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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

88 .

Un calentador de botellas a batería de 12,0 V calienta 50,0 g de vidrio, 2,50×102g2,50×102g de fórmula para bebés, y 2,00×102g2,00×102g de aluminio de 20,0°C20,0°C a 90,0°C90,0°C. (a) ¿Cuánta carga mueve la batería? (b) ¿Cuántos electrones por segundo fluyen si se tarda 5,00 min en calentar la fórmula? (Pista: Supongamos que el calor específico de la leche de fórmula para bebés es aproximadamente el mismo que el calor específico del agua).

89 .

Un automóvil operado con batería utiliza un sistema de 12,0 V. Encuentre la carga que deben poder mover las baterías para acelerar el automóvil de 750 kg desde el reposo hasta 25,0 m/s, hacer que suba una colina de 2,00×102-m2,00×102-m de alto y, finalmente, hacer que se desplace a una velocidad constante de 25,0 m/s mientras sube con 5,00×102-N5,00×102-N de fuerza durante una hora.

90 .

(a) Encuentre el voltaje cerca de una esfera de metal de 10,0 cm de diámetro que tiene 8,00 C de exceso de carga positiva. (b) ¿Qué es lo que no es razonable en este resultado? (c) ¿Qué suposiciones son responsables?

91 .

En una mesa no conductora se coloca un semianillo de radio 10 cm cargado uniformemente. Se encuentra que a 3,0 cm por encima del centro del semianillo el potencial es de -3,0 V con respecto al potencial cero en el infinito. ¿Cuánta carga hay en el semianillo?

92 .

Un anillo de vidrio de radio 5,0 cm se pinta con una pintura cargada de tal manera que la densidad de carga alrededor del anillo varía continuamente dada por la siguiente función del ángulo polar θ,λ=(3,0×10−6C/m)cos2θ.θ,λ=(3,0×10−6C/m)cos2θ. Encuentre el potencial en un punto a 15 cm por encima del centro.

93 .

Un disco CD de radio (R=3,0cmR=3,0cm) se rocía con una pintura cargada de manera que la carga varía continuamente con la distancia radial r desde el centro de la siguiente manera σ=(6,0C/m)r/Rσ=(6,0C/m)r/R.

Encuentre el potencial en un punto a 4 cm por encima del centro.

94 .

(a) ¿Cuál es la velocidad final de un electrón acelerado desde el reposo a través de un voltaje de 25,0 MV por un terminal de Van de Graff cargado negativamente? (b) ¿Qué no es razonable en este resultado? (c) ¿Qué suposiciones son responsables?

95 .

Una gran placa de metal se carga uniformemente a una densidad de σ=2,0×10−9C/m2σ=2,0×10−9C/m2. ¿A qué distancia están las superficies equipotenciales que representan una diferencia de potencial de 25 V?

96 .

Su amigo se entusiasma con la idea de hacer un pararrayos o tal vez un juguete que eche chispas conectando dos esferas como se muestra en la Figura 7.39, y haciendo R2R2 tan pequeño que el campo eléctrico es mayor que la resistencia dieléctrica del aire, justo desde el campo eléctrico habitual de 150 V/m cerca de la superficie de la Tierra. Si R1R1 es de 10 cm, ¿qué tan pequeño necesita ser R2R2, y ¿parece práctico esto? (Pista: recuerde el cálculo del campo eléctrico en la superficie de un conductor a partir de la Ley de Gauss).

97 .

(a) Encuentre el límite x>>Lx>>L del potencial de una varilla finita uniformemente cargada y demuestre que coincide con el de una fórmula de carga puntual. (b) ¿Por qué esperaría este resultado?

98 .

Una pequeña bola esférica de médula de radio 0,50 cm se pinta con una pintura plateada y luego se colocan −10μC−10μC de carga en ella. La bola de médula cargada se coloca en el centro de una capa esférica de oro de radio interior 2,0 cm y radio exterior 2,2 cm. (a) Encuentre el potencial eléctrico de la capa de oro con respecto al potencial cero en el infinito. (b) ¿Cuánta carga debe poner en la capa de oro si quiere que su potencial sea de 100 V?

99 .

Dos placas conductoras paralelas, cada una de ellas con una sección transversal 400cm2400cm2, están a 2,0 cm de distancia y sin carga. Si 1,0×10121,0×1012 electrones se transfieren de una placa a la otra, (a) ¿cuál es la diferencia de potencial entre las placas? (b) ¿cuál es la diferencia de potencial entre la placa positiva y un punto a 1,25 cm de ella que está entre las placas?

100 .

Una carga puntual de q=5,0×10−8Cq=5,0×10−8C se coloca en el centro de una capa conductora esférica sin carga de radio interior 6,0 cm y radio exterior 9,0 cm. Encuentre el potencial eléctrico en (a) r=4,0cm,r=4,0cm, (b) r=8,0cm,r=8,0cm, (c) r=12,0cm.r=12,0cm.

101 .

La Tierra tiene una carga neta que produce un campo eléctrico de aproximadamente 150 N/C hacia abajo en su superficie. (a) ¿Cuál es la magnitud y el signo del exceso de carga, observando que el campo eléctrico de una esfera conductora es equivalente a una carga puntual en su centro? (b) ¿Qué aceleración producirá el campo en un electrón libre cerca de la superficie de la Tierra? (c) ¿Qué objeto de masa con un solo electrón extra tendrá su peso soportado por este campo?

102 .

Cargas puntuales de 25,0μCy45,0μC25,0μCy45,0μC se colocan a 0,500 m de distancia.

(a) ¿En qué punto de la línea que las une es nulo el campo eléctrico?

(b) ¿Cuál es el campo eléctrico a medio camino entre ellas?

103 .

¿Qué se puede decir de dos cargas q1yq2q1yq2, si el campo eléctrico a un cuarto de distancia de q1aq2q1aq2 es cero?

104 .

Calcule la velocidad angular ωω de un electrón orbitando un protón en el átomo de hidrógeno, dado que el radio de la órbita es 0,530×10−10m0,530×10−10m. Puede suponer que el protón está inmóvil y que la fuerza centrípeta la suministra la atracción de Coulomb.

105 .

Un electrón tiene una velocidad inicial de 5,00×106m/s5,00×106m/s en un campo eléctrico 2,00×105-N/C2,00×105-N/C uniforme. El campo acelera al electrón en la dirección opuesta a su velocidad inicial. (a) ¿Cuál es la dirección del campo eléctrico? (b) ¿Qué distancia recorre el electrón antes de llegar a su reposo? (c) ¿Cuánto tiempo tarda el electrón en llegar a su reposo? (d) ¿Cuál es la velocidad del electrón cuando vuelve a su punto de partida?

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