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Física Universitaria Volumen 2

Problemas De Desafío

Física Universitaria Volumen 2Problemas De Desafío
  1. Prefacio
  2. Termodinámica
    1. 1 Temperatura y calor
      1. Introducción
      2. 1.1 Temperatura y equilibrio térmico
      3. 1.2 Termómetros y escalas de temperatura
      4. 1.3 Dilatación térmica
      5. 1.4 Transferencia de calor, calor específico y calorimetría
      6. 1.5 Cambios de fase
      7. 1.6 Mecanismos de transferencia de calor
      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. 2 Teoría cinética de los gases
      1. Introducción
      2. 2.1 Modelo molecular de un gas ideal
      3. 2.2 Presión, temperatura y velocidad media cuadrática (rms)
      4. 2.3 Capacidad calorífica y equipartición de energía
      5. 2.4 Distribución de las velocidades moleculares
      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 Primera ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 3.1 Sistemas termodinámicos
      3. 3.2 Trabajo, calor y energía interna
      4. 3.3 Primera ley de la termodinámica
      5. 3.4 Procesos termodinámicos
      6. 3.5 Capacidades térmicas de un gas ideal
      7. 3.6 Procesos adiabáticos para un gas ideal
      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 Segunda ley de la termodinámica
      1. Introducción
      2. 4.1 Procesos reversibles e irreversibles
      3. 4.2 Máquinas térmicas
      4. 4.3 Refrigeradores y bombas de calor
      5. 4.4 Enunciados de la segunda ley de la termodinámica
      6. 4.5 El ciclo de Carnot
      7. 4.6 Entropía
      8. 4.7 Entropía a escala microscópica
      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. Electricidad y magnetismo
    1. 5 Cargas y campos eléctricos
      1. Introducción
      2. 5.1 Carga eléctrica
      3. 5.2 Conductores, aislantes y carga por inducción
      4. 5.3 Ley de Coulomb
      5. 5.4 Campo eléctrico
      6. 5.5 Cálculo de los campos eléctricos de las distribuciones de carga
      7. 5.6 Líneas de campo eléctrico
      8. 5.7 Dipolos eléctricos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Ley de Gauss
      1. Introducción
      2. 6.1 Flujo eléctrico
      3. 6.2 Explicar la ley de Gauss
      4. 6.3 Aplicación de la ley de Gauss
      5. 6.4 Conductores en equilibrio electrostático
      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. 7 Potencial eléctrico
      1. Introducción
      2. 7.1 Energía potencial eléctrica
      3. 7.2 Potencial eléctrico y diferencia de potencial
      4. 7.3 Cálculo del potencial eléctrico
      5. 7.4 Determinación del campo a partir del potencial
      6. 7.5 Equipotential Surfaces and Conductors
      7. 7.6 Aplicaciones de la electrostática
      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. 8 Capacitancia
      1. Introducción
      2. 8.1 Condensadores y capacitancia
      3. 8.2 Condensadores en serie y en paralelo
      4. 8.3 Energía almacenada en un condensador
      5. 8.4 Condensador con dieléctrico
      6. 8.5 Modelo molecular de un dieléctrico
      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. 9 Corriente y resistencia
      1. Introducción
      2. 9.1 Corriente eléctrica
      3. 9.2 Modelo de conducción en metales
      4. 9.3 Resistividad y resistencia
      5. 9.4 Ley de Ohm
      6. 9.5 Energía eléctrica y potencia
      7. 9.6 Superconductores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Circuitos de corriente directa
      1. Introducción
      2. 10.1 Fuerza electromotriz
      3. 10.2 Resistores en serie y en paralelo
      4. 10.3 Reglas de Kirchhoff
      5. 10.4 Instrumentos de medición eléctrica
      6. 10.5 Circuitos RC
      7. 10.6 Cableado doméstico y seguridad eléctrica
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Fuerzas y campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 11.1 El magnetismo y sus descubrimientos históricos
      3. 11.2 Campos y líneas magnéticas
      4. 11.3 Movimiento de una partícula cargada en un campo magnético
      5. 11.4 Fuerza magnética sobre un conductor portador de corriente
      6. 11.5 Fuerza y torque en un bucle de corriente
      7. 11.6 El efecto Hall
      8. 11.7 Aplicaciones de las fuerzas y campos magnéticos
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    8. 12 Fuentes de campos magnéticos
      1. Introducción
      2. 12.1 La ley de Biot-Savart
      3. 12.2 Campo magnético debido a un cable recto delgado
      4. 12.3 Fuerza magnética entre dos corrientes paralelas
      5. 12.4 Campo magnético de un bucle de corriente
      6. 12.5 Ley de Ampère
      7. 12.6 Solenoides y toroides
      8. 12.7 El magnetismo en la materia
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    9. 13 Inducción electromagnética
      1. Introducción
      2. 13.1 Ley de Faraday
      3. 13.2 Ley de Lenz
      4. 13.3 Fuerza electromotriz (emf) de movimiento
      5. 13.4 Campos eléctricos inducidos
      6. 13.5 Corrientes de Foucault
      7. 13.6 Generadores eléctricos y fuerza contraelectromotriz
      8. 13.7 Aplicaciones de la inducción electromagnética
      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. 14 Inductancia
      1. Introducción
      2. 14.1 Inductancia mutua
      3. 14.2 Autoinducción e inductores
      4. 14.3 Energía en un campo magnético
      5. 14.4 Circuitos RL
      6. 14.5 Oscilaciones en un circuito LC
      7. 14.6 Circuitos RLC en serie
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    11. 15 Circuitos de corriente alterna
      1. Introducción
      2. 15.1 Fuentes de ac
      3. 15.2 Circuitos simples de ac
      4. 15.3 Circuitos en serie RLC con ac
      5. 15.4 Potencia en un circuito de ac
      6. 15.5 Resonancia en un circuito de ac
      7. 15.6 Transformadores
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    12. 16 Ondas electromagnéticas
      1. Introducción
      2. 16.1 Ecuaciones de Maxwell y ondas electromagnéticas
      3. 16.2 Ondas electromagnéticas planas
      4. 16.3 Energía transportada por las ondas electromagnéticas
      5. 16.4 Momento y presión de radiación
      6. 16.5 El espectro electromagnético
      7. 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
  12. Índice

Problemas De Desafío

102 .

Una partícula de carga +q y masa m se mueve con velocidad v0v0 apuntando en la dirección +y al cruzar el eje x en x = R en un momento determinado. Hay una carga negativa –Q fija en el origen, y existe un campo magnético uniforme B0B0 apuntando en la dirección +z. Se halla que la partícula describe un círculo de radio R alrededor de –Q. Calcule B0B0 en términos de las cantidades dadas.

103 .

Un protón de velocidad v = 6×105m/s6×105m/s entra en una región de campo magnético uniforme de B = 0,5 T con un ángulo de q=30°q=30° al campo magnético. En la región del campo magnético el protón describe una trayectoria helicoidal con radio R y paso p (distancia entre bucles). Halle R y p.

104 .

La trayectoria de una partícula se dobla cuando pasa por una región de campo magnético distinto de cero, aunque su velocidad permanece inalterada. Esto es muy útil para la "dirección del rayo" en los aceleradores de partículas. Considere un protón de velocidad 4×106m/s4×106m/s que entra en una región de campo magnético uniforme de 0,2 T en una región de 5 cm de ancho. El campo magnético es perpendicular a la velocidad de la partícula. ¿En qué ángulo se doblará la trayectoria del protón? (Pista: La partícula sale tangente a un círculo).

La partícula entra en la región con campo desde la izquierda con una velocidad horizontal hacia la derecha. Sale en un ángulo theta sobre la dirección horizontal (derecha). La región con campo es de 5 cm de ancho.
105 .

En una región existe un campo magnético no uniforme tal que Bx=0,By=0,andBz=ax,Bx=0,By=0,andBz=ax, donde a es una constante. En algún momento t, un cable de longitud L que porta una corriente I se encuentra a lo largo del eje x desde el origen hasta x = L. Halle la fuerza magnética sobre el cable en este instante de tiempo.

106 .

Una varilla de cobre de masa m y longitud L se cuelga del techo mediante dos resortes de constante elástica k. Un campo magnético uniforme de magnitud B0B0 apuntando perpendicularmente a la varilla y al resorte (entrando en la página en la figura) existe en una región del espacio que cubre una longitud w de la varilla de cobre. Los extremos de la varilla se conectan mediante un cable de cobre flexible a los terminales de una batería de voltaje V. Determine la variación de la longitud de los resortes cuando a corriente I recorre la varilla de cobre en el sentido indicado en la figura. (Ignore cualquier fuerza por el cable flexible).

Una ilustración del problema. La varilla de cobre es horizontal y cuelga de unos resortes en ambos extremos. Una corriente I fluye hacia la derecha a través de la varilla. Un campo B apunta a la página en una región de ancho w.
107 .

La figura adjunta muestra una disposición para medir la masa de los iones mediante un instrumento llamado espectrómetro de masas. Un ion de masa m y carga +q se produce esencialmente en reposo en la fuente S, una cámara en la que tiene lugar una descarga de gas. El ion es acelerado por una diferencia de potencial VaccVacc y se le permite entrar en una región de campo magnético constante B0.B0. En la región del campo magnético uniforme, el ion se mueve en una trayectoria semicircular golpeando una placa fotográfica a una distancia x del punto de entrada. Deduzca una fórmula para la masa m en términos de B0,B0, q, Vacc,Vacc, y x.

Esquema del espectrómetro de masas. La fuente está en la parte inferior. Las partículas son aceleradas por la diferencia de potencial V acc, luego entran en una región en la que solo hay un campo magnético uniforme B cero. En esa región, las partículas siguen una trayectoria semicircular de diámetro x en el sentido de las agujas del reloj.
108 .

Se hace un alambre de forma circular de radio R y se hace pivotar a lo largo de un soporte central. Los dos extremos del alambre están en contacto con una escobilla que está conectada a una fuente de alimentación de corriente continua. La estructura se encuentra entre los polos de un imán, por lo que podemos suponer que existe un campo magnético uniforme en el cable. En términos de un sistema de coordenadas con origen en el centro del anillo, el campo magnético es Bx=B0,By=Bz=0,Bx=B0,By=Bz=0, y el anillo gira alrededor del eje z. Halle el torque en el anillo cuando no está en el plano xz.

Entre los polos de un imán con una separación horizontal se encuentra un bucle circular y vertical por el que circula corriente.
109 .

Un cable largo y rígido se encuentra a lo largo del eje x y porta una corriente de 2,5 A en la dirección x positiva. Alrededor del cable está el campo magnético B=2,0i^+5,0x2j^,B=2,0i^+5,0x2j^, con x en metros y B en militesla. Calcule la fuerza magnética sobre el segmento de cable entre x = 2,0 m y x = 4,0 m.

110 .

Un bucle circular de cable de 10 cm2 lleva una corriente de 25 A. En un instante determinado el bucle se encuentra en el plano xy y está sometido a un campo magnético B=(2,0i^+6,0j^+8,0k^)×10−3T.B=(2,0i^+6,0j^+8,0k^)×10−3T. Vista desde el plano xy, la corriente circula en el sentido de las agujas del reloj. (a) ¿Cuál es el momento dipolar magnético del bucle de corriente? (b) En este instante, ¿cuál es el torque magnético en el bucle?

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