Guía IPN Ciencias Médico Biológicas | Física reactivos 21 al 35 resuelta

Este es el ultimo de una serie de post en los que hemos resuelto los reactivos de física para la rama de Ciencias Médico Biológicas. Si aún no has visto el resto de partes, accede a ellas visitando la guía de admisión IPN.

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Parte II

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Reactivo 21: Escalas de temperatura

La escala Kelvin de temperatura se dice que es una escala:

  1. Práctica
  2. Absoluta
  3. Dinámica
  4. Energética

Solución:

Kelvin es una escala de temperatura absoluta referida a Celsius que fue creada por William Thomson en 1848. Se denomina escala absoluta, porque se estableció sobre el cero absoluto de la escala Centígrada: -273.15 °C.

Concluimos entonces que la respuesta correcta es el inciso b).

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Reactivo 22: Intensidad de Campo Eléctrico

Una carga de 5\times {10}^{-6}C se introduce a una región donde actúa un campo de fuerzas de 0.04 N. ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico en esa región?

  1. 8 N/C
  2. 80 N/C
  3. 800 N/C
  4. 8000 N/C

Solución:

Cualquier región del espacio en donde una carga eléctrica experimenta una fuerza se dice que existe un campo eléctrico. Además, la fuerza eléctrica que experimenta la carga, denominada en ocasiones de prueba, es proporcional a la propia magnitud de la carga eléctrica q .

Entonces, la intensidad del campo eléctrico E en un punto es igual a la fuerza por unidad de carga de prueba en ese punto. Por lo tanto:

E=\frac{F}{q}

Sustituimos los valores de fuerza en el punto y carga de prueba dados por el enunciado.

E=\frac{0.04 N}{5\times {10}^{-6}C}=8000 N/C

Concluimos seleccionando la opción d) como la respuesta correcta.

Reactivo 23: Longitud de Onda

En una cuerda tensa se producen ondas con una frecuencia de 240 Hz, a una velocidad de propagación de 150 m/s . ¿Qué longitud de onda (m/ciclo) tienen?

  1. 625
  2. 545
  3. 333
  4. 240

Solución:

La longitud de onda es el periodo espacial de una onda, es decir, la onda se repita a sí misma cada \lambda  metros (en el sistema internacional). Por definición general, la longitud de onda se calcula como el recorrido entre el número de ciclos de la onda.

\lambda =\frac{distancia recorrida}{\# de ciclos}

Esta ecuación no es útil para nosotros en este caso, por tanto, podemos emplear la siguiente:

\lambda =\frac{v}{f}

Donde:

  • v es la velocidad de propagación de la onda en el medio
  • f es la frecuencia de la onda

Sustituimos los valores dados por el enunciado.

\lambda =\frac{150 m/s}{240 Hz}=0.625 m

Escogemos como respuesta correcta la opción a).

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Reactivo 24: Clasificación de las Ondas

Son las ondas que, al moverse, los vectores de propagación se dirigen en todas las direcciones a partir de un centro emisor de ondas:

  1. Ondas lineales
  2. Frente de onda
  3. Ondas superficiales
  4. Ondas tridimensionales

Solución:

En función de la dirección en la que se propagan las ondas, estas pueden entrar en una de tres categorías: unidimensionales, bidimensionales o superficiales y tridimensionales o esféricas.

El enunciado describe perfectamente el caso de las ondas tridimensionales, debido a que se propagan en todas las direcciones, dicho en palabras técnicas, en los tres ejes coordenados: x , y y z .

Concluimos indicando como respuesta correcta la opción d).

Reactivo 25: Aplicaciones del Electromagnetismo

Es una aplicación del campo magnético producido por una corriente:

  1. Pila
  2. Electrones
  3. Electroimán
  4. Carga positiva

Solución:

Cuando una corriente eléctrica atraviesa un alambre, se produce un campo magnético cuyas líneas de campo son cerradas, circulares y concéntricas al alambre.

Ahora, si el alambre se enrolla sobre un núcleo de material ferromagnético (como el hierro), las líneas de campo se juntan, volviéndose densas en los extremos del material ferromagnético emulando a un imán natural, con la particularidad de que la intensidad del campo magnético puede ajustarse cambiando la corriente que circula por el alambre arrollado y que el mismo desaparece cuando la corriente deja de circular.

Esto es lo que se conoce por electroimán.

Concluimos seleccionando como respuesta correcta el inciso c).

Reactivo 26: Refracción de la luz

El ángulo de incidencia (i) para el cual el ángulo de refracción (r) es de 90°, se comporta como un ángulo:

  1. Crítico
  2. De Brewster
  3. De Polarización
  4. De incidencia normal

Solución:

La refracción se produce cuando la luz pasa de un medio a otro, provocando una desviación del rayo debido al cambio de la velocidad de la luz entre los medios. Tanto el ángulo de refracción como el incidente se miden respecto a una línea vertical imaginaria.

Si el ángulo del rayo refractado es igual a 90°, veremos que es paralelo a la horizontal y que atraviesa la superficie de contacto entre ambos medios. En este caso, se dice que el ángulo de incidencia es crítico.

Si tenemos el índice de refracción de los medios, podemos calcular el ángulo crítico aplicando la ley de Snell.

{\theta }_{ic}=\left(\frac{{n}_{2}}{{n}_{1}}\right) 

Concluimos entonces seleccionando como respuesta correcta la opción a).

Reactivo 27: Difracción de la Luz

La ________ es uno de los fenómenos de la luz donde al atravesar una rendija muy pequeña, parece que la propagación no se hace en línea recta, parece que la luz se desvía de su trayectoria recta.

  1. Polarización
  2. Refracción
  3. Difracción
  4. Reflexión

Solución:

La difracción consiste en la desviación de los haces de luz al interactuar con los bordes de un objeto sólido o al pasar por una rendija muy delgada. La difracción es más notoria cuando el tamaño de los obstáculos es comparable con la longitud de onda.

¿Qué pasa cuando la luz atraviesa una rendija muy delgada que ilumina una pantalla? La intuición diría que en la pantalla debe aparecer un rectángulo iluminado, como imagen de la rendija.

La experiencia demuestra que en realidad aparecen franjas brillantes y oscuras, esto indica que la luz se difracta cuando choca con los bordes de la rendija. Las franjas oscuras y brillantes corresponden a un patrón de difracción.

Concluimos seleccionando como respuesta correcta la opción c).

La difracción es uno de los fenómenos de la luz donde al atravesar una rendija muy pequeña, parece que la propagación no se hace en línea recta, parece que la luz se desvía de su trayectoria recta.

Reactivo 28: Condensadores en paralelo

De los siguientes diagramas, ¿Cuál corresponde a un agrupamiento en paralelo cuya capacitancia equivalente es de 8 nf ?

Solución:

Recordemos que dos o más componentes eléctricos se encuentran en paralelo si poseen la misma caída de potencial y los terminales correspondientes están conectados paralelamente.

Examinando los incisos, solo el primero y el último tienen arreglos de capacitores en paralelo, por tanto, el b) y c) quedan descartados.

La capacitancia equivalente de condensadores en paralelo, es igual a la suma de sus capacidades. Aplicando esta simple regla, sabemos que los condensadores del inciso a) suman 8 nf .

{C}_{a}=6 nf+2 nf=8 nf

Concluimos entonces que la respuesta correcta es la opción a).

Reactivo 29: Arreglo de resistencias

En un arreglo de resistores en serie, la resistencia equivalente es:

  1. El inverso de la menor resistencia
  2. El inverso de la mayor resistencia
  3. Mayor que la mayor resistencia
  4. Menor que la menor resistencia

Solución:

Cuando un arreglo de resistencias se encuentra conectadas en serie, es decir, el terminal final de una conectado con el terminal inicial de la otra, la resistencia equivalente es igual a la suma de las resistencias.

{R}_{e}={R}_{1}+{R}_{2}+{R}_{3}

Teniendo en cuenta las comparaciones que se hacen en los incisos, es claro que el equivalente será mayor que la mayor resistencia. Concluimos seleccionando como respuesta correcta la opción c).

Reactivo 30: Conceptos básicos de electricidad

Relacionar cada concepto con su correspondiente modelo matemático.

  1. 1A, 2B, 3C, 4D
  2. 1B, 2C, 3A, 4D
  3. 1A, 2D, 3B, 4C
  4. 1B, 2A, 3D, 4C

Solución:

Procedemos a realizar el pareo correspondiente entre concepto y modelo matemático correcto.

Ley de Ohm: V=IR

1A.

Conductividad: 1/\rho 

2B.

Resistencia eléctrica: \frac{\rho L}{A}

3C.

Potencia eléctrica: {i}^{2}R

4D.

Combinando todas las respuestas obtenemos: 1A, 2B, 3C, 4D. Seleccionamos como respuesta correcta al reactivo, la opción a).

Reactivo 31: Circuito eléctrico

El circuito eléctrico de la figura se alimenta con una fuente de 8 v la cual se mantiene constante. Ordenar, en forma ascendente, la magnitud de la corriente eléctrica que circula por el circuito, considerando las diferentes resistencias eléctricas que se indican a continuación.

  1. 2, 4, 3, 1
  2. 4, 2, 1, 3
  3. 2, 3, 4, 1
  4. 4, 1, 2, 3

Solución:

Por ley de Ohm, sabemos que la corriente que circula por una resistencia conectada a una fuente de V voltios constantes, es igual al cociente entre la magnitud del voltaje y el valor de la resistencia eléctrica.

I=\frac{V}{R}

Por lo tanto, la intensidad de la corriente es inversamente proporcional a la resistencia eléctrica: a mayor resistencia menor corriente y viceversa. En base a lo anterior, podemos ordenar de forma ascendente la corriente, si ordenamos de forma descendente la magnitud de las resistencias.

{R}_{4}=16 \Omega \to {R}_{2}=8 \Omega \to {R}_{1}=4 \Omega \to {R}_{3}=2 \Omega 

Entonces:

4, 2, 1, 3

Comparando con las opciones, concluimos que la respuesta correcta es la b).

Reactivo 32: Ley de Ohm

¿Con cuál de las siguientes expresiones se puede relacionar geométricamente la ley de Ohm dada por V=RI ?

  1. y=mx
  2. y=a{x}^{2}
  3. y=a{r}^{2}
  4. y=R{I}^{2}

Solución:

La ley de Ohm es una relación lineal entre el voltaje y la corriente que circula a través de una resistencia. En ella, las variables son la corriente (independiente) y el voltaje (dependiente), donde la resistencia eléctrica es la pendiente de esta relación lineal.

De las 4 expresiones que se encuentran en los incisos, debemos identificar la que represente geométricamente una línea recta. Con una inspección rápida, queda claro que la única función lineal es la opción a), el resto son cuadráticas y sus gráficas corresponden a parábolas.

Concluimos entonces que la respuesta correcta es el inciso a).

Reactivo 33: Conceptos básicos sobre Circuitos Eléctricos

Relacionar cada definición con el concepto al que pertenece.

  1. 1C, 2D, 3B, 4A
  2. 1C, 2B, 3D, 4A
  3. 1A, 2C, 3B, 4D
  4. 1A, 2B, 3C, 4D

Solución:

Procedemos a realizar el pareo de las definiciones con el concepto de circuitos eléctricos correcto.

Las caídas de potencia son iguales.

Esto sucede cuando dos o más elementos circuitales se encuentran conectados en paralelo.

1C.

Las corrientes eléctricas son iguales.

Si la corriente que circula por dos o más componentes es igual, se puede afirmar que se encuentran conectados en serie.

2D.

Oposición al paso de la corriente.

Cuando una corriente eléctrica circula por un material, este supone una resistencia al paso de los electrones que conforman dicha corriente. Se dice entonces que la resistencia eléctrica es la oposición al paso de la corriente.

3B.

Rapidez con la que se efectúa un trabajo eléctrico.

Por definición, la potencia corresponde al trabajo realizado en un intervalo de tiempo determinado. Visto de otra forma, representa la tasa de variación o la rapidez con la que se efectúa trabajo.

Cuando un componente se conecta a una fuente de alimentación, el potencial entre sus terminales realiza trabajo eléctrico al desplazar los electrones desde un punto a otro en el circuito.

4A.

Combinando las opciones, nos queda: 1C, 2D, 3B, 4A. La respuesta correcta se encuentra en el inciso a).

Reactivo 34: Potencia disipada por un Resistor

Determinar la potencia disipada en una resistencia de valor 10 \Omega  conectada a una diferencia de potencial de 120 V .

  1. 1440 W
  2. 1200 W
  3. 60 W
  4. 24 W

Solución:

Por definición operacional, la potencia eléctrica se calcula como el producto de la corriente que atraviesa un componente, por la diferencia de potencial entre sus terminales.

{P}_{e}=VI

En el caso de una resistencia, podemos expresar la potencia disipada en función de su valor resistivo y el voltaje aplicado. Si recordamos, la ley de Ohm establece que el cociente entre el voltaje y la corriente es igual a la resistencia eléctrica.

R=\frac{V}{I}

Despejamos la corriente.

I=\frac{V}{R}

Sustituimos en la ecuación de potencia.

{P}_{e}=V\left(\frac{V}{R}\right)=\frac{{V}^{2}}{R}

Evaluamos los valores dados por el enunciado.

{P}_{e}=\frac{{\left(120 V\right)}^{2}}{10 \Omega }=1440 W

La resistencia disipa 1440 vatios de potencia eléctrica.

Concluimos seleccionando como correcta la opción a).

Reactivo 35: Resistencia de los materiales

Calcular la resistencia de un conductor de cobre de 1 m de longitud, de 0.2 cm de diámetro. La resistividad del Cu es de 1.69\times {10}^{-8} \Omega /m .

  1. 5.38\times {10}^{-3}\Omega
  2. 16.38\times {10}^{-3}\Omega
  3. 20.38\times {10}^{-3}\Omega
  4. 25.38\times {10}^{-3}\Omega

Solución:

Todos los materiales ofrecen una resistencia al paso de la corriente y es constante para muchos materiales en un rango de temperaturas establecido y puede estimarse mediante la siguiente ecuación:

R=\frac{\rho L}{A}

Donde \rho  es la resistividad del material.

En este caso, tenemos la longitud del cable, pero no el área. En su lugar, el ejercicio nos da el diámetro del conductor y, suponiendo que es de sección transversal circular, podemos usar la fórmula para el área de un círculo.

A=\frac{\pi {D}^{2}}{4}

Sustituimos el diámetro en metros.

A=\frac{\pi {\left(0.002 m\right)}^{2}}{4}=3.1416\times {10}^{-6} {m}^{2}

Por último, evaluamos la fórmula de resistencia.

R=\frac{\left(1.69\times {10}^{-8}\frac{\Omega }{m}\right)\left(1 m\right)}{\left(3.1416\times {10}^{-6} {m}^{2}\right)}=5.38\times {10}^{-3} \Omega 

La resistencia del conductor de cobre es de 5.38\times {10}^{-3} \Omega  .

Concluimos seleccionando como respuesta correcta la opción a).

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