Biofísica 3 Termodinámica (20) 24. Primer principio

Un bloque de plomo de masa 1 kg desliza sobre una superficie horizontal sin rozamiento con una rapidez de 20 m/s, choca contra una pared vertical, rebota, y se verifica que inmediatamente después del choque su rapidez disminuyó a 2 m/s y su temperatura aumentó en 1 ºC. (cPb = 0,031 cal/gºC)

 

a) ¿Cuánta energía mecánica se transforma en energía interna térmica (desordenada) del bloque?

 

ΔU = m  ce ΔT

 

donde

ΔU = variación de energía interna

m = masa = 1 kg= 1000 gr

Ce = calor especifico = 0,031 cal/g ºC

ΔT = variación de temperatura = 1 ºC

 

Reemplazando

ΔU = 1000 gr 0,031 cal/g ºC 1ºC = 31 cal = 31 cal (4,187 J/cal) = 129,8 J

 

b) ¿Cuánta energía se transfiere del bloque al medio exterior?

 

Δ Energía medio = - (Δ Energía del bloque)

Δ Energía bloque = ΔEm + ΔU

 

Donde

ΔEm = variación de la Energía mecánica = ΔEc

 ΔEc = variación de la Energía cinética = 1/2 m vf^2 - 1/2 m vi^2 

 m = masa = 1 kg

vi = velocidad inicial = 20 m/s

vf = velocidad final = 2 m/s

 

Reemplazando

ΔEc = 1/2 * 1 kg * (2 m/s)² - 1/2 * 1 kg * (20 m/s)² = - 198 J

 

Remplazando

Δ Energía bloque = ΔEm + ΔU = - 198 J + 129,8 J = - 68,2 J

 

Δ Energía medio = 68,2 J

 

 c) Si define el universo de este problema, como el sistema constituido por el cuerpo, la superficie horizontal, la pared y el aire, ¿cambia la energía del universo? Explique

 

Universo = bloque + medio

 

Δ Energía del universo = 0

 

La energía cinética que pierde el plomo se convierte en variación de su energía interna (aumento de la temperatura) y en energía disipada (en el medio)