lunes, 30 de septiembre de 2019

Biofísica 1er Parcial May19 TB – OM6(AyV) Mecánica


OM6. (Agronomía y Veterinaria)
Un carrito de montaña rusa posee una energía potencial de 10000 J y una energía cinética de 4000 J al pasar por una posición A. Si la energía cinética que posee el carrito al pasar por una posición B que se encuentra a la mitad de altura que A es de 7500 J, entre A y B la fuerzas no conservativas realizan un trabajo de:
█ – 1500 J            0 J       1500 J               – 3500 J            3500 J               – 500 J




L fuerzas no conservativas = ΔEm = EmB – EmA

Em = Ep + Ec

donde
Em = energía mecánica
Ep = energía potencial = m g h
Ec = energía cinética
m = masa
g = aceleración de la gravedad
h = altura

En la posición A
EpA = 10.000 J
EcA = 4.000 J

En la posición B
EpB = m g hB = m g hA/2 = EpA /2 = 10.000 J/2  = 5.000 J  
EcB = 7.500 J

L fuerzas no conservativas = 5.000 J + 7.500 J – (10.000 J + 4.000 J) = - 1.500 J


Biofísica 1er Parcial May19 TB – OM5 Mecánica


OM5. Un auto de 800 kg sube una pendiente de 37 con una velocidad constante de 62 km/h. Si sobre el auto actúa una fuerza de rozamiento de 340 N de intensidad, la potencia media que desarrolla el motor vale:

 45 W             █ 88,5 kW        58,5 kW          88,5 W           55 HP           34000 W



Según x ---------- F – Px – Froz = 0 (velocidad constante)

donde
F = fuerza del motor
Px = componente x del peso = P sen 37º = m g sen 37º
m = masa = 800 kg
g = aceleración de la gravedad = 10 m/s2
Froz = fuerza de rozamiento = 340 N

Reemplazando y despejando F
F = Px + Froz = 800 kg 10 m/s2 sen 37º + 340 N = 5.140 N

Pot = F * v

donde
Pot = potencia motor
F = fuerza del motor = 5.140 N
v = velocidad = 62 km/h = 17,22 m/s

Reemplazando
Pot = 5.140 N 17,22 m/s = 88.522 W = 88,5 kW    < ---------------


Biofísica 1er Parcial May19 TB – OM4 Fluidos


OM4. Un conducto de longitud L y área transversal A conduce un fluido viscoso. A continuación hay un segundo conducto cuya longitud es 2L y su área es A/2, como muestra la figura. Si la presión a la entrada del conducto corto es de 96 Pa y al final del mismo es de 90 Pa, la presión a la salida del conducto largo (en Pa) es:



 48                  46                 █ 42                  32                  28                  24

ΔP = R Q (fluidos viscosos)

donde
ΔP =  variación de presión
R = resistencia hidrodinámica = 8 π η Lo / S2 (Ecuación de Poiseuille)
η = coeficiente de viscosidad
Lo = longitud del tubo
S = sección o área
Q = caudal

Tubo corto (1) ------------ > R1 = 8 π η L / A2
Tubo largo (2) ------------ > R2 = 8 π η 2L / (A/2)2  = 8 π η 2 L / A2 4 = 8 R1

Tubo corto (1) ------------ > ΔP1 = R1 Q
Tubo largo (2) ------------ > ΔP2 = R2 Q = 8 R1 Q

Reemplazando y despejando Q del tubo corto
Q = ΔP1 / R1 = (96 Pa – 90 Pa) / R1 = 6 Pa/R1

Reemplazando en el tubo largo
(90 Pa  – P) = 8 R1 6 Pa /R1 = 48 Pa ------- P = 90 Pa – 48 Pa = 42 Pa  < ------


Biofísica 1er Parcial May19 TB – OM3 Fluidos


OM3. El dispositivo de la figura, que contiene un líquido de densidad 3,6 g/cm3, posee un émbolo de peso despreciable en el cilindro de la izquierda, de 4 cm de diámetro. En el cilindro de la derecha, de 10 cm de diámetro, el líquido está en contacto directo con el aire. La fuerza que habrá que ejercer sobre el émbolo para mantener al sistema en equilibrio será de:




 286 gf             898,5 gf          553 gf             7,5 kgf           █ 3167 gf           3,69 N

En el fondo del cilindro izquierdo -----------  Pat + F / A + δ g hi
En el fondo del cilindro derecho ------------   Pat + δ g hd

donde
Pat = presión atmosférica
F = fuerza
A = área = π (d/2)2
d = diámetro del embolo = 4 cm = 0,04 m
δ = densidad del líquido = 3,6 gr/cm3 = 3.600 kg/m3
g = gravedad = 10 m/s2
hi = altura del líquido en el cilindro izquierdo = 60 cm = 0,6 m
hi = altura del líquido en el cilindro derecho = 1,30 m

Igualando
Pat + F / A + δ g hi = Pat + δ g hd

Reemplazando y despejando F
F = (δ g hd - δ g hi) A = (3.600 kg/m3 * 10 m/s2 (1,30 m – 0,6 m)) * (π (0,04 m/2)2)
F = 31,67 N = 31,67 N * ( 1 kgf/ 10 N) = 3,167 kgf * (1.000 gf/ 1kgf) = 3.167 gf   < -------

Biofísica 1er Parcial May19 TB – OM2 Mecánica


OM2. Un levantador de pesas eleva verticalmente una barra de 135 kg desde el piso hasta una altura de 2m. La velocidad inicial y final de la barra son nulas. Puede afirmarse para todo el trayecto que:

 El trabajo de la fuerza resultante sobre la barra vale 2700 J.
Falso

L fuerza resultante = Δ energía cinética
Δ energía cinética = 0 (velocidad inicial = velocidad final = 0)

--------- Trabajo de la fuerza resultante = 0

 El peso de la barra no realiza trabajo.
Falso
L fuerza peso = peso * distancia = 135 kg * 10 m/s2 * 2 m cos 180º = - 2.700 J

 La suma de los trabajos de las fuerzas no conservativas que actúan sobre la barra es negativa.
Falso

L fuerza resultante = L fuerzas no conservativas (fuerza que ejerce el hombre) + L fuerzas conservativas (peso) = 0

Reemplazando
L fuerzas no conservativas – 2.700 J = 0 --------- L fuerzas no conservativas = 2.700 J >0

█ El trabajo de la fuerza que ejerce el hombre sobre la barra vale 2700 J.
Verdadero
Ver anterior
 --------- L fuerzas no conservativas = 2.700 J

o bien
L fuerzas no conservativas = Δ energía mecánica

Δ energía mecánica = Δ energía potencial + Δ energía cinética

Δ energía cinética = 0 (velocidad  inicial = velocidad final = 0)
Δ energía potencial = m g hf  - m g hi = 135 kg * 10 m/s2 * 2 m = 2.700 J

------ Δ energía mecánica = Δ energía potencial = 2.700 J

L fuerzas no conservativas = 2.700 J

 La energía mecánica de la barra permanece constante.
Falso
Ver anterior

------ Δ energía mecánica = Δ energía potencial = 2.700 J

 La barra realiza un MRU.
Falso

Si  velocidad inicial = velocidad final = 0 y la barra subió, en el trayecto tubo aceleración (y desaceleración)


Biofísica 1er Parcial May19 TB – OM1 Mecánica


OM1. Se arroja un bloque hacia arriba por un plano inclinado sin rozamiento; el bloque sube y luego baja. El plano inclinado forma un ángulo α = 30 con la horizontal. Puede afirmarse que:

DCL




 La aceleración durante la bajada es mayor que durante la subida.
Falso
La única fuerza actuante es la componente x del peso tanto en la subida como en la bajada
--------- fuerza igual ----------- aceleración igual

 Cuando el cuerpo desciende por el plano inclinado su aceleración es igual a la de la gravedad
Falso
Ver anterior

 Durante el ascenso, la fuerza resultante apunta hacia arriba del plano inclinado.
Falso
Ver diagrama DCL

 La aceleración en el instante en que el cuerpo alcanza la altura máxima es nula.
Falso
La aceleración es constante en todo el movimiento y distinta de cero

█ Durante todo el movimiento la aceleración permanece constante y vale 5 m/s2.
Verdadero

Según la dirección del plano --------  Px = m a

donde
Px = componente según x del peso = m * g * sen 30
m = masa
g = aceleración de la gravedad = 10 m/s2
a = aceleración

reemplazando y despejando a

a = Px / m = m *g * sen 30 / m = g * sen 30º = 10 m/s2 * sen 30º = 5 m/s2

 Durante todo el movimiento la aceleración permanece constante y vale 8,6 m/s2.
Falso
Ver anterior


Biofísica 1er Parcial May19 TB – D2 Fluidos


D2. Por una tubería con sección transversal de 5,6 cm² circula agua a una velocidad de 2,39 m/s. La tubería desciende gradualmente 7,5 m mientras que su sección transversal se reduce a 1,9 cm². Considerar al agua como un fluido ideal en régimen laminar y estacionario.

a) ¿Cuál es la velocidad del agua en el nivel inferior?

Q = v * S  = constante  (continuidad)

donde
Q = caudal
v =  velocidad
S = sección

1 – nivel superior
2 – nivel inferior

Q = v1 * S1 = v2 * S2

Reemplazando y despejando v2
v2 = v1 * S1 / S2 = 2,39 m/s * 5,6 cm2 / 1,9 cm2 = 7,04 m/s   < -------------

b) Si la presión en el nivel inferior es 0,83 atm, calcular la presión en el nivel superior.

P + ½ δ v2 + δ g h = constante (Bernoulli)

donde
P = presión
δ = densidad = 1.000 kg/m3
v = velocidad
g = gravedad = 10 m/s2
h = altura

P1 + ½ δ v12 + δ g h1 = P2 + ½ δ v22 + δ g h2

Reemplazando, despejando P1, considerando el cero de la altura en el nivel inferior (h2 = 0)
P1 = P2 + ½ δ v22 + δ g h2 – (½ δ v12 + δ g h1)
P1 = 0,83 atm (101.300 Pa/ 1 atm) + ½ * 1.000 kg/m3 (7,04 m/s)2  – (½* 1.000 kg/m3 (2,39 m/s)2  + 1.000 kg/m3 10 m/s2  7,5 m)
P1 = 31.003 Pa ≈ 31 kPa < --------------

Biofísica 1er Parcial May19 TB – D1 Mecánica


D1. Un bloque apoyado sobre un piso horizontal se mueve mediante una cuerda que tira de él, ejerciéndole una tensión horizontal y constante de 10,8 N. El gráfico de la figura muestra la velocidad que adquiere el bloque en función del tiempo. Si la masa del bloque es de 3 kg, calcular:


a) La intensidad de la fuerza de rozamiento entre el bloque y el piso.

a = Δv / Δt (definición de la aceleración)

donde
a = aceleración
Δv = variación de la velocidad = velocidad final – velocidad inicial = 12 m/s – 0 m/s = 12 m/s
Δt = tiempo = 5 s

Reemplazando
a = Δv / Δt = 12 m/s / 5 s = 2,4 m/s2

F – Froz = m a ( Newton)

donde
F = tensión horizontal = 10,8 N
Froz = fuerza de rozamiento
m = masa = 3 kg

Reemplazando y despejando Froz
Froz = F -  m * a = 10,8 N – 3 kg * 2,4 m/s2 = 3,6 N  < ------------

b) El trabajo de la fuerza resultante entre el instante inicial y t = 4 s.

R = Δ Ec

donde
LR = Trabajo de la Fuerza resultante
ΔEc = variación energía cinética = Ecf - Eci
Ecf = energía cinética final (t = 4s) = 1/2 m vf2
Eci = energía cinética inicial (t = 0) = 1/2 m vi2
m = masa = 3 kg
vf = velocidad final (t= 4s)
vi = velocidad inicial = 0

Reemplazando en la ecuación horaria de la velocidad
vf = vi + a * t  = 0 m/s + 2,4 m/s2 * 4 s = 9,6 m/s

Reemplazando en la variación de la energía cinética
ΔEc  = ½ m vf2 – ½ m vi2 = ½ 3 kg (9,6 m/s)2 = 138,24 J

LR = Trabajo de la Fuerza resultante = 138,24J  <  ------------


domingo, 29 de septiembre de 2019

Biofísica 1er Parcial May19 T2 – OM7 Mecánica


OM7. Un objeto es arrojado verticalmente hacia arriba desde la terraza de un edificio, alcanza cierta altura y regresa al punto de partida al cabo de 10 seg. Despreciando la resistencia del aire y considerando como sistema de referencia un eje vertical con sentido positivo hacia arriba puede afirmarse que:


 Al ascender su aceleración disminuye y al descender aumenta.
Falso

La aceleración del movimiento es la aceleración de la gravedad = constante


█ A los 3 seg se encontraba a la misma altura que a los 7 seg.
Verdadero

y = yo + vo t – ½ g t2 (Ecuación horaria de la posición)

donde
y = altura en el momento t
yo = posición inicial = 0
vo = velocidad inicial
t = tiempo transcurrido
g = aceleración de la gravedad = 10 m/s2

reemplazado y despejando vo (regresa al punto de partida ( y = 0) en t = 10 s)
vo = ( y – yo + ½ g t2) / t =  ½ 10 m/s2 10 s = 50 m/s

A los 3 s ------- y = 50 m/s 3 s – ½ 10 m/s2 ( 3s)2  = 105 m
A los 7 s ------- y = 50 m/s 7 s – ½ 10 m/s2 ( 7s)2  = 105 m


 Al alcanzar su altura máxima la velocidad y la aceleración son nulas.
Falso

La aceleración durante todo el movimiento = aceleración de la gravedad


 En el primer segundo recorrió menor distancia que en el último segundo.
Falso

Primer segundo ----  t = 1 s ---------------- y = 50 m/s 1 s – ½ 10 m/s2 (1s)2  = 45 m
Ultimo segundo ----- t = 10 s -1 s = 9 s --- y = 50 m/s 9 s – ½ 10 m/s2 (9s)2  = 45 m


 Al regresar lo hace con una velocidad de módulo mayor a la de partida.
Falso

El módulo de la velocidad es igual en la llegada que en la partida


 En el primer segundo recorrió mayor distancia que en el último segundo.
Falso

Recorren la misma distancia (ver arriba)


Biofísica 1er Parcial May19 T2 – OM6 Fluidos


OM6. Una porción de un conducto de sección transversal circular tiene área A, radio R y circula por el mismo un líquido ideal, laminar y estacionario con una velocidad v. La presión en dicha porción es p. Si a continuación el conducto disminuye su área, se cumple que:

Si el área se reduce a la mitad, la velocidad aumenta cuatro veces y la presión se reduce a la mitad
Falso

Q = v S = constante

donde
Q = caudal
v = velocidad
S = sección o área

va Aa = vb Ab = vb (Aa/2) --------- vb = 2 va  (la velocidad aumenta al doble)


Si la orientación del tubo es horizontal la presión es menor en la parte más ancha
Falso

Q = v S = constante

donde
Q = caudal
v = velocidad
S = sección o área

va Aa = vb Ab -------- si Aa > Ab -------------- va  < vb

P + ½ δ v2 = constante (tubo horizontal)

donde
P = presión
δ = densidad
v = velocidad

Pa + ½ δ va2 = Pb + ½ δ vb2  ----------- si va < vb ----------- Pa  > Pb

----------- Aa > Ab ----------- Pa > Pb


Si el radio se reduce a la mitad la velocidad disminuye cuatro veces
Falso

Q = v S = constante

donde
Q = caudal
v = velocidad
S = sección o área = π R2
R = radio

va π Ra2 = vb π Rb2 = vb π (Ra/2)2 = vb π Ra2 /4 --------- vb = 4 va  (la velocidad aumenta cuatro veces)


La presión es mayor en la parte más ancha independientemente de la orientación del tubo
Falso

P + ½ δ v2 + δ g h = constante

donde
P = presión
δ = densidad
v = velocidad
h = altura

Pa + ½ δ va2  + δ g ha = Pb + ½ δ vb2  + δ g hb
si Aa > Ab -------------- va  < vb

Pa – Pb + δ g (ha – hb) = ½ δ vb2  - ½ δ va2  > 0

La relación entre Pa y Pb depende también de la orientación del tubo ( ha – hb)


Si el radio se reduce a la mitad la velocidad aumenta cuatro veces
Verdadero

va π Ra2 = vb π Rb2 = vb π (Ra/2)2 = vb π Ra2 /4 --------- vb = 4 va  (la velocidad aumenta cuatro veces)


Si el radio se reduce a la mitad la velocidad aumenta al doble.
Falso

ver anterior


Biofísica 1er Parcial May19 T2 – OM5 Fluidos

OM5. Dos caños idénticos conectados en serie presentan una resistencia hidrodinámica total R, para el pasaje de agua. Si los mismos caños se conectan en paralelo, la resistencia total será:

4R                R/16              2R                  R/4                Faltan datos               R/8

Conectadas en serie

Rs = R1 + R1 = 2 R1 = R  ------- R1 = R/2

Conectadas en paralelo

Rp = (1/R1 + 1/R1)-1 =  (2/R + 2/R)-1 = R/4  < ----------


Biofísica 1er Parcial May19 T2 – OM4 Fluidos


OM4. Con un intenso esfuerzo de succión, la presión en la cavidad bucal puede ser 80 mmHg inferior a la presión atmosférica. Con esta información, ¿cuál sería la máxima altura a la que podría ser sorbida el agua con una pajita?
1,06 m               8 cm                  10 m
5,8 m                 7,6 cm               15 cm


ΔP = δ g h

donde
ΔP = variación de presión = 80 mm Hg = 80 mm Hg (101.300 Pa / 760 mm Hg) =10.663 Pa
δ = densidad del agua = 1.000 kg/m3
g = gravedad = 10 m/s2
h = altura

reemplazando y despejando h
h = Ph / (δ g) = 10.663Pa / (1.000 kg/m3 10 m/s2) = 1,066 m < ----------



Biofísica 1er Parcial May19 T2 – OM3 Mecánica


OM3. Un cuerpo de masa m asciende por un plano inclinado con velocidad constante. Entonces, el trabajo del peso, de la resultante y de las fuerzas no conservativas, serán, respectivamente:

positivo, positivo, negativo
cero, cero, positivo
negativo, positivo, positivo
negativo, cero, positivo
negativo, positivo, cero
positivo, cero, positivo



Fuerza peso

LP = P d cos α

donde
LP = Trabajo de la fuerza peso
P = Peso
d = distancia
α = ángulo comprendido entre la dirección de P y la dirección del desplazamiento = 90º + β
β = ángulo del plano inclinado

cos (90º + β) < 0 ------------ LP < 0 (negativo)

Fuerza resultante

Velocidad = constante ---------- Fuerza resultante = 0 --------- LR = 0 (cero)

Fuerza no conservativa

Las fuerzas no conservativas de este movimiento son: Normal (N) y Fuerza (F)

LN = 0 (la normal es perpendicular al desplazamiento)

LF = F d cos 0º = F d > 0 --------- LF > 0 (positivo)  


Biofísica 1er Parcial May19 T2 – D2 Fluido


D2. Se tiene un recipiente de sección cuadrada mucho mayor que 1 cm2, lleno de agua hasta una altura de 2,8 m con una pequeña abertura de sección 1 cm2 a 0,7 m de altura, tapada por un corcho.



a) ¿Cuánto vale a presión manométrica sobre el corcho?

Pm  = δ g h

Donde
Pm = presión manométrica
δ = densidad del agua = 1.000 kg/m3
g = aceleración de la gravedad = 10 m/s2
h = altura a la superficie libre = 2,8 m – 0,7 m = 2,1 m

reemplazando

Pm = δ g h = 1.000 kg/m3  10 m/s2 2,1 m = 210.000 Pa = 21 kPa  < ----------------

b) Si se extrae el corcho, ¿cuál es la velocidad inicial de salida del líquido?

P + 1/2 δ v2 + δ g h = constante (Bernoulli)

donde
P = presión total
v = velocidad
h = altura o profundidad
  
En el punto A ---------- PA + 1/2 δ vA2 + δ g  hA

PA = presión atmosférica
vA = 0 (la sección en A es mucho mayor que la sección en B, el caudal es constante -- > vA ≈ 0)
hA = profundidad de A (medida desde la base del recipiente) = 2,8 m

En el punto B  ---------- PB + 1/2 δ vB2 + δ g hB

PB = presión atmosférica
vB = velocidad de salida
hB = profundidad de B (medida desde la base del recipiente) = 0,70 m

Igualando y despejando vB
vB = ((PA + 1/2 δ vA2 + δ g hA) – (PB + δ g hB) / (1/2 δ)) ½ = (2 g (hA - hB)) ½
vB = (2 * 10 m/s2 ( 2,8 m – 0,7 m)) ½  =  6,47 m/s  <  ---------------



Biofísica 1er Parcial May19 T2 – D1 Mecánica


D1. Un bloque de 5 kg desliza con rozamiento despreciable por un plano inclinado recorriendo, a partir del reposo, 1 m al cabo de 2 segundos.

a) ¿Cuánto vale el módulo de la componente del peso, paralela al plano inclinado?

DCL



Newton según eje x ---- > Px = m a

donde
Px = componente del peso según el eje x (paralelo al plano inclinado)
m = masa = 5kg
a = aceleración

x = xi + vi t + 1/2 a t2  (Ecuación horaria de la posición

donde
x = distancia recorrida = 1 m
xi = posición inicial = 0
vi = velocidad inicial = 0 (parte del reposo)
t = tiempo transcurrido = 2 seg
a = aceleración

Reemplazando y despejando a
a = (x – xo – vo t)/(1/2 t2) = 1 m / (1/2 (2s)2) = 0,5 m/s2

reemplazando en la ecuación de Newton
Px = m a = 5 kg * 0,5 m/s2 = 2,5 N  < ----------- componente según el eje x del Peso

b) ¿Qué tiempo tardará en recorrer la misma distancia con las mismas condiciones iniciales otro cuerpo de masa doble?

Newton según eje x -----------  Px = m a

donde
Px = componente del peso según el eje x (paralelo al plano inclinado) = P sen α
P = peso = m g
m = masa
g = aceleración de la gravedad
α = ángulo del plano inclinado

Igualando
m a = m g sen α 

despejando a
a = g sen α ------------ a NO depende de la masa, depende de la gravedad y del ángulo del plano inclinado
 ---------- a = 0,5 m/s2  (calculada en a))

Reemplazando en la Ecuación horaria de la posición y despejando t

t = (x / (1/2 a))1/2 = (1 m/ (1/2 0,5 m/s2 ) )1/2= 2 s   <  ----------- tiempo empleado


sábado, 28 de septiembre de 2019

Biofísica Primeros Parciales 2019


Biofísica Primeros Parciales

Primeros Parciales  2019

Mayo 2019

Tema 1

Tema A

Tema 2


Tema B