Guía IPN Ciencias Médico Biológicas | Física reactivos 1 al 10 resuelta

¡Hola de nuevo aspirante! Este es el primero de una serie de post en los que estaremos resolviendo los reactivos de física del IPN para la rama de conocimientos Ciencias Médico Biológicas. Resuélvelos primero por tu cuenta y utiliza este material para comprobar tus resultados.

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Parte II

Acede al resto del contenido gratuito en la guía de admisión al IPN

Los 35 reactivos se han dividido en 3 partes, para que puedas tomar pausas y asentar los conocimientos adquiridos. Física es una materia con gran importancia teórica, estudia bien los conceptos antes de pasar a los ejercicios.

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¿Qué viene en el examen del IPN?

La prueba de admisión al Instituto Politécnico Nacional se compone de 130 reactivos, con un total de 180 minutos para resolverlos. El examen está dividido en dos partes:

  • Primera parte, con reactivos de matemáticas y comunicación.
  • Segunda parte, con ejercicios de física, química y biología que varían de dificultad en función a la rama de conocimientos de tu carrera.

Esta es la distribución de los reactivos del examen de admisión.

  • 50 preguntas de matemáticas.
  • 40 preguntas de comunicación.
  • 10 preguntas de biología.
  • 15 preguntas de química.
  • 15 preguntas de física.

Cada carrera necesita un número determinado de aciertos para ser admitido. Prepárate con tiempo, estudia todos los temas y acorta tus tiempos antes del examen.

Temario de Física

En la siguiente lista, encontrarás un resumen de los temas de física para la prueba de admisión. Si deseas algo más detallado, en la guía del IPN (justo antes de los reactivos del módulo) encontrarás los puntos específicos a estudiar.

  • Sistemas de unidades y mediciones.
  • Álgebra vectorial.
  • Cinemática y Dinámica.
  • Estática.
  • Propiedades generales de la materia.
  • Mecánica de Fluidos.
  • Termodinámica.
  • Acústica.
  • Electricidad.
  • Electromagnetismo.
  • Electroinducción-Ondas electromagnéticas.
  • Óptica.

Guía IPN de Física resuelta

A continuación, los primeros 10 reactivos resueltos de la guía de física para la rama de Ciencias Medico Biológicas del poderosísimo Instituto Politécnico Nacional.

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Reactivo 1: Clasificación de Vectores

Los vectores ________ son los que actúan en una misma línea de acción.

  1. Colineales
  2. Concurrentes
  3. No coplanares
  4. Adimensionales

Solución:

Los vectores, son segmentos de recta dirigidos con tres propiedades fundamentales: magnitud, dirección y sentido. Gracias a esto, son útiles en física básica para representar cantidades como: fuerza, velocidad, par de torsión y otros.

Por ejemplo, la fuerza que ejerce una persona para mover una caja pesada no solo tiene magnitud, también es necesario que sea ejercida en una dirección específica, sino, la caja no se moverá. En este y muchos otros casos, los vectores son herramientas poderosas para modelar el mundo que nos rodea.

Ahora, completando el enunciado del problema, los vectores se clasifican de distintas maneras y, una de ellas, es respecto a la recta de acción sobre la que actúan. Dos o más vectores se denominan colineales si comparten o son paralelos a una línea de acción y pueden o no tener el mismo sentido.

Concluimos seleccionando como respuesta correcta la opción a).

Los vectores colineales son los que actúan en una misma línea de acción.

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Reactivo 2: Suma de vectores

La suma de \overrightarrow{A}=3\widehat{i}+2\widehat{j} y \overrightarrow{B}=4\widehat{i}+4\widehat{j} es igual a:

  1. 13\widehat{i}\widehat{j}
  2. 13
  3. 7\widehat{i}+6\widehat{j}
  4. 7{\widehat{i}}^{2}+6{\widehat{j}}^{2}

Solución:

La suma de vectores se realiza componente a componente, en este caso, \overrightarrow{A} y \overrightarrow{B} están expresados en la forma canónica, por tanto, las componentes \widehat{i} (abscisas) se suman entre ellas; lo mismo sucede con las componentes \widehat{j} (ordenadas).

\overrightarrow{A}+\overrightarrow{B}=3\widehat{i}+2\widehat{j}+4\widehat{i}+4\widehat{j}

Sumamos algebraicamente las componentes.

\overrightarrow{A}+\overrightarrow{B}=\left(3+4\right)\widehat{i}+\left(2+4\right)\widehat{j}=7\widehat{i}+6\widehat{j}

\overrightarrow{A}+\overrightarrow{B}=7\widehat{i}+6\widehat{j}

Comparando con las opciones, la respuesta correcta se encuentra en la c).

Reactivo 3: Conceptos de Mecánica Newtoniana

Relacionar los conceptos con su expresión matemática correspondiente:

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

Solución:

Para encontrar la combinación correcta, analizaremos cada uno de los conceptos de la columna izquierda para relacionarlo con la expresión matemática correcta de la derecha.

1a condición de equilibrio.

En estática, la primera condición de equilibrio establece que un cuerpo permanecerá en su estado de reposo o de movimiento constante, si la sumatoria de las fuerzas externas que actúan sobre él es igual a cero.

{\sum }_{}^{}{\overrightarrow{F}}_{i}=0

Para este punto, concluimos: 1B.

Peso de un cuerpo.

El peso, es la fuerza que impulsa a los cuerpos hacia la superficie de la tierra con una determinada aceleración que recibe el nombre de gravedad. El peso puede calcularse como:

\overrightarrow{W}=m\overrightarrow{g}

Concluimos entonces: 2C.

2a condición de equilibrio.

Está relacionada con las rotaciones que pudieran causar las fuerzas externas aplicadas sobre un cuerpo. La segunda condición de equilibrio establece que un cuerpo es estático ante rotaciones si la sumatoria de torques respecto a un eje es igual a cero.

{\sum }_{}^{}\overrightarrow{\tau }=0

Concluimos entonces que: 3D.

Equilibrio estático.

Un cuerpo se encuentra en equilibrio estático si la sumatoria de torques y fuerzas externas sobre él, es igual a cero.

{\sum }_{}^{}{\overrightarrow{F}}_{i}=0

{\sum }_{}^{}\overrightarrow{\tau }=0

Concluimos que: 4A.

Combinando todas las respuestas nos queda: 1B, 2C, 3D, 4A. Finalizamos el ejercicio escogiendo como correcta la opción a).

Reactivo 4: Lanzamiento vertical de proyectiles

La velocidad en el punto de altura máxima para un cuerpo que se mueve en tiro vertical sobre la superficie de la tierra es:

  1. Diferente de cero
  2. Mayor a cero
  3. Menor a cero
  4. Igual a cero

Solución:

Cuando se lanza hacia arriba un proyectil en la superficie terrestre (y de cualquier planeta) comienza a actuar sobre él, una fuerza en la misma línea de acción del movimiento ascendente, pero en sentido contrario: el peso.

Esto provoca que el cuerpo experimente una aceleración hacia abajo, que desacelera su movimiento hasta que llega al punto más alto de su trayectoria, donde la velocidad se hace cero por un instante antes de pasar a caer aceleradamente hacia la tierra.

Basados en el análisis anterior, concluimos que la respuesta correcta es: igual a cero, inciso d).

Reactivo 5: Distancia entre el Sol y la Tierra

La luz viaja a una velocidad constante de 3\times {10}^{8}m/s y tarda 8 1/3 minutos en viajar del Sol a la Tierra. Por lo tanto, la distancia del Sol a la Tierra es de:

  1. 500\times {10}^{6}km
  2. 250\times {10}^{6}km
  3. 200\times {10}^{6}km
  4. 150\times {10}^{6}km

Solución:

Debido a que la luz recorre la distancia a velocidad constante, podemos emplear la siguiente ecuación para calcular cuánto vale esa distancia:

{x}_{f}={x}_{o}+tv\to \Delta x=tv

Donde:

  • \Delta x es la distancia recorrida
  • t es el tiempo que tarda la luz
  • v es la velocidad de la luz

Antes de sustituir todo en la ecuación, debemos transformar el tiempo dado en fracción mixta y en minutos a fracción simple y en segundos.

8\frac{1}{3} min=8+\frac{1}{3} min=\frac{25}{3} min

Pasamos el tiempo a segundos.

\frac{25}{3} min*\frac{60 s}{1 min}=500 s

Ahora sí, sustituimos en la ecuación de MRU.

\Delta x=\left(500 s\right)\left(3\times {10}^{8}m/s\right)=1500\times {10}^{8} m

Transformamos todo a kilómetros.

1500\times {10}^{8} m*\frac{1 km}{1000 m}=1.5\times {10}^{8} km=150\times {10}^{6} km

Finalmente, la distancia desde la tierra al sol es de:

\Delta x=150\times {10}^{6} km

Escogemos como respuesta correcta la opción d).

Reactivo 6: Caída libre de los cuerpos

Se suelta una piedra desde un edificio y tarda 10 s en caer al suelo, ¿Qué altura tiene el edificio?

  1. 500 m
  2. 490 m
  3. 410 m
  4. 380 m

Solución:

Cuando un cuerpo se deja caer en caída libre, su velocidad inicial es cero, actuando sobre él la aceleración gravedad terrestre que lo lleva en movimiento uniformemente acelerado a la superficie terrestre.

Ya que la piedra se deja caer desde lo más alto del edificio, podemos medir su altura calculando el desplazamiento que realiza la piedra en su trayectoria hacia la tierra. En un MUA, el desplazamiento se calcula como:

{x}_{f}={x}_{o}+{v}_{o}t+\frac{1}{2}a{t}^{2}\to \Delta x={v}_{o}t+\frac{1}{2}a{t}^{2}

En este caso, la velocidad inicial es cero porque el objeto se deja caer y la aceleración es la gravedad con signo negativo porque apunta hacia abajo. Hemos tomado como altura cero al punto desde el que se deja caer, es decir, posición inicial {x}_{o}=0 m .

{x}_{f}=-\frac{1}{2}g{t}^{2}

Sustituimos en la ecuación.

{x}_{f}=-\frac{1}{2}\left(9.81\frac{m}{{s}^{2}}\right){\left(10 s\right)}^{2}=-490.5 m

El signo negativo lo que indica es que hemos bajado respecto de la referencia. La altura del edificio es el valor absoluto del desplazamiento:

{h}_{e}=\left|{x}_{f}-{x}_{o}\right|=\left|-490.5 m-0 m\right|=490.5 m

Comparando con las opciones, seleccionamos como correcta la b). Aclaramos que la pequeña desviación en el decimal, se debe a que la gravedad empleada al diseñar el reactivo se aproximó a 9.8 m/{s}^{2} .

Reactivo 7: Trabajo y potencia

Según la expresión matemática P=W/t , a mayor trabajo corresponde:

  1. Mayor potencia
  2. Mayor tiempo
  3. Menor tiempo
  4. Menor potencia

Solución:

Como definición, la potencia mecánica representa la cantidad de trabajo W realizada por una fuerza sobre un cuerpo en un instante de tiempo t .

P=\frac{W}{t}

En base a esto y observando la expresión, podemos asegurar que: la potencia es directamente proporcional al trabajo realizado, por lo tanto, a mayor trabajo mayor potencia y a menor trabajo menor potencia.

Concluimos el problema seleccionando como respuesta correcta la opción a).

Reactivo 8: Gas ideal

El gas dentro de un cilindro, se dilata a una presión constante de 2\times {10}^{3}Pa , su volumen inicial es de 2\times {10}^{3}{m}^{3} . Ordenar en forma ascendente el trabajo que realiza el gas considerando el volumen final como se indica en cada caso a continuación:

  1. 5\times {10}^{-3}{m}^{3}
  2. 4\times {10}^{-3}{m}^{3}
  3. 2\times {10}^{-3}{m}^{3}
  4. 6\times {10}^{-3}{m}^{3}
  5. 7\times {10}^{-3}{m}^{3}

 

  1. 2, 4, 3, 1, 5
  2. 3, 2, 1, 4, 5
  3. 2, 3, 4, 5, 1
  4. 3, 5, 2, 4, 1

Solución:

El problema que describe el enunciado corresponde a la expansión de un gas (supondremos que ideal) en un sistema cilindro-pistón. Partiendo de un volumen inicial igual a 2\times {10}^{3}{m}^{3} , debemos tomar cada volumen final (de los incisos numerados del 1 al 5), junto a la presión constante y calcular el trabajo realizado. Luego, ordenarlos de menor a mayor.

En un sistema cilindro-pistón, el trabajo realizado al desplazar el pistón a presión constante se calcula según la siguiente ecuación:

{W}_{12}=P\left({V}_{2}-{V}_{1}\right)

Donde {W}_{12} es el trabajo realizado desde el estado 1 al estado 2. En este caso, solo colocaremos el subíndice del estado final para facilitar el ordenamiento.

Al analizar la ecuación, veremos que: a mayor compresión el trabajo efectuado será menor (más negativo). Entonces, podemos ordenar de forma ascendente el trabajo realizado considerando solamente el volumen final.

{W}_{3}<{W}_{2}<{W}_{1}<{W}_{4}<{W}_{5}

3, 2, 1, 4, 5

Seleccionamos como respuesta correcta la opción b).

Reactivo 9: Energía potencial gravitatoria

Una manzana de 200 gramos que parte del reposo se deja caer desde una altura de 10 metros. Calcular la energía potencial que tiene la manzana al inicio de su recorrido.

  1. 10 J
  2. 6 J
  3. 20 J
  4. 196 J

Solución:

La energía potencial gravitatoria es una forma de energía que depende de la ubicación de un cuerpo con respecto a un nivel de referencia. Por lo tanto, se puede afirmar que es una energía relativa a la posición del cuerpo dentro del campo de fuerzas, en este caso, el campo gravitatorio terrestre. Su fórmula es:

{E}_{g}=mgh

La masa del cuerpo debe estar expresada en kilogramos, procedemos a transformar de gramos a kilogramos.

m=200 g*\frac{1 kg}{1000 g}=0.2 kg

La aceleración de gravedad es: g=9.8 m/{s}^{2} . Sustituimos todo en la ecuación.

{E}_{g}=\left(0.2 kg\right)\left(9.8\frac{m}{{s}^{2}}\right)\left(10 m\right)=19.6 J

La manzana posee una energía potencial de 19.6 J a una altura de 10 m.

Seleccionamos como correcta la opción b).

Reactivo 10: Fuerza de Fricción

Calcular el coeficiente de fricción de una masa de 5 kg si se sabe que para moverla es necesario aplicar 10 N. Considerar g=10\frac{m}{{s}^{2}} .

  1. -5
  2. -2
  3. 0.2
  4. 5

Solución:

La fricción es una fuerza que se manifiesta entre dos superficies en contacto al momento de ponerse en desplazamiento relativo una respecto de la otra, oponiéndose a dicho movimiento. Su magnitud es proporcional a la normal del cuerpo que se desplaza multiplicado por el coeficiente de fricción.

{F}_{r}=\mu N=\mu mg

Con 10 N aun estamos en la condición de equilibrio de la masa, a punto de entrar en movimiento, por tanto, el balance de fuerzas sobre la horizontal queda de la siguiente manera:

\overrightarrow{F}-{\overrightarrow{F}}_{r}=0

Sustituimos y despejamos.

10 N-\mu mg=0

\mu =\frac{10 N}{mg}=\frac{10 N}{\left(5 kg\right)\left(10\frac{m}{{s}^{2}}\right)}=0.2

Este corresponde al coeficiente de roce estático, porque estamos partiendo del reposo hacia una condición de movimiento.

La respuesta correcta se encuentra en el inciso c).

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