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Física Universitaria Volumen 2

Problemas Adicionales

Física Universitaria Volumen 2Problemas Adicionales
  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 Adicionales

63 .

En la siguiente figura se muestra un alambre largo y recto y un bucle rectangular de una vuelta, ambos situados en el plano de la página. El cable es paralelo a los lados largos del bucle y está a 0,50 m del lado más cercano. En un instante en el que la emf inducida en el bucle es de 2,0 V, ¿cuál es la tasa de variación temporal de la corriente en el cable?

La figura muestra un alambre largo y recto y un bucle de alambre rectangular de una sola vuelta con una longitud de 3,0 m y una anchura de 0,5 cm, ambos situados en el plano de la página. El cable es paralelo a los lados largos del bucle y está a 0,50 m del lado más cercano.
64 .

Una barra metálica con una masa de 500 g se desliza hacia el exterior con una velocidad constante de 1,5 cm/s sobre dos rieles paralelos separados por una distancia de 30 cm que forman parte de un conductor en forma de U. Hay un campo magnético uniforme de magnitud 2 T que apunta hacia fuera de la página en toda la zona. Las barandillas y la barra metálica tienen una resistencia equivalente de 150Ω.150Ω. (a) Determine la corriente inducida, tanto la magnitud como la dirección. (b) Calcule la dirección de la corriente inducida si el campo magnético apunta hacia la página. (c) Calcule la dirección de la corriente inducida si el campo magnético apunta hacia la página y la barra se mueve hacia adentro.

65 .

Se induce una corriente en un bucle circular de radio 1,5 cm entre dos polos de un electroimán de herradura cuando se varía la corriente en el electroimán. El campo magnético en el área del bucle es perpendicular al área y tiene una magnitud uniforme. Si la tasa de cambio del campo magnético es de 10 T/s, calcule la magnitud y la dirección de la corriente inducida si la resistencia del bucle es 25Ω25Ω.

66 .

Una barra metálica de 25 cm de longitud se coloca perpendicularmente a un campo magnético uniforme de intensidad 3 T. (a) Determine la emf inducida entre los extremos de la barra cuando no se mueve. (b) Determine la emf cuando la barra se mueve perpendicularmente a su longitud y al campo magnético con una velocidad de 50 cm/s.

67 .

Una bobina de 50 vueltas y un área de 10 cm2cm2 se orienta con su plano perpendicular a un campo magnético de 0,75 T. Si la bobina se voltea (se gira 180°180°) en 0,20 s, ¿cuál es la emf media inducida en él?

68 .

Un bucle plano de 2 vueltas de alambre flexible se coloca dentro de un solenoide largo de n vueltas por metro que transporta una corriente constante I0I0. El área A del bucle se modifica tirando de sus lados y asegurándose de que el plano del bucle permanece siempre perpendicular al eje del solenoide. Si n=500vueltasn=500vueltas por metro, I0=20A,I0=20A, y A=20cm2,A=20cm2, ¿cuál es la emf inducida en el bucle cuando dA/dt=100?dA/dt=100?

69 .

La varilla conductora que se muestra en la figura adjunta se desplaza a lo largo de carriles metálicos paralelos con 25 cm de separación. El sistema se encuentra en un campo magnético uniforme de intensidad 0,75 T, que se dirige hacia la página. Las resistencias de la varilla y los rieles son despreciables, pero la sección PQ tiene una resistencia de 0,25Ω0,25Ω. (a) ¿Cuál es la emf (incluido su sentido) inducida en la varilla cuando esta se mueve hacia la derecha con una velocidad de 5,0 m/s? (b) ¿Qué fuerza se requiere para mantener la varilla en movimiento a esta velocidad? (c) ¿Cuál es el ritmo de trabajo realizado por esta fuerza? (d) ¿Cuál es la potencia disipada en el resistor?

La figura muestra la varilla que se desliza hacia la derecha a lo largo de los carriles conductores a una velocidad constante de 5 metros por segundo en un campo magnético perpendicular uniforme. La distancia entre los rieles es de 25 cm. Los rieles se conectan a través del resistor de 0,25 Ohm.
70 .

Un bucle circular de alambre de radio de 10 cm está montado en un eje vertical y gira a una frecuencia de 5 ciclos por segundo en una región de campo magnético uniforme de 2 Gauss perpendicular al eje de rotación. (a) Calcule una expresión para el flujo dependiente del tiempo a través del anillo. (b) Determine la corriente dependiente del tiempo a través del anillo si tiene una resistencia de 10 Ω.Ω.

La figura muestra un bucle circular de alambre montado en un eje vertical y que gira en una región de campo magnético uniforme perpendicular al eje de rotación.
71 .

El campo magnético entre los polos de un electroimán de herradura es uniforme y tiene una simetría cilíndrica en torno a un eje que va desde el centro del polo sur hasta el centro del polo norte. La magnitud del campo magnético cambia con una tasa de la dB/dt debido a la corriente cambiante del electroimán. Determine el campo eléctrico a una distancia r del centro.

72 .

Un solenoide largo de radio a con n vueltas por unidad de longitud lleva una corriente que depende del tiempo I(t)=I0sen(ωt)I(t)=I0sen(ωt), donde I0I0 y ωω son constantes. El solenoide está rodeado por un cable de resistencia R que tiene dos bucles circulares de radio b con b>ab>a (vea la siguiente figura). Calcule la magnitud y la dirección de la corriente inducida en los bucles exteriores en el momento t=0t=0.

La figura muestra un solenoide largo de radio a que está rodeado por un cable de resistencia R que tiene dos bucles circulares de un radio mayor b.
73 .

Un motor de corriente continua de 120 V y bobinado en serie consume 0,50 A de su fuente de alimentación cuando funciona a plena velocidad, y consume 2,0 A cuando se pone en marcha. La resistencia de las bobinas del inducido es 10Ω10Ω. (a) ¿Cuál es la resistencia de las bobinas de campo? (b) ¿Cuál es la fuerza contraelectromotriz del motor cuando funciona a plena velocidad? (c) El motor funciona a otra velocidad y consume 1,0 A de la fuente. ¿Cuál es la fuerza contraelectromotriz en este caso?

74 .

Las bobinas de inducido y de campo de un motor bobinado en serie tienen una resistencia total de 3,0Ω3,0Ω. Conectado a una fuente de 120 V y funcionando a velocidad normal, el motor consume 4,0 A. (a) ¿Qué magnitud tiene la fuerza contraelectromotriz? (b) ¿Qué corriente consumirá el motor justo después de encenderse? ¿Puede sugerir una forma de evitar esta gran corriente inicial?

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