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Física Universitaria Volumen 1

Problemas Adicionales

Física Universitaria Volumen 1Problemas Adicionales
  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

Problemas Adicionales

104 .

Antes de los dispositivos de almacenamiento digital, como la memoria del teléfono móvil, la música se almacenaba en discos de vinilo con surcos de distinta profundidad cortados en el disco. Un fonógrafo usaba una aguja, la cual se movía sobre los surcos y medía su profundidad. La presión que ejerce la aguja de un fonógrafo sobre un disco es sorprendentemente grande. Si el equivalente a 1,00 g es soportado por una aguja cuya punta es un círculo de 0,200 mm de radio, ¿qué presión se ejerce sobre el disco en Pa?

105 .

Las torres de agua almacenan agua por encima del nivel de los consumidores para los momentos de mayor uso, lo que elimina la necesidad de usar bombas de alta velocidad. ¿A qué altura sobre el usuario debe estar el nivel de agua para crear una presión manométrica de 3,00×105N/m23,00×105N/m2?

106 .

El humor acuoso del ojo de una persona ejerce una fuerza de 0,300 N sobre la 1,10cm21,10cm2 área de la córnea. ¿Qué presión es esta en mm Hg?

107 .

(a) Convierta las lecturas normales de presión arterial de 120 sobre 80 mm Hg a newtons por metro cuadrado usando la relación para presión debido al peso de un fluido (p=hρg)(p=hρg) en vez de un factor de conversión. (b) Explique por qué la presión arterial de un bebé sería, probablemente, menor que la de un adulto. En concreto, considere la menor altura a la que debe bombearse la sangre.

108 .

Las ollas a presión existen desde hace más de 300 años, aunque su uso ha disminuido mucho en los años recientes (los primeros modelos tenían la desagradable costumbre de explotar). ¿Qué fuerza deben soportar los cierres que sujetan la tapa de una olla a presión si la tapa circular es 25,0cm25,0cm de diámetro y la presión manométrica en su interior es de 300 atm? Ignore el peso de la tapa.

109 .

Los huesos de las aves tienen bolsas de aire para reducir su peso, lo que también les confiere una densidad media significativamente menor que la de los huesos de otros animales. Supongamos que un ornitólogo pesa un hueso de ave en el aire y en el agua y encuentra que su masa es de 45,0 g y su masa aparente cuando está sumergido es de 3,60 g (supongamos que el hueso es hermético). (a) ¿Qué masa de agua se desplaza? (b) ¿Cuál es el volumen del hueso? (c) ¿Cuál es su densidad media?

110 .

En una medición por inmersión de la densidad de una mujer, se encuentra que tiene una masa de 62,0 kg en el aire y una masa aparente de 0,0850 kg cuando está completamente sumergida con los pulmones vacíos. (a) ¿Qué masa de agua desplaza? (b) ¿Cuál es su volumen? (c) Calcule su densidad. (d) Si su capacidad pulmonar es de 1,75 L, ¿es capaz de flotar sin pisar el agua con los pulmones llenos de aire?

111 .

Algunos peces tienen una densidad ligeramente inferior a la del agua y deben ejercer una fuerza (nadar) para mantenerse sumergidos. ¿Qué fuerza debe ejercer un mero de 85,0 kg para permanecer sumergido en agua salada si la densidad de su cuerpo es 1.015kg/m3?1.015kg/m3?

112 .

El sistema circulatorio humano tiene, aproximadamente, 1×1091×109 vasos capilares. Cada recipiente tiene un diámetro de, aproximadamente, 8μm8μm. Suponga que el gasto cardíaco es de 5 L/min y determine la velocidad media del flujo sanguíneo a través de cada vaso capilar.

113 .

La tasa de flujo a través de un 2,00×10−6m2,00×10−6mradio capilar es 3,80×109cm3/s3,80×109cm3/s. (a) ¿Cuál es la velocidad del flujo sanguíneo? (b) Suponga que toda la sangre del cuerpo pasa por los capilares, ¿cuántos debe haber para transportar un flujo total de 90,0cm3/s90,0cm3/s?

114 .

El ventrículo izquierdo del corazón de un adulto en reposo bombea sangre a una tasa de flujo de 83,0cm3/s83,0cm3/s, aumentando su presión en 110 mm Hg, su velocidad de cero a 30,0 cm/s, y su altura en 5,00 cm (todas las cifras se promedian a lo largo de todo el latido del corazón). Calcule la potencia total del ventrículo izquierdo. Tenga en cuenta que la mayor parte de la potencia se usa para aumentar la presión arterial.

115 .

Una bomba de sumidero (que se usa para drenar el agua del sótano de casas construidas por debajo del nivel freático) está drenando un sótano inundado a una velocidad de 0,750 L/s, con una presión de salida de 3,00×105N/m23,00×105N/m2. a) El agua entra en una manguera con un diámetro interior de 3,00 cm y sube 2,50 m por encima de la bomba. ¿Cuál es su presión en este punto? b) La manguera pasa por encima del muro de los cimientos, pierde 0,500 m de altura y se ensancha hasta los 4,00 cm de diámetro. ¿Cuál es la presión ahora? Es posible que descarte pérdidas por fricción en ambas partes del problema.

116 .

Una solución de glucosa que se administra por vía intravenosa tiene una tasa de flujo de4,00cm3/min4,00cm3/min. ¿Cuál será la nueva tasa de flujo si se sustituye la glucosa por sangre total con la misma densidad pero con una viscosidad 2,50 veces superior a la de la glucosa? Todos los demás factores permanecen constantes.

117 .

Una arteria pequeña tiene una longitud de 1,1×10−3m1,1×10−3m y un radio de 2,5×10−5m2,5×10−5m. Si la caída de presión a través de la arteria es de 1,3 kPa, ¿cuál es la tasa de flujo a través de la arteria? (Supongamos que la temperatura es 37°C37°C).

118 .

La angioplastia es una técnica en la que se dilatan las arterias parcialmente obstruidas por la placa para aumentar el flujo sanguíneo. ¿En qué factor debe aumentar el radio de una arteria para que el flujo sanguíneo se multiplique por 10?

119 .

Supongamos que el radio de un vaso sanguíneo disminuye hasta el 90,0 % de su valor original debido a los depósitos de placa y que el organismo compensa aumentando la diferencia de presión a lo largo del vaso para mantener la tasa de flujo constante. ¿En qué factor debe aumentar la diferencia de presión? b) Si la obstrucción crea turbulencia, ¿qué efecto adicional tendría sobre la tasa de flujo?

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