rodadura
      3. 11.2 Momento angular
      4. 11.3 Conservación del momento angular
      5. 11.4 Precesión de un giroscopio
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    12. 12 Equilibrio estático y elasticidad
      1. Introducción
      2. 12.1 Condiciones para el equilibrio estático
      3. 12.2 Ejemplos de equilibrio estático
      4. 12.3 Estrés, tensión y módulo elástico
      5. 12.4 Elasticidad y plasticidad
      6. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    13. 13 Gravitación
      1. Introducción
      2. 13.1 Ley de la gravitación universal de Newton
      3. 13.2 Gravitación cerca de la superficie terrestre
      4. 13.3 Energía potencial gravitacional y energía total
      5. 13.4 Órbita satelital y energía
      6. 13.5 Leyes del movimiento planetario de Kepler
      7. 13.6 Fuerzas de marea
      8. 13.7 La teoría de la gravedad de Einstein
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    14. 14 Mecánica de fluidos
      1. Introducción
      2. 14.1 Fluidos, densidad y presión
      3. 14.2 Medir la presión
      4. 14.3 Principio de Pascal y la hidráulica
      5. 14.4 Principio de Arquímedes y flotabilidad
      6. 14.5 Dinámicas de fluidos
      7. 14.6 Ecuación de Bernoulli
      8. 14.7 Viscosidad y turbulencia
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Ondas y acústica
    1. 15 Oscilaciones
      1. Introducción
      2. 15.1 Movimiento armónico simple
      3. 15.2 Energía en el movimiento armónico simple
      4. 15.3 Comparación de movimiento armónico simple y movimiento circular
      5. 15.4 Péndulos
      6. 15.5 Oscilaciones amortiguadas
      7. 15.6 Oscilaciones forzadas
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 16 Ondas
      1. Introducción
      2. 16.1 Ondas en desplazamiento
      3. 16.2 Matemáticas de las ondas
      4. 16.3 Rapidez de onda en una cuerda estirada
      5. 16.4 La energía y la potencia de una onda
      6. 16.5 Interferencia de ondas
      7. 16.6 Ondas estacionarias y resonancia
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    3. 17 Sonido
      1. Introducción
      2. 17.1 Ondas sonoras
      3. 17.2 Velocidad del sonido
      4. 17.3 Intensidad del sonido
      5. 17.4 Modos normales de una onda sonora estacionaria
      6. 17.5 Fuentes de sonido musical
      7. 17.6 Batimientos
      8. 17.7 El Efecto Doppler
      9. 17.8 Ondas expansivas
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
  12. Índice

Preguntas Conceptuales

14.1 Fluidos, densidad y presión

1 .

¿Cuáles de las siguientes sustancias son fluidos a temperatura ambiente y presión atmosférica: aire, mercurio, agua o vidrio?

2 .

¿Por qué los gases son más fáciles de comprimir que los líquidos y los sólidos?

3 .

Explique cómo varía la densidad del aire con la altitud.

4 .

La imagen muestra un vaso de agua con hielo lleno hasta el borde. ¿Se desbordará el agua cuando se derrita el hielo? Explique su respuesta.

Una foto de un vaso de agua con hielo lleno hasta el borde.
5 .

¿Cómo se relaciona la presión con el afilado de un cuchillo y su capacidad de corte?

6 .

¿Por qué una fuerza ejercida por un fluido estático sobre una superficie es siempre perpendicular a esta?

7 .

Imagine que en un lugar remoto cerca del polo norte un trozo de hielo flota en un lago. Junto al lago, un glaciar con el mismo volumen que el hielo flotante se asienta en tierra. Si ambos trozos de hielo se derritieran debido al aumento de la temperatura global, y todo el hielo derretido fuera a parar al lago, ¿cuál de los dos haría subir más el nivel del lago? Explique.

8 .

En el ballet, bailar en puntas (sobre las puntas de los dedos) es mucho más duro para los dedos de los pies que bailar o caminar normalmente. Explique por qué en términos de presión.

9 .

La presión atmosférica ejerce una gran fuerza (igual al peso de la atmósfera por encima de su cuerpo, unas 10 toneladas) sobre la parte superior de su cuerpo cuando está tumbado en la playa tomando el sol. ¿Por qué usted puede levantarse?

10 .

¿Por qué la presión atmosférica disminuye más rápidamente que linealmente con la altitud?

11 .

La imagen muestra cómo sacos de arena colocados alrededor de una fuga fuera de un dique fluvial pueden detener eficazmente el flujo de agua que está debajo del dique. Explique cómo la pequeña cantidad de agua dentro de la columna de sacos de arena es capaz de equilibrar la masa de agua mucho mayor que hay detrás del dique.

Dibujo esquemático de los sacos de arena colocados alrededor de una fuga en el exterior de un dique fluvial. La altura de la pila de sacos de arena es idéntica a la del dique y supera el nivel máximo de agua del río inundado.
12 .

¿Existe una fuerza neta sobre una presa debido a la presión atmosférica? Explique su respuesta.

13 .

¿La presión atmosférica se suma a la presión del gas en un tanque rígido? ¿Y en un globo de juguete? ¿Cuándo, en general, la presión atmosférica no afecta la presión total de un fluido?

14 .

Se puede romper una botella de vino fuerte golpeando un corcho con el puño, pero el corcho debe presionar directamente contra el líquido que llena la botella; no puede haber aire entre el corcho y el líquido. Explique por qué la botella se rompe solamente si no hay aire entre el corcho y el líquido.

14.2 Medir la presión

15 .

Explique por qué el fluido alcanza niveles iguales en ambos lados de un manómetro si ambos lados están abiertos a la atmósfera, aunque los tubos sean de distinto diámetro.

14.3 Principio de Pascal y la hidráulica

16 .

Supongamos que el cilindro principal de un sistema hidráulico está a una altura mayor que el cilindro que controla. Explique cómo afectará esto a la fuerza producida en el cilindro que se está controlando.

14.4 Principio de Arquímedes y flotabilidad

17 .

Se necesita más fuerza para halar el tapón en una bañera llena que cuando está vacía. ¿Esto contradice el principio de Arquímedes? Explique su respuesta.

18 .

¿Los fluidos ejercen fuerzas de flotación en un ambiente “ingrávido”, como en el transbordador espacial? Explique su respuesta.

19 .

¿El mismo barco flotará más alto en agua salada que en agua dulce? Explique su respuesta.

20 .

Las canicas que se dejan caer en una bañera parcialmente llena se hunden hasta el fondo. Parte de su peso lo soporta la fuerza de flotación, pero la fuerza descendente en el fondo de la bañera aumenta exactamente en el peso de las canicas. Explique por qué.

14.5 Dinámicas de fluidos

21 .

Muchas figuras del texto muestran líneas de corriente. Explique por qué la velocidad del fluido es mayor donde las líneas de corriente están más juntas (Pista: Considere la relación entre la velocidad del fluido y el área de la sección transversal por la que circula el fluido).

14.6 Ecuación de Bernoulli

22 .

Puede lanzar un chorro de agua desde una manguera de jardín a una distancia considerablemente mayor cubriendo parcialmente la abertura con el pulgar. Explique cómo funciona esto.

23 .

El agua se dispara casi verticalmente hacia arriba en una fuente decorativa y se observa que la corriente se ensancha a medida que sube. Por el contrario, un chorro de agua que cae directamente de un grifo se estrecha. Explique por qué.

24 .

Revise la Figura 14.29. Responda las siguientes dos preguntas. ¿Por qué popo es menos que la atmosférica? ¿Por qué popo es mayor que pipi?

25 .

Un tubo con un segmento estrecho diseñado para mejorar el arrastre se llama Venturi, como el que se muestra a continuación. Los venturis son muy usados en carburadores y aspiradores. ¿Cómo esta estructura refuerza el arrastre?

La figura es un dibujo de un tubo con un segmento estrecho etiquetado como “construcción de riesgo”. Se realiza una pequeña conexión adicional en la constricción y permite que el fluido arrastrado entre en el fluido circulante.
26 .

Algunos tubos de chimenea tienen forma de T, con un travesaño en la parte superior que ayuda a aspirar los gases cuando hay una ligera brisa. Explique cómo funciona esto en términos del principio de Bernoulli.

27 .

¿Existe un límite en la altura a la que un dispositivo de arrastre puede elevar un fluido? Explique su respuesta.

28 .

¿Por qué es preferible que los aviones despeguen contra el viento en vez de con el viento?

29 .

En ocasiones, los tejados se desprenden verticalmente durante un ciclón tropical, y los edificios, a veces, explotan hacia fuera cuando los golpea un tornado. Use el principio de Bernoulli para explicar estos fenómenos.

30 .

Es peligroso situarse cerca de las vías del tren cuando pasa un tren de cercanías a gran velocidad. Explique por qué la presión atmosférica lo empujaría hacia el tren en movimiento.

31 .

La presión del agua dentro de una boquilla de manguera puede ser inferior a la presión atmosférica debido al efecto Bernoulli. Explique en términos de energía cómo el agua puede salir de la boquilla contra la presión atmosférica opuesta.

32 .

David bajó la ventanilla de su automóvil mientras conducía por la autopista. Una bolsa de plástico vacía que había en el suelo salió rápidamente volando por la ventana. Explique por qué.

33 .

Según la ecuación de Bernoulli, ¿cuáles son las tres formas de energía en un fluido? (Nótese que estas formas son conservadoras, a diferencia de la transferencia de calor y otras formas disipativas no incluidas en la ecuación de Bernoulli).

34 .

La vieja bota de goma que se muestra a continuación tiene dos fugas. ¿A qué altura máxima puede brotar el agua de la fuga 1? ¿En qué se diferencia la velocidad del agua que sale de la fuga 2 de la de la fuga 1? Explique sus respuestas en términos de energía.

La figura es un dibujo de una bota con dos fugas situadas a la misma altura. La fuga 1 apunta hacia arriba, mientras que la fuga dos apunta horizontalmente.
35 .

La presión del agua dentro de una boquilla de manguera puede ser inferior a la presión atmosférica debido al efecto Bernoulli. Explique en términos de energía cómo el agua puede salir de la boquilla contra la presión atmosférica opuesta.

14.7 Viscosidad y turbulencia

36 .

Explique por qué la viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura, es decir, ¿cómo un aumento de la temperatura puede reducir los efectos de las fuerzas de cohesión en un líquido? Explique también por qué la viscosidad de un gas aumenta con la temperatura, es decir, ¿cómo el aumento de la temperatura del gas crea más colisiones entre átomos y moléculas?

37 .

Cuando se rema con una canoa río arriba, lo más sensato es viajar lo más cerca posible de la orilla. Cuando se navega en canoa río abajo, generalmente, es mejor permanecer cerca del centro. Explique por qué.

38 .

Las tuberías suelen incluir tubos llenos de aire cerca de los grifos de agua (véase la siguiente figura). Explique por qué son necesarios y cómo funcionan.

La figura es el dibujo esquemático de unas pocas líneas de agua pequeñas que conducen a las casas individuales y que se unen a la línea de agua principal.
39 .

El ultrasonido doppler se puede usar para medir la velocidad de la sangre en el cuerpo. Si se produce una constricción parcial de una arteria, ¿dónde se espera que la velocidad de la sangre sea mayor: en la constricción o después de ella? ¿Cuáles son las dos causas distintas de una mayor resistencia en la constricción?

40 .

Los desagües del fregadero suelen tener un dispositivo como el que se muestra a continuación para ayudar a acelerar el flujo de agua. ¿Cómo funciona esto?

La figura es el dibujo esquemático del dispositivo que alinea el agua en las corrientes. El dispositivo tiene forma circular y está separado en cuatro segmentos.
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