Biofísica 3. Termodinámica 24 Primer principio

Primer principio 24. 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 1ºC. (cPb = 0,031 cal/gºC)

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

ΔE = m * ce * ΔT

donde

ΔE = variación de energía interna

m = masa = 1 kg

Ce = calor especifico = 0,031 cal/gºC

ΔT = 1 ºC

Reemplazando

ΔE = 1.000 gr * 0,031 cal/gºC * 1ºC = 31 cal = 31 cal * ( 4,187 J/cal) = 130 J < -- Energía interna

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

Variación de Energía mecánica

Δ Energía mecánica = Δ Energía cinética

Energía cinética

Ec = 1/2 * m * v²

donde

Ec = energía cinética

m = masa = 1 kg

v  = velocidad ( velocidad inicial = 20 m/s y velocidad final = 2 m/s)

Δ Energía cinética =  1/2 * m * vf² - 1/2 * m * vi²

Reemplazando

Δ Energía mecánica = 1/2 * 1 kg * (2 m/s)² - 1/2 * 1 kg * (20 m/s)² = - 198 J

Δ Energía medio = - Δ Energía bloque = - (Δ Energía mecánica + Δ Energía interna) = 198 J -  130 J = 68 J < --- Δ Energía medio

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.

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