Guía IPN Cs Sociales y Administrativas | Física reactivos 11 al 20 resueltos

En este tutorial vamos a resolver la segunda parte de la guía de física para la rama de Ciencias Sociales y Administrativas del IPN. Puedes consultar el resto haciendo click en los botones de navegación.

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Parte I Parte III

Te invito a realizar los ejercicios por tu cuenta antes de continuar. Física es una materia con gran importancia teórica y muchos de los reactivos necesitan que domines bien los conceptos.

Tómate tu tiempo para estudiar cada parte y apóyate en la bibliografía que facilita la guía del IPN.

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

Guía IPN de Física resuelta

A continuación, te muestro la solución paso a paso de los reactivos de física del 11 al 20, para la rama de Ciencias Sociales y Administrativas del poderosísimo IPN.

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Reactivo 11: Segunda Ley de Newton

Si se reduce a la mitad el valor de la masa de un cuerpo, al cual se le aplica una fuerza constante, su aceleración será:

  1. La misma
  2. La mitad
  3. El doble
  4. El triple

Solución:

A partir de la segunda ley de Newton, sabemos que la magnitud de la fuerza total aplicada sobre un cuerpo es igual al producto entre su masa y la aceleración.

F=ma

De esta ecuación podemos despejar la aceleración, quedando:

a=\frac{F}{m}

Ahora, llamaremos {m}_{2} a la masa que disminuye a la mitad de la primera. Las aceleraciones serán {a}_{1} y {a}_{2} respectivamente.

{m}_{2}=\frac{{m}_{1}}{2}

Sustituimos en la segunda ley.

{a}_{2}=\frac{F}{{m}_{2}}=\frac{F}{\frac{{m}_{1}}{2}}=\frac{2F}{{m}_{1}}

El cociente \frac{F}{{m}_{1}} corresponde a la aceleración {a}_{1} .

{a}_{2}=2\frac{F}{{m}_{1}}=2{a}_{1}

En consecuencia, si la masa se reduce a la mitad, la aceleración será el doble.

Seleccionamos como respuesta correcta al inciso c).

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Reactivo 12: Conceptos básicos de mecánica clásica

Relacionar cada concepto con su correspondiente significado.

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

Solución:

Para encontrar la relación correcta entre los incisos de cada columna, examinaremos un concepto de la izquierda para asociarlo con su correspondiente significado en la derecha.

Velocidad constante.

Cuando un cuerpo se encuentra en movimiento con velocidad constante, no posee aceleración y la posición cambia linealmente. En base a esto último, decimos que el cuerpo experimenta un movimiento rectilíneo uniforme o MRU. Concluimos para este punto:

1A.

Aceleración constante.

En este caso, la velocidad cambia de forma lineal pero la aceleración permanece siempre constante. A este tipo de desplazamiento se le llama movimiento uniformemente acelerado o MUA. Indicamos entonces:

2C.

Aceleración centrípeta.

En el movimiento circular uniforme, los cuerpos poseen una velocidad que en magnitud es constante pero que cambia de dirección y, por tanto, aparece una aceleración conocida como aceleración centrípeta. Indicamos para este punto:

3B.

Combinando todas las respuestas: 1A, 2C, 3B. Comparando con las opciones, seleccionamos como correcto al inciso a).

Reactivo 13: Ecuación de la Segunda Ley de Newton

¿Cuál de las siguientes opciones representa la segunda ley de Newton?, lejos de la superficie de alguna de las dos masas.

  1. m\left(\frac{d}{{t}^{2}}\right)
  2. m\left(\frac{d}{t}\right)
  3. G\left(\frac{{m}_{1}{m}_{2}}{{r}^{2}}\right)
  4. {F}_{A}-{F}_{R}=0

Solución:

La segunda ley de Newton establece una igualdad entre la fuerza resultante aplicada sobre un cuerpo y la aceleración que este experimenta proporcional a su masa.

{F}_{ext}=ma

Visto de otra forma, la segunda ley enuncia que la fuerza externa es igual al producto de la masa por la distancia recorrida y dividida por el cuadrado del intervalo de tiempo en el que se recorre dicha distancia.

{F}_{ext}=m\left(\frac{d}{{t}^{2}}\right)

Otra forma de corroborar esto, es a través de un análisis dimensional. La fuerza tiene unidades \left[\frac{kg\bullet m}{{s}^{2}}\right] , teniendo esto en cuenta, la aceleración se puede descomponer como distancia entre tiempo al cuadrado \frac{d}{{t}^{2}} \left[\frac{m}{{s}^{2}}\right] y sustituirse en la definición original de la ley; tal como se ha hecho antes.

m\left(\frac{d}{{t}^{2}}\right)\equiv \left[kg\bullet \frac{m}{{s}^{2}}\right]

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

Reactivo 14: Ley de gravitación universal

Dos partículas idénticas aisladas cada una con una masa de 2 kg están separadas una distancia de 0.2 m. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza gravitacional (N) ejercida por una partícula sobre la otra?

  1. 4.85\times {10}^{-7}
  2. 6.67\times {10}^{-9}
  3. 13.34\times {10}^{-7}
  4. 26.68\times {10}^{-9}

Solución:

La ley de Gravitación Universal de Newton establece que la magnitud de la fuerza de atracción entre dos cuerpos de masa {m}_{1} y {m}_{2} viene dada por la siguiente ecuación:

F=\frac{G{m}_{1}{m}_{2}}{{d}^{2}}

Donde G es la constante de gravitación universal que vale 6.67\times {10}^{-11}{N}^{2}{m}^{2}/kg y d es la distancia entre los cuerpos.

Sustituimos los valores en la ecuación.

F=\frac{\left(6.67\times {10}^{-11}\frac{{N}^{2}{m}^{2}}{kg}\right)\left(2 kg\right)\left(2 kg\right)}{{\left(0.2 m\right)}^{2}}=6.67\times {10}^{-9} N

Comparando con las opciones, seleccionamos como respuesta correcta al b).

Reactivo 15: Presión y fuerza

Un trabajador de la construcción está haciendo un agujero con su pico. La superficie de la punta del pico es de 1 {cm}^{2} y la presión que ejerce la herramienta contra el suelo a cada golpe es de 1,000,000 Pa. Calcular la fuerza (N) del golpe.

  1. 90
  2. 100
  3. 110
  4. 120

Solución:

La presión y la fuerza se encuentran relacionadas a partir de la siguiente ecuación:

P=\frac{F}{A}

Donde:

  • P es la presión en N/{m}^{2} (pascales Pa)
  • A es el área en {m}^{2}
  • F es la fuerza aplicada en N .

En este caso, debemos despejar de la ecuación la fuerza, sustituir los valores dados por el enunciado y calcular la fuerza.

F=P\bullet A

Antes de sustituir, transformamos 1 {cm}^{2} a {m}^{2} .

1 {cm}^{2}\bullet \frac{1 {m}^{2}}{10000 {cm}^{2}}=0.0001 {m}^{2}

Procedemos al cálculo.

F=P\bullet A=\left(\mathrm{1,000,000} Pa\right)\left(0.0001 {m}^{2}\right)=100 N

La fuerza de cada golpe es de unos 100 Newtons.

Seleccionamos como respuesta correcta la opción b).

Reactivo 16: Conceptos sobre Mecánica Clásica

Relacionar los conceptos con la expresión matemática correspondiente.

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

Solución:

Para establecer correctamente las relaciones entre los conceptos y las expresiones matemáticas, vamos a realizar un análisis rápido de las situaciones planteadas en la columna izquierda hasta dar con su correspondiente expresión en la columna derecha.

Aceleración de las masas en una máquina de Atwood.

En este caso, nos referimos a la máquina de Atwood más simple, donde solo interactúan dos masas, considerando poleas y cuerdas ideales. Tengamos en cuenta además que M>m y que las componentes de las fuerzas son únicamente sobre la vertical.

Aplicando DCL sobre ambas masas obtenemos:

T-Mg=-Ma

T-mg=ma

La aceleración para M es hacia abajo, por eso es negativa y para m es hacia arriba, por ello es positiva. Aplicamos igualación y obtenemos:

Mg-Ma=mg+ma

Con algo de algebra nos queda:

a=\frac{M-m}{M+m}g

Comparando con la columna derecha concluimos para este inciso:

1A.

Ángulo de inclinación en un plano para que ocurra desplazamiento de un cuerpo.

Tomamos como ejemplo un bloque sobre un plano inclinado \theta  grados, con un coeficiente de fricción estático igual a {\mu }_{s} , que debe vencer antes de comenzar a deslizarse por él.

Aplicando sumatoria de fuerzas en ambos ejes nos queda:

{F}_{x}:mg\mathrm{ }sin \theta  -{F}_{r}=0

{F}_{y}:{F}_{n}-mg\mathrm{ }cos \theta  =0

Combinando las ecuaciones.

{\mu }_{s}=tan \theta  

Concluimos para este inciso que:

2C.

Energía cinética de los cuerpos.

Es la energía que adquieren los cuerpos debido al movimiento y depende del cuadrado de la rapidez a la que se desplazan. La definición operacional de la energía cinética es:

K=\frac{1}{2}m{v}^{2}

Concluimos entonces:

3B.

Segunda ley de Newton.

Por descartes, el inciso 4 debe coincidir con el D, pero a simple vista, no parece la segunda ley de Newton. Si recordamos, la aceleración de un cuerpo puede expresarse como la derivada respecto del tiempo de la velocidad, entonces:

\sum \overrightarrow{F}=m \frac{d\overrightarrow{v}}{dt}

Para la mayoría de sistemas la masa es constante, podemos entonces colocarla dentro de la derivada junto a la velocidad y expresar todo en función del momento lineal \overrightarrow{P} .

\sum \overrightarrow{F}= \frac{d\left(m\overrightarrow{v}\right)}{dt}=\frac{d\overrightarrow{P}}{dt}

Corroboramos que:

4D.

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

Reactivo 17: Estados de la materia

La materia se presenta en cuatro estados de agregación molecular: _______, sólido, líquido y gaseoso.

  1. Masa
  2. Vapor
  3. Plasma
  4. Energía

Solución:

En la naturaleza, cualquier sustancia puede encontrarse en diferentes estados o fases llamados estados de agregación; los más elementales y que pueden encontrarse en el día a día son: líquido, gaseoso, sólido y plasma.

Teniendo en cuenta los estados básicos mencionados, el que completa la frase del enunciado es: plasma. Concluimos entonces que la respuesta correcta es el inciso c).

La materia se presenta en cuatro estados de agregación molecular: plasma, sólido, líquido y gaseoso.

Reactivo 18: Presión

Las unidades en las que se presenta la presión en el S.I. son:

  1. N/m{s}^{2}
  2. N/{m}^{2}
  3. N/m
  4. N/{m}^{3}

Solución:

La presión es una magnitud física que cuantifica la cantidad de fuerza aplicada perpendicularmente a una determinada superficie. Dicho de otra forma, mide la deformación que sufre una determinada área cuando se aplica sobre ella cierta fuerza.

P=\frac{F}{A}

Si observamos la ecuación, la presión deberá tener (en el S.I.) por unidades: Newton sobre metros cuadrados, es decir: N/{m}^{2} . Unidad a la que se le conoce como Pascal (Pa).

La respuesta correcta es el inciso b).

Reactivo 19: Hidrostática

La presión medida en un punto dentro de un fluido estático se llama presión:

  1. Absoluta
  2. Hidrostática
  3. Barométrica
  4. Manométrica

Solución:

Dado un fluido en equilibrio, donde todos los puntos tienen idénticos valores de temperatura y otras propiedades, el valor de la presión que ejerce la columna del fluido a una determinada profundidad h está dada por la ecuación P=\rho gh y recibe el nombre de presión hidrostática.

La respuesta correcta es el inciso b).

Reactivo 20: Elasticidad de los materiales

Ordenar de manera ascendente de acuerdo a su elasticidad los materiales que presentan la deformación elástica mostrada.

  1. 5 cm
  2. 1 cm
  3. 3 mm
  4. 2 mm

 

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

Solución:

La elasticidad, es una propiedad física que poseen algunos materiales, que les permite sufrir deformaciones mecánicas reversibles cuando una fuerza externa actúa sobre ellos. Ejemplos cotidianos de elasticidad los encontramos en los muelles, las bandas o en un trampolín.

Antes de pasar a ordenar las deformaciones de forma ascendente, transformemos todo a centímetros.

3 mm\to 0.3 cm

2 mm\to 0.2 cm

De esta manera todo queda:

  1. 5 cm
  2. 1 cm
  3. 0.3 cm
  4. 0.2 cm

Entendamos que las deformaciones en los incisos indican que tanto se han “estirado”, por tanto, a mayor deformación mayor elasticidad. Los materiales ordenados de menos elástico a más elástico quedarían:

4\left(0.2 cm\right)<3\left(0.3 cm\right)<2\left(1 cm\right)<1\left(5 cm\right)

4, 3, 2, 1

La respuesta correcta es el inciso b).

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