Biofísica 1 P CISALE May 25 T4 – 10 Trabajo y energía

El gráfico representa la variación de energía potencial gravitatoria y cinética de una esfera que se desliza por una superficie. Teniendo en cuenta el teorema de conservación de la energía mecánica puede afirmar que:

 

 

 

 

  

	La esfera aumenta su altura a lo largo del recorrido alcanzando su punto máximo a los 4 s. Falso   Ep (4s) = m g h   Donde Ep(4s) = Energía potencial a los 4s = 0 m = masa g = aceleración de la gravedad h = altura   Ep (4s) = m g h = 0 à altura = 0
	La energía mecánica de la esfera disminuye a lo largo del recorrido. Falso   Em = Ec + Ep   Donde Em = Energía mecánica Ec = Energía cinética Ep = Energía potencial   Em = Ec + Ep = constante
	La esfera se desliza por una superficie con rozamiento perdiendo energía a lo largo del recorrido. Falso   ΔEm = W   Donde ΔEm = Variación de la energía mecánica  W = Trabajo de la fuerza de rozamiento = - Froz d Froz = fuerza de rozamiento d = distancia recorrida   Em = constante à ΔEm  = 0 à W = 0 à Froz = 0
	No es posible determinar a partir del gráfico si actúan fuerzas no conservativas sobre la esfera. Falso   ΔEm = W   Donde ΔEm = Variación de la energía mecánica  W = Trabajo de la fuerza no conservativa = Fnc d cos θ Fnc = fuerza NO conservativa d = distancia recorrida θ = ángulo comprendido entre Fnc y d   Em = constante à ΔEm  = 0 à W = 0 à Fnc = 0
X	A los 2 s la energía cinética de la esfera es igual a su energía potencial. Verdadero   Ec (2s) = 50 J y Ep(2s) = 50 J à Ec(2s) = Ep(2s)
X	A los 2 s la energía mecánica de la esfera es de 100 J. Verdadero   Em(2s) = Ec (2s) + Ep(2s) = 50 J + 50 J = 100 J

 

 

 

Biofísica 1 P CISALE May 25 T4 – 9 Fenómeno de transporte

 

 Seleccione la única opción correcta.

Teniendo en cuenta los conceptos estudiados sobre ósmosis y presión osmótica indique cuál de las siguientes afirmaciones es correcta:

    

	La presión osmótica disminuye a medida que aumenta la concentración de soluto en la disolución. Falso   Π = Osm R T (ecuación de Van´t Hoff)   donde Π = presión osmótica de la solución Osm = osmolaridad de la solución = M i M = molaridad i = factor de Van´t Hoff = υ g υ = número de iones por molécula g = grado de disociación ó coeficiente osmótico R = constante de los gases T = temperatura (K)   Si M aumenta à  Π aumenta
	El fenómeno de ósmosis se produce desde el lado con mayor concentración de soluto hacia el lado con menor concentración de soluto. Falso   Describe la difusión del soluto NO la osmosis
	El fenómeno de ósmosis ocurrirá solo si la membrana es permeable a los solutos, no al agua. Falso   La membrana es permeable al agua
	La presión osmótica de una solución no depende de la temperatura. Falso   Π = Osm R T (ecuación de Van´t Hoff)   Π depende de T
	La ósmosis se detiene cuando las concentraciones de soluto de ambos lados de la membrana sean iguales, sin importar la presión osmótica de la solución. Falso   La ósmosis puede detenerse antes de que se igualen las concentraciones si el compartimento de mayor concentración acumula una presión hidrostática equivalente a su presión osmótica.
X	El fenómeno de ósmosis se produce desde el lado con menor concentración de soluto hacia el lado con mayor concentración de soluto. Verdadero   El agua se desplaza del lado de menor concentración al laso de mayor concentración igualando ambas concentraciones

 

 

Biofísica 1 P CISALE May 25 T4 – 8 Dinámica

Una persona arrastra un carro por una superficie horizontal ejerciendo una fuerza de 50 N con una soga inclinada 40° respecto a la horizontal. Si el carro parte del reposo y logra avanzar 3 m en 3 segundos, calcule cuál es la masa del carro (en kg). Desprecie la fuerza de rozamiento.  

 

x = xo + vo t + 1/ 2 a t^2 (Ecuación horaria)

 

Donde

x = posición final = 3 m

xo = posición inicial = 0

vo = velocidad inicial = 0

a = aceleración

t = tiempo = 3 seg

 

Reemplazando y despejando a

a = 2 x / t^2 = 2 * 3 m / (3 s)^2 = 0,67 m/s²

 

F cos 40° = m a (ecuación de Newton)

 

Donde

F = fuerza = 50 N

m = masa

a = aceleración = 0,67 m/s²

 

Reemplazando y despejando m

m = F cos 40° / a = 50 N cos 40° / 0,67 m/s² = 57,45 kg

 

Biofísica 1 P CISALE May 25 T4 – 7 Fluidos

Dos líquidos inmiscibles (A y B) se encuentran en el interior de un recipiente cerrado. Ambos líquidos se distribuyen en capas de igual espesor, uno sobre el otro, llenando completamente el recipiente. Si la presión en un punto en el fondo del recipiente es de 13720 pascales, determine la altura del recipiente (en cm).

Datos: densidad A = 0,75 g/ml; densidad B = 1,1 g/ml; g = 9,8 m/s²;

1 atm = 760 mmHg = 101.300 Pa = 1.013.000 ba.

 

P = δA g hA + δB g hB

 

Donde

P = presión absoluta = 13 720 Pa

δA = densidad A = 0,75 gr/ml = 750 kg/m³

g = aceleración de la gravedad = 9,8 m/s²

hA = altura A

δB = densidad B = 1,1 gr/ml = 1100 kg/m³

hB = altura B = hA

 

Reemplazando y despejando hA

hA = P / (δA g + δB g) = 13720 Pa / (9,8 m/s2 (750 kg/m³ + 1100 kg/m³)) = 0,76 m

 

H = hA + hB = 0,76 m + 0,76 m = 1,51 m = 151, 35 cm

 

 

Biofísica 1 P CISALE May 25 T4 – 6 Cinemática

Un objeto es lanzado verticalmente hacia arriba con una velocidad inicial de 200 dm/s. Determine la altura máxima alcanzada por el mismo (en metros).

Dato: g = 9,8 m/s²

 

Ecuaciones horarias

y = yo + vo t -  1/ 2 g t^2

v = vo – g t

 

Donde

y = altura máxima

yo = altura inicial = 0

vo = velocidad inicial = 200 dm/s = 20 m/s

g = aceleración de la gravedad = 9,8 m/s²

v = velocidad de la altura máxima = 0

t = tiempo

 

Reemplazando en la ecuación de la velocidad y despejando t

t = vo / g

 

Reemplazando en la ecuación de la altura

y = vo (vo / g)   -  1/ 2 g (vo / g)^2 = 1 /2 vo^2 / g

    = 1 /2 (20 m/s)^2 / 9,8 m/s² = 20,41 m

 

 

Biofísica 1 P CISALE May 25 T4 – 5 Fluidos

En una tubería industrial de 50 metros de largo y un diámetro interno de 10 cm, se transporta un fluido con una viscosidad de 5 cp. Si el caudal que circula por la tubería es de 0,2 metros cúbicos por minuto, calcule la diferencia de presión necesaria para mantener este flujo.

Datos: 1 atm = 760 mmHg = 101.300 Pa = 1.013.000 ba.  

 

ΔP = R Q (ecuación de Poiseuille)

 

donde

ΔP = variación de presión

R = resistencia hidrodinámica = 8 η L / (π r^4)

η = viscosidad = 5 cp = 5 x 10^-3 Pa.s

L = longitud del tubo = 50 m

r = radio del tubo = d / 2

d = diámetro del tubo = 10 cm = 0,10 m

Q = caudal = 0,2 m³/min (1 min / 60 seg) = 3,33 x 10^-3 m³/s

 

Reemplazando

ΔP = Q 8 η L / (π (d / 2)^4)

      = 3,33 x 10^-3 m³/s 8 * 5 x 10^-3 Pa.s 50 m / (π (0,10 m / 2)^4) = 339,53 Pa

 

 

Biofísica 1 P CISALE May 25 T4 – 4 Termodinámica

 Calcule la variación de temperatura (en °C) de un gas que se encuentra en un recipiente cerrado de 5 litros a 20°C y 950 mmHg si su presión aumenta en 80 mmHg manteniendo el volumen constante.  

 

Ecuación de estado de los gases ideales

P1 V1 = n R T1

P2 V2 = n R T2

 

Donde

P1 = presión inicial = 950 mmHg

V1 = volumen inicial = 5 lt

n = número de moles

R = constante de estado de las fases ideales

T1 = temperatura inicial = 20 °C + 273 = 293 K

P2 = presión final = 950 mmHg + 80 mmHg = 1030 mmHg

V2 = volumen final = V1

T2 = temperatura final

 

El cociente entre ambas ecuaciones

P2 / P1 = T2 / T1

 

Despejando T2

T2 = P2 / P1 T1 = 1030 mmHg / 950 mmHg 293 K = 317,67 K

 

.ΔT = T2 – T1 = 317,67 K – 293 K = 24,67 K = 24,67 °C