Biofísica Final Agosto 20 12 Fluidos

 12. Considere el tubo en U de la figura que contiene dos líquidos inmiscibles de distinta densidad (el líquido de la izquierda tiene densidad ρ1 = 1360 kg/m³ y el otro ρ2 = 0,8 gr/cm³).

El sistema está en equilibrio y el tubo está abierto a la atmosfera en ambas ramas. Si Δh = 80 cm, puede afirmarse que aproximadamente :

 

 

Seleccione una

 

 ΔH = 204,0 cm

 ΔH = 45,3 cm

 ΔH = 90,7 cm

 ΔH = 68,0 cm

 el nivel que alcanza los líquidos depende del valor de la presión atmosférica

█ ΔH = 136,0 cm

 

 

La altura de la superficie de separación de los líquidos la presión es la misma

Tubo de la izquierda = Patm + ρ1 g Δh

Tubo de la derecha = Patm + ρ2 g ΔH

 

Donde

Patm = presión atmosférica

ρ1 = densidad del líquido 1 = 1.360 kg/m³

g = aceleración de la gravedad = 10 m/s²

Δh = altura deli liquido 1 = 80 cm

Ρ2 = densidad del líquido 1 = 0,8 gr / cm³ = 1.360 kg/m³

ΔH = altura deli liquido 2

 

Reemplazando y despejando  ΔH

ΔH = ρ1 g Δh / (ρ2 g) = 1.360 kg/m³  80 cm / 800 kg/m³  = 136 cm

 

 

Biofísica Final Agosto 20 11 Termodinámica

11. 0,4 moles de un gas ideal monoatómico evolucionan según el ciclo de la figura. El gas se encuentra inicialmente en el estado A, a una presión Po = 0,41 atm y ocupando un Volumen Vo = 4,7 L. Los procesos I ( de A a B) y II (de B a A) son reversibles

 

La variación de energía interna del gas en el proceso II es aproximadamente :

 

Seleccione una

 

 - 3,9 L.atm

█ - 5,8 L.atm

 0,1 L.atm

 1,91 L atm

 5,8 L.atm

 

La energía interna es una función de estado

 

ΔU BA = n cv (TA - TB)

 

Donde

ΔU BA = variación de energía interna

n = nuero de moles

cv = calos especifico a volumen constante = 3/2 R ( gas monoatómico)

TA = temperatura del estado A = PA VA / (n R) = Po Vo / (n R)

TB = temperatura del estado B = PB VB / (n R) = Po 3Vo / (n R)

 

Reemplazando

ΔU BA = n cv (TA - TB) =  n 3/2 R ( PoVo/ (nR) - Po 3Vo/(nR)) = - 3 Po Vo = - 3 * 0,41 atm 4,7 L = - 5,78 L atm

 

Biofísica Final Agosto 20 10 Termodinámica

10. La superficie de un cuerpo negro que se encuentra a una temperatura de 40 ºC emite calor por radiación, con una potencia de 300 W. Cual será aproximadamente el valor de la potencia con que emitirá si su temperatura pasa a ser 80 ºC

 

Seleccione una

 

█ 485,3 W

 600 W

 1.200 W

 185,4 W

 681,8 W

 240 W

 

Q/Δt = σ ε A T⁴ (ley de Stefan- Boltzmann)

 

donde

Q/Δt = potencia de radiación

σ = constante de Stefan- Boltzmann

ε = factor de emisividad del cuerpo

A = área del cuerpo

T = temperatura del cuerpo (en Kelvin)

 

Reemplazando para T = 40 ºC + 273 = 313 K y despejando las constantes

σ ε A = Pot / T⁴  = 300 W / (313 K)⁴

 

Reemplazando para t = 80 ºC + 273 = 353 K

σ ε A = Pot / T⁴  = Pot / (353 K)⁴

 

igualando y despejando Pot

Pot = 300 W / (313 K)⁴  (353 K)⁴ = 485,34 W

 

Biofísica Final Agosto 20 9 Termodinámica

9. En un calorímetro ideal se introducen una masa de plomo a 140 ºC y otra de hielo a o ºC. El calor intercambiado por el plomo hasta alcanzar la temperatura de equilibrio de 56ºC, es de 5,2 kcal. La masa de hielo colocada es aproximadamente :

Datos : C agua = 1 cal/gr ºC; C hielo = 0,5 cal/gr ºC; Lf hielo = 80 cal/g

 

Seleccione una

 

 65,0 g

 48,1 g

 27,1 g

█ 38,2 g

 46,4 g

 92,9 g

 

Q = m Lf hielo +  m Ce agua (Te – Toh)

 

Donde

Q = calor intercambiado = 5,2 kcal = 5.200 cal

m = masa de hielo

Lf hielo = calor latente de fusión del hielo = 80 al/g

Ce agua = calor especifico del agua = 1 cal/gr ºC

Te = temperatura de equilibrio = 56 ºC

Toh = temperatura inicial del hielo = 0 ºC

 

Reemplazando y despejando m

m = Q / (Lf hielo + Ce agua (Te – Toh)) = 5.200 cal/ ( 80 cal/gr + 1 cal/gr ºC (56 ºC - 0ºC) = 38,24 gr

 

Biofísica Final Agosto 20 8 Fluidos

8. Una bomba alimenta un circuito formado por un tubo horizontal de sección circular S. Por el circuito circula un líquido de viscosidad no despreciable. La bomba provee un caudal constante Q y desarrolla una potencia P

Si el tubo se obstruye parcialmente disminuyendo su sección a 0,4 S la potencia que debe entregar la bomba para mantener el mismo caudal es :

 

Seleccione una

 

 0,40 P

█  6,25 P

 1,20 P

 3,12 P

 12,50 P

 0,20 P

 

Pot = ΔP Q = Q² R = ΔP² / R

 

Donde

Pot = potencia

ΔP = diferencia de potencial

Q = caudal

R = resistencia hidrodinámica = 8 π η L / S²

η = densidad

L = longitud

S = sección

 

Original  ---------------- P =  Q² R = Q² 8 π η L / S²

Tubo obstruido -------Pot2 = Q² R2 = Q² 8 π η L / S2²

 

Reemplazando S2 = 0,4 S

Pot2 = Q² 8 πη L / (0,4 S )² = Q² 8 πη L / (0,4 S )²  = 1/0,4²  Q² 8 πη L / S²  = 6,25 P

 

Biofísica Final Agosto 20 7 Electricidad

 7. Las resistencias R1 = 240 Ω, R2 = 240 Ω y R3 = 60 Ω, se conectan con una fuente de tensión continua ε = 16 V como indica la figura. Cual es aproximadamente la potencia disipada en R2?

 

Seleccione una

 

█ 0,27 W

 0,53 W

 1,07 W

 0,03 W

 0,13 W

 8,00 W

 

 

Pot = V I = V² / R = I² R

V = I R (Ley de Ohm)

 

Donde

Pot = potencia

V = tensión

I = intensidad de corriente

R = resistencia

 

R1 y R2 en serie

R12 = R1 + R2 = 240 Ω + 240 Ω = 480 Ω

 

Aplicando la Ley de Ohm y despejando I

I = V / R12 = 16 V / 480 Ω = 1/30 A

 

Reemplazando en la resistencia 2

Pot 2 = I² R = (1/30 A)² 240 Ω = 0,27 W

Biofísica Final Agosto 20 6 Electricidad

6. Un alambre conductor de longitud 5 m y diámetro 0,3 mm tiene una resistencia eléctrica R. Hay que reemplazarlo con otro alambre del mismo material, pero de diámetro 0,7 mm que tenga la misma resistencia. Cuál será su longitud L?

 

Seleccione una

 

█ 27,2 m

 11,7 m

 54,4 m

 2,1 m

 1,8 m

 0,9 m

 

R = ρ L / S

 

Donde

R = resistencia

ρ = resistividad del material

L = longitud

S = sección = π (d/2)²

d = diámetro

 

resistencia original ----------- R = ρ 5 m / (π (0,3 mm/2)²

resistencia nueva  ------------ R = ρ L / (π (0,7 mm/2)²

 

Igualando

ρ 5 m / (π (0,3 mm/2)² = ρ L / (π (0,7 mm/2)²

5 m / (0,3 mm)² = L / (0,7 mm)²

 

Despejando L

L = 5 m / (0,3 mm)²  (0,7 mm)²  = 27,2 m ------------

 

Biofísica Final Agosto 20 5 C Mecánica

 5 C. El gráfico de la figura representa la velocidad en función del tiempo de un auto que sigue una trayectoria rectilínea y que partió del origen de coordenadas. Si to = 0s, t1 = 47 s y t2 = 94 s se puede afirmar que :

 

Seleccione una:

 

 Entre t = 0 s y t = 94 s la fuerza resultante sobre el auto permanece constante

Falso

 

Entre t = 0 y t = 47 s la velocidad es constante ----------- aceleración = 0

--------- F = 0

 

Entre t = 47 s  y t = 94 s la velocidad disminuye -----------  aceleración < 0

--------- F < 0

 

 

█ Entre t = 0 s y t = 47 s la fuerza resultante es nula

Verdadero

 

Entre t = 0 y t = 47 s la velocidad es constante ----------- aceleración = 0

--------- F = 0

 

 El trabajo de la fuerza resultante sobre el auto entre el instante t = 0 s y el instante t = 94 s es positivo

Falso

 

Lr = ΔEc

 

Donde

Lr = trabajo de la fuerza resultante

 

ΔEc = variación de la energía cinética = Ecf – Eci

Ecf = energía cinética final = 1/ 2 m vf²

m = masa del móvil

vf  = velocidad final = v(94 s) = 0

 

Eci = energía cinética inicial = 1/ 2 m vi²

vi  = velocidad inicial = vo

 

reemplazando

Lr = - 1/ 2 m vo²  < 0   ---------- el trabajo negativo

 

 En el instante t = 94 s, el auto se encuentra en el origen de coordenadas

Falso

 

El auto sale del origen de coordenadas, la velocidad es siempre positiva

--------- el auto se aleja del origen de coordenadas

 

 Entre t = 47 s y t = 94 s, la intensidad de la fuerza resultante sobre el auto disminuye.

Falso

 

La aceleración (la pendiente de la recta)  es constante ------------ F es constante

 

 El trabajo de la fuerza resultante sobre el auto entre el instante t = 0 s y t = 47 s es negativo.

Falso

 

Lr = ΔEc

 

Donde

Lr = trabajo de la fuerza resultante

 

ΔEc = variación de la energía cinética = Ecf – Eci

Ecf = energía cinética final = 1/ 2 m vf²

m = masa del móvil

vf  = velocidad final = v(47 s) = vo

 

Eci = energía cinética inicial = 1/ 2 m vi²

vi  = velocidad inicial = vo

 

reemplazando

Lr = 1/ 2 m vo² - 1/ 2 m vo²  = 0   ---------- trabajo es nulo

Biofísica Final Agosto 20 5 B Mecánica

5 B. El gráfico de la figura representa la velocidad en función del tiempo de un auto que sigue una trayectoria rectilínea y que partió del origen de coordenadas. Si to = 0s, t1 = 19 s y t2 = 38 s se puede afirmar que :

 

 Seleccione una:

 

 Entre t = 0 s y t = 19 s la intensidad de la fuerza resultante sobre el auto disminuye

Falso

 

La grafica es una recta con pendiente (aceleración) constante --------- Fuerza es constante

 

 El trabajo de la fuerza resultante sobre el auto entre el instante t = 0s y el instante t = 38 s es positivo.

Falso

 

Lr = ΔEc

 

Donde

Lr = trabajo de la fuerza resultante

 

ΔEc = variación de la energía cinética = Ecf – Eci

Ecf = energía cinética final = 1/ 2 m vf²

m = masa del móvil

vf  = velocidad final = v(38 s) = vo

 

Eci = energía cinética inicial = 1/ 2 m vi²

vi  = velocidad inicial = vo

 

reemplazando

Lr = 1/ 2 m vo² - 1/ 2 m vo²  = 0   ---------- el trabajo es nulo

 

█ El trabajo de la fuerza resultante sobre el auto entre el instante t = 0s y el instante t = 19s es negativo.

Verdadero

 

Lr = ΔEc

 

Donde

Lr = trabajo de la fuerza resultante

 

ΔEc = variación de la energía cinética = Ecf – Eci

Ecf = energía cinética final = 1/ 2 m vf²

m = masa del móvil

vf  = velocidad final = v(19 s) = 0

 

Eci = energía cinética inicial = 1/ 2 m vi²

vi  = velocidad inicial = vo

 

reemplazando

Lr = - 1/ 2 m vo²  < 0   ---------- el trabajo negativo

 

 Entre t = 0 s y t = 38 s la fuerza resultante sobre el auto permanece constante

Falso

 

La fuerza entre 0 y 19 s es negativa (el auto frena) y entre 19 s y 38 s es positiva (acelera)

------- La fuerza cambia de sentido en t = 19s

 

 Entre t = 0 s y 19 s  el auto se acera al origen de coordenada

Falso

 

La velocidad es siempre positiva ---------- el auto se aleja del origen

 

 En el instante t = 19 s el auto cambia el sentido de movimiento

Falso

 

La velocidad es positiva el auto nunca cambia de sentido, siempre se aleja

Biofísica Final Agosto 20 5 A Mecánica

5 A. El gráfico de la figura representa la velocidad en función de tiempo de un auto que sigue una trayectoria rectilínea y que partió del origen de coordenadas. Si to = 0 s, t1 = 9 s y t2 = 18 s, se puede afirmar que :

 

Seleccione una:

 

 El trabajo de la fuerza resultante sobre el auto entre el instante t = 0s y el instante t = 18 s es negativo.

Falso

 

Lr = ΔEc

 

Donde

Lr = trabajo de la fuerza resultante

 

ΔEc = variación de la energía cinética = Ecf – Eci

Ecf = energía cinética final = 1/ 2 m vf²

m = masa del móvil

vf  = velocidad final = v(18 s) = 0

 

Eci = energía cinética inicial = 1/ 2 m vi²

vi  = velocidad inicial = v(0s) = 0

 

reemplazando

Lr = 0  ---------- el trabajo es nulo

 

█ El fuerza resultante sobre el auto cambia de sentido en el instante t = 9s

Verdadero

 

F = m a  ( Newton)

 

Donde

F = fuerza

m = masa del móvil

a = aceleración (pendiente de la recta v(t)

 

la pendiente cambia de signo en t = 9 s ---------- la aceleración cambia de signo en t = 9s

-------- La fuerza cambia de sentido en t = 9s

 

 Entre t = 9s y t = 18 s el auto se acerca al origen de coordenadas

Falso

 

La velocidad es siempre positiva ---------- el auto se aleja del origen

 

 El trabajo de la fuerza resultante sobre el auto entre el instante t = 0s y el instante t = 18 s es negativo.

Falso

 

Lr = 0  ---------- el trabajo es nulo

 

 Entre t = 0 s y t = 18 s la fuerza resultante sobre el auto permanece constante

Falso

 

La pendiente cambia de signo en t = 9 s ---------- la aceleración cambia de signo en t = 9s

-------- La fuerza cambia de sentido en t = 9s

 

 Entre t = 0 s y t = 9 s la intensidad de la fuerza resultante sobre el auto aumenta

Falso

 

La gráfica es una recta con pendiente (aceleración) constante --------- Fuerza es constante

Biofísica Final Agosto 20 4 Electricidad

4. Mediante una batería se cargan los capacitores C1 = 2 μF; C2 = 7 μF y C3 = 13 μF, conectados como se muestra en la figura

 

 

Si la tensión sobre el capacitor 1 es 9 V, a tensión sobre el capacitor 3 será :

 

Seleccione una:

 

 4,85 V

█ 6,23 V

 1,29 V

 11,70 V

 18,00 V

 1,38 V

 

Q = C V

 

Donde

Q = carga

C = capacidad

V = tensión

 

C1 y C2 capacitores en paralelo

C12 = C1 + C2 = 2 μF + 7 μF = 9 μF

 

Q12 = C12 V1 = 9 μF 9 V = 81 μC

 

C12 y C3 capacitores en serie Q12 = Q3

Q3 = C3 V3

 

Reemplazando y despejando V3

V3 = Q3 / C3 = 81 μC / 13 μF = 6,23 V

Biofísica Final Agosto 20 3 Mecánica

3. Un móvil de masa 1,3 kg se mueve por un camino recto horizontal con velocidad constante de 90 km/h y en cierto instante empieza a frenar. Si el móvil disminuye su velocidad con aceleración constante y recorre una distancia de 200 m desde que comienza a frenar hasta que se detiene, la intensidad de la fuerza que actúa en el frenado vale aproximadamente:

 

Seleccione una:

 

 1,02 N

 13,2 N

 52,7 N

█ 2,03 N

 26,3 N

4,06 N

 

 

Lr = ΔEc

 

Donde

Lr = trabajo de la fuerza resultante = F d cos θ

F = fuerza de frenado

d = distancia recorrida en el frenado = 200 m

cos θ = coseno del ángulo comprendido entre la dirección de la fuerza F y la dirección de desplazamiento = -1

 

ΔEc = variación de la energía cinética = Ecf – Eci

Ecf = energía cinética final = 1/ 2 m vf²

m = masa del móvil = 1,3 kg

vf  = velocidad final = 0

 

Eci = energía cinética inicial = 1/ 2 m vi²

vi  = velocidad inicial = 90 km/h = 25 m/s

 

reemplazando y despejando F

F = (0 – 1/ 2 m vi² ) / (-d) = 1/ 2 1,3 kg (25 m/s)²  / 200 m = 2,03 N

Biofísica Final Agosto 20 2 Fluidos

2. Un deposito cerrado de gran sección (ver figura) contiene agua hasta una altura H = 0,90 m y por encima de ella, aire comprimido.

El agua (fluido ideal) sale por la base del tanque a través de un tubo cilíndrico horizontal cuya sección es mucho más pequeña que la del tanque.

La salida del tubo está en contacto con el aire a presión atmosférica normal ( 101,3 kPa). El agua emerge con una velocidad de 11,7 m/s. a presión del aire comprimido encerrado en el tanque es:

( usar |g| = 10 m/s² ; densidad del agua = 1 kg/dm³)

Seleccione una:

 

 77,44 kPa

█ 160,75 kPa

 595,45 kPa

 169,75 kPa

 

 

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

 

Donde

P = presión

δ = densidad del gua = 1 kg/dm3 = 1.000 kg/m3

g = aceleración de la gravedad = 10 m/s2

h = altura del agua

v = velocidad del agua

 

dentro del tanque

P = presión del aire comprimido

h = altura del agua = H = 0,90 m

v = velocidad del agua dentro del tanque = 0 (la sección del tanque es mucho mayor que la del tubo de salida)

 

fuera del tanque

P = presión atmosférica = Patm = 101,3 kPa = 101.300 Pa

h = altura del tubo de salida = 0

v = velocidad de salida = 11,7 m/s

 

reemplazando e igualando

P + δ g H = Patm + 1/ 2 δ v²

 

Despejando P

P = Patm + 1/ 2 δ v² - δ g H = 101.300 Pa + 1/ 2 1.000 kg/m³ (11,7 m/s)²  - 1.000 kg 10 m/s² 0,90 m = 160.745 Pa = 160,75 kPa