Guía UNAM Física: Área 3 de las Ciencias Sociales Resuelta

¡Nos vemos de nuevo aspirante! Vamos con la solución de los reactivos de física área 3, del 1 al 10, en la guía de las Ciencias Sociales como preparación al examen de ingreso a la UNAM.

¿Cómo estudiar la guía? Física es una asignatura con una gran extensión teórica y difícil de aprobar sin comprender los fundamentos. Te recomiendo estudiar los conceptos teóricos antes de entrar con los reactivos.

El siguiente es un resumen del examen de ingreso a la UNAM:

Estructura del examen

El examen de ingreso a la Universidad Nacional Autónoma de México tiene un total de 120 reactivos, donde 10 pertenecen a física para el área 3 correspondiente a las carreras de Ciencias Biológicas, Químicas y de la Salud.

Esta es apenas 1 de las 9 asignaturas que componen al examen de ingreso. Haciendo clic en este enlace, encontrarás más detalles sobre las convocatorias de la UNAM.

Estructura examen área 3

Temas	Reactivos
Español	18
Matemáticas	24
Física	10
Química	10
Biología	10
Historia universal	14
Historia de México	14
Literatura	10
Geografía	10
Total	120

¿Sabías que hay carreras con requisitos adicionales a la prueba de ingreso?

¿Cómo estudiar física para el examen?

Física es percibida como una asignatura compleja y, debido a esto, puede llegar a ser frustrante en muchos casos. Lo cierto es que podrías estar estudiando física de la forma incorrecta.

No se trata de resolver ejercicios y encontrar valores, se trata de observar la naturaleza, describirla y cuantificarla mediante modelos matemáticos para explorarla hasta donde nuestros sentidos pierden efecto.

Los siguientes consejos te permitirán estudiar física desde otra perspectiva.

Temario física área 3

El temario de física para el área 3 de Ciencias Sociales de la UNAM es extenso, pero organizando tu tiempo podrás cubrirlo en su totalidad. Puedes acceder a mayor información sobre el examen y las carreras en la UNAM haciendo click en este enlace.

Guía física UNAM área 3 resuelta

Pasamos con la solución de los 10 ejercicios de física área 3 en la guía de las Ciencias Sociales UNAM. Recuerda tomar descansos, esto es importante para afianzar los conocimientos adquiridos.

Reactivo 1

En el análisis del movimiento de un velocista, se observa que pasa de 0 a 1.6\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} en la primera zancada, alcanza los 3.2\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} en la segunda y en la tercer zancada logra 4.8\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} . Si cada zancada la realizó aproximadamente 0.8 segundos, ¿Cuál fue su aceleración media?

1. 1\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}}
2. 4\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}}
3. 6\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}}
4. 2\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}}

Solución:

De los temas referentes a cinemática de los cuerpos, sabemos que tanto la velocidad como la aceleración media pretenden cuantificar la variación de dichas magnitudes vectoriales entre dos puntos en un determinado intervalo de tiempo. Específicamente, la aceleración media se calcula como:

{\overrightarrow{a}}_{m}=\frac{{\overrightarrow{v}}_{2}-{\overrightarrow{v}}_{1}}{{t}_{2}-{t}_{1}}

Aunque el enunciado nos da varios intervalos de tiempo, realmente solo nos importa la velocidad al inicio y al final del recorrido del velocista, los cuales son {v}_{1}=0 \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} y {v}_{2}=4.8 \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}} . Hay que tener presente que esta fórmula es vectorial, en este caso no se indica dirección ni sentido, por lo que asumimos que todas las velocidades ocurren en dirección horizontal con sentido positivo.

Ahora, necesitamos identificar los intervalos de tiempo para cada velocidad. Para {v}_{1} el tiempo es evidentemente {t}_{1} . El segundo instante de tiempo es también el de la última zancada, debido a que son 3 y cada una duró un total de 0.8 segundos, podemos calcular el tiempo {t}_{2} como:

{t}_{2}=3\times 0.8 \mathrm{s}=2.4\mathrm{ }\mathrm{s}

Sustituimos los valores en la ecuación de aceleración. Prescindiremos de la notación vectorial por tratarse de un movimiento unidireccional.

{a}_{m}=\frac{4.8 \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}-0 \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}}{2.4 \mathrm{s}-0\mathrm{ }\mathrm{s}}=2\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}}

El velocista tuvo una aceleración media en su recorrido de 2\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}} .

Concluimos indicando como correcta la opción d).

Reactivo 2

Una moneda de 10 gramos es colocada sobre un plano sin fricción. Si se desea producir una aceleración de 5\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}} , ¿Cuál es la magnitud de la fuerza que se requiere aplicar?

1. 0.098 \mathrm{N}
2. 0.05 \mathrm{N}
3. 2 \mathrm{N}
4. 50 \mathrm{N}

Solución:

Para calcular la magnitud de la fuerza aplicada sobre la moneda, debemos tener en cuenta un par de cosas. Primero, vamos a trabajar con módulos, recordemos que la fuerza y la aceleración son magnitudes vectoriales; en este caso sólo emplearemos sus módulos.

Por otro lado, es necesario aplicar la segunda ley de Newton que relaciona la fuerza total aplicada sobre un cuerpo con su aceleración.

\overrightarrow{F}=m\overrightarrow{a}

Quedándonos con el módulo, la ecuación sería:

F=ma

El enunciado nos da la masa del objeto 10 gramos, el cuál debemos expresar en kilogramos.

m=10 \mathrm{g}\times \frac{1\mathrm{ }\mathrm{k}\mathrm{g}}{1000 \mathrm{g}}=0.01 \mathrm{k}\mathrm{g}

Sustituimos en la ecuación:

F=\left(0.01 \mathrm{k}\mathrm{g}\right)\left(5\frac{\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}}\right)=0.05 \frac{\mathrm{k}\mathrm{g}\mathrm{ }\mathrm{m}}{{\mathrm{s}}^{2}}

Finalmente:

F=0.05 \mathrm{N}

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

Reactivo 3

Selecciona la situación que ejemplifica la realización de un trabajo mecánico.

1. La energía empleada para elevar la temperatura de un gas a volumen constante
2. Los kilowatts hora gastados para mantener encendido un foco durante cierto tiempo
3. El aumento en la energía cinética de un objeto en movimiento circular uniforme
4. Al empujar una caja con fuerza constante para moverla una cierta distancia

Solución.

Debemos recordar la definición de trabajo mecánico antes de pasar a analizar los enunciados de los incisos. El trabajo mecánico es aquel que ejerce determinada fuerza para desplazar un cuerpo cierta distancia \mathrm{\Delta }x . En forma vectorial, esta relación se escribe como el producto punto entre la fuerza y el vector desplazamiento:

W=\overrightarrow{F}\bullet \mathrm{\Delta }\overrightarrow{x}=F\mathrm{\Delta }x\mathrm{cos}\theta 

Teniendo en cuenta esto, procedemos al análisis de los enunciados.

Enunciado a.

La energía empleada para elevar la temperatura de un gas a volumen constante.

En sistemas termodinámicos, especialmente, donde interactúan gases y vapores, se realiza trabajo mecánico cuando ocurre un desplazamiento de la barrera termodinámica, es decir, cuando ocurre un cambio de volumen. Como el sistema descrito es de volumen constante: no se produce trabajo mecánico.

Enunciado b.

Los kilowatts hora gastados para mantener encendido un foco durante cierto tiempo.

Cuando una bombilla incandescente se encuentra encendida, esta se comporta idealmente como una resistencia eléctrica, al paso de la corriente por el filamento libera parte de la energía que absorbe de la red en forma de luz y el resto en forma de calor, esto es lo que se conoce como efecto Joule.

Lo anterior se traduce a que la bombilla consume determinada cantidad de energía para emitirla en forma de luz y dicha energía puede relacionarse con trabajo, pero no mecánico, sino trabajo eléctrico. Por ende, este no es el inciso correcto.

Enunciado c.

El aumento en la energía cinética de un objeto en movimiento circular uniforme.

El enunciado c describe un absurdo. En el movimiento circular uniforme, la velocidad tangencial tiene la misma magnitud, solo cambia de dirección debido a la trayectoria curva. Un cambio de energía cinética implicaría un cambio en la velocidad angular y, por ende, dejaría de ser circular uniforme.

Además, solo existe una fuerza sobre la partícula: la centrípeta que es además perpendicular al vector desplazamiento diferencial de la trayectoria circular. Debido a que ambos vectores (fuerza centrípeta y diferencial de desplazamiento) son perpendiculares, el trabajo realizado es igual a cero.

Enunciado d.

Al empujar una caja con fuerza constante para moverla una cierta distancia.

Este es un ejemplo clásico de trabajo. Un cuerpo, en este caso la caja, interactúa con una fuerza externa constante que provoca en ella un desplazamiento y, por ende, realización de trabajo; tal como lo describimos al inicio.

Concluimos indicando como correcta la opción d).

Reactivo 4

La potencia que requiere un montacargas para elevar con rapidez constante un bloque de 2,000 N a una altura de 3 metros en 15 segundos es:

1. 90,000 W
2. 10,000 W
3. 6,000 W
4. 400 W

Solución:

La potencia mecánica, en Joules por segundo o Watts (W), se define como el trabajo realizado por determinada fuerza F en un determinado tiempo \mathrm{\Delta }t . La definición operacional de la potencia mecánica P es:

P=\frac{\mathrm{\Delta }W}{\mathrm{\Delta }t}

Que se puede escribir en forma diferencial como:

P=\frac{dW\left(t\right)}{dt}

En este caso, utilizamos la primera fórmula, ya que el enunciado nos indica el intervalo de tiempo \mathrm{\Delta }t=15 \mathrm{s} y, en lugar de darnos el trabajo directamente, nos dice el desplazamiento y la magnitud de la fuerza para calcularlo.

W=\mathrm{\Delta }xF=\left(3 \mathrm{m}\right)\left(2000 \mathrm{N}\right)=6000 \mathrm{J}

Sustituimos en la ecuación de potencia.

P=\frac{6000 \mathrm{J}}{15 \mathrm{s}}=400 \mathrm{W}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{t}\mathrm{s}

Comparando con las opciones, la respuesta correcta es la opción d).

Reactivo 5

Un termómetro marca 102° F, ¿Cuál es la temperatura en °C?

1. 312° C
2. 4° C
3. 8° C
4. 347° C

Solución:

La escala Celsius y la escala Fahrenheit de temperatura se encuentran estrechamente relacionadas, ya que la primera es una escala relativa que se encuentra referida a la segunda, la cual, es una escala absoluta, es decir, que podemos utilizar para realizar cálculos termodinámicos.

Para convertir de Celsius a Fahrenheit usamos la siguiente fórmula:

{T}_{c}=\frac{5}{9}\left({T}_{F}-32°\right)

Sustituimos la temperatura dada.

{T}_{c}=\frac{5}{9}\left(102-32°\right)=38.8° C

Comparando con las opciones, la respuesta correcta está en el inciso c).

Reactivo 6

Si un rayo de luz pasa de un medio de densidad óptica menor a otro de mayor, ________ en el medio menos denso es ________ en el medio de mayor densidad.

1. la velocidad del rayo de luz – menor a la velocidad del rayo
2. el índice de refracción – mayor al índice de refracción
3. la velocidad del rayo de luz – mayor a la velocidad del rayo
4. el índice de refracción – igual al índice de refracción

Solución:

Los fenómenos que experimenta la luz cuando pasa de un medio a otro se clasifican como refracción de la luz. Experimentalmente, se puede comprobar que la luz viaja a diferentes velocidades en medios distintos por esta razón, cuando la luz pasa de un medio hacia otro la luz se desvía.

Ahora, la densidad óptica es una magnitud que permite medir la cantidad de absorción lumínica que presenta un material para determinada longitud de onda. Esto quiere decir, que un material tiene mayor densidad óptica cuando absorbe mayor cantidad de luz.

Esta absorción, puede entenderse como una “resistencia” que impone el material al paso de la luz a través de él, es decir, mientras mayor sea la densidad óptica, más le cuesta a la luz atravesar dicho material.

Teniendo en cuenta lo anterior, un rayo de luz a determinada longitud de onda se moverá con mayor facilidad (es decir, más rápido) en un medio con menor densidad óptica que en uno con mayor densidad óptica. Considerando este análisis, podemos entonces completar la frase del enunciado como:

Si un rayo de luz pasa de un medio de densidad óptica menor a otro de mayor, la velocidad del rayo de luz en el medio menos denso es mayor a la velocidad del rayo en el medio de mayor densidad.

La respuesta correcta se encuentra en el inciso c).

Reactivo 7

¿En cuál de las siguientes condiciones se genera un campo magnético?

1. Por la simple presencia de cargas eléctricas.
2. Al tener campos eléctricos en movimiento.
3. Al tener cargas eléctricas en movimiento.
4. Por la simple presencia de campos eléctricos.

Solución:

Cuando los científicos se encontraban estudiando los fenómenos eléctricos y magnéticos, ambos se entendían como fenómenos separados y sin relación. El físico danés C. Oersted logró crear un campo magnético alrededor de un cable eléctrico al hacer circular una corriente eléctrica. Una brújula cerca del alambre cambia de dirección para alinearse con el campo magnético circular.

De esta manera, se demostró que las corrientes eléctricas (cargas en movimiento) producen campos magnéticos a su alrededor. Teniendo en cuenta este pequeño recordatorio y considerando los incisos, concluimos indicando como correcto al c).

Reactivo 8

¿En cuánto tiempo se llenará una alberca olímpica de 50 m x 25 m x 3 m, si se usa un tubo de 40 cm de diámetro por el que fluye agua a una velocidad de 4 \mathrm{m}/\mathrm{s} ?

1. 0.0052 \mathrm{h}\mathrm{r}\mathrm{s}
2. 0.020 \mathrm{h}\mathrm{r}\mathrm{s}
3. 1.63 \mathrm{h}\mathrm{r}\mathrm{s}
4. 2.07 \mathrm{h}\mathrm{r}\mathrm{s}

Solución:

Para resolver este problema, debemos aplicar la ecuación de flujo volumétrico:

Q=\frac{V}{t}=Av

Donde Q es el caudal en metros cúbicos por segundo, A es el área transversal de la tubería en metros cuadrados y v es la velocidad de escape del fluido en metros por segundo. En este caso, debemos igualar \frac{V}{t} con Av .

\frac{V}{t}=Av\to t=\frac{V}{Av}

El volumen V que emplearemos es el de la alberca.

V=50\mathrm{ }\mathrm{m}\times 25\mathrm{ }\mathrm{m}\times 3\mathrm{ }\mathrm{m}=3750\mathrm{ }{\mathrm{m}}^{3}

El área de la sección transversal de la tubería se calcula como:

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

Convertimos el diámetro a metros.

D=40 \mathrm{c}\mathrm{m}\times \frac{1 \mathrm{m}}{100 \mathrm{c}\mathrm{m}}=0.4 \mathrm{m}

Sustituimos todos los valores.

A=\frac{\pi {\left(0.4 \mathrm{m}\right)}^{2}}{4}=0.1256 {\mathrm{m}}^{2}

Sustituimos en la ecuación de caudal para obtener el tiempo.

t=\frac{3750 {\mathrm{m}}^{3}}{\left(0.1256 {\mathrm{m}}^{2}\right)\left(4 \mathrm{m}/\mathrm{s}\right)}=7464.17 \mathrm{s}

Convirtiendo el resultado a horas:

t=7464.17 \mathrm{s}\times \frac{1\mathrm{ }\mathrm{h}}{3600 \mathrm{s}}=2.07 \mathrm{h}\mathrm{r}\mathrm{s}

La alberca tarda 2.07 horas en llenarse.

Concluimos indicando como correcta la opción d).

Reactivo 9

¿Qué tipo de imagen forma un espejo convexo?

1. Real, derecha y menor que el objeto
2. Virtual, invertida y mayor que el objeto
3. Real, invertida y menor que el objeto
4. Virtual, derecha y mayor que el objeto

Solución:

Los espejos convexos son superficies pulidas, tratadas químicamente para reflejar la luz, pero con la particularidad de que no son planos, si no que poseen una forma esférica y hacia afuera.

Los rayos de luz que llegan paralelos al eje focal se reflejan con la particularidad de que su prolongación hacia el interior del espejo llega hasta su foco, tal como se muestra en la figura. La imagen que se forma con estos espejos es real, derecha y de menor tamaño que el objeto original.

En base a esto, seleccionamos como correcta la opción a).

Reactivo 10

¿Cuál de las siguientes opciones es un postulado del modelo atómico de Bohr?

1. Los electrones en órbita circular cuando están acelerados pierden energía y caen al núcleo
2. Los electrones se mueven en estados estacionarios alrededor del núcleo sin perder energía
3. De acuerdo con la radiación beta debe haber electrones en el núcleo atómico
4. Un electrón en el átomo puede variar continuamente el valor de su energía

Solución:

Es uno de los modelos atómicos propuestos antes de la descripción exacta de las interacciones atómicas a través de la mecánica cuántica. Este modelo establece 3 postulados y, entre ellos, se introduce el concepto de cuantización de la energía y otros aspectos similares al modelo atómico actual, como que los electrones se desplazan alrededor del núcleo o que emiten energía electromagnética al moverse entre niveles de energía.

A continuación, los tres postulados del modelo:

1. Los electrones se mueven en trayectorias circulares sin emitir energía
2. Las órbitas permitidas son aquellas con momento angular múltiplo de la constante reducida de Plank
3. Los electrones emiten o absorben energía al desplazarse entre órbitas en forma de un fotón, cuya energía de emisión es la diferencia entre la energía de los niveles

Teniendo en cuenta los 3 postulados descritos en estos tres incisos, concluimos que la respuesta correcta es la opción b).