Biofísica Final Mar17 - 2 Mecánica

2. El siguiente gráfico representa la fuerza resultante que recibe un cuerpo de masa 1 kg que parte del reposo en x = 0 m. Por lo tanto, la potencia media recibida por el cuerpo durante todo el trayecto descripto es igual a:

□ 2 W	□ 4,5 W
█ 6 W	□ 9 W
□ 18 W	□ 54 W

Ecuación horaria

x = xo + vo t + 1/2 a t²

donde

x = distancia recorrida = 9 m

xo = posición inicial = 0

vo = velocidad inicial = 0 ( parte del reposo)

a = aceleración =  Fuerza / masa (2do ppio Newton) = 2 N / 1 kg = 2 m/s²

t = tiempo trascurrido

Reemplazando y despejando t

| t | = ( 9 m / ½  2 m/s² )^1/2 = 3 s

Potencia media = Trabajo / Tiempo = Fuerza * distancia / tiempo = 2 N 9 m / 3 s = 6 watt

Biofísica Final Mar17 - 1 Mecánica

1. Indique cuál de las siguientes afirmaciones respecto de la Cinemática es la única correcta:

 Todo cuerpo con aceleración nula debe permanecer en reposo.

Falso. 

1er Principio de Newton. Sumatoria de Fuerzas = 0 ( aceleración nula) el cuerpo  mantendrá su movimiento. Si está en reposo continuara en reposo, pero si se está moviendo continuara moviéndose. 

█ Todo cuerpo cuya velocidad tenga módulo, dirección y sentido constantes tendrá aceleración nula.

Verdadero. 

1er Principio de Newton

 Todo cuerpo que aumenta su velocidad tendrá aceleración positiva mientras que si frena será negativa.

Falso. 

El cuerpo aumenta su velocidad, cuando la velocidad y la aceleración tienen la misma dirección y sentido. El cuerpo frena, la velocidad y la aceleración tienen sentidos opuestos.

 Siempre que un cuerpo parte desde el reposo, su posición inicial debe ser nula.

Falso. 

Contraejemplo. Se deja caer una piedra desde una terraza, velocidad inicial cero (parte del reposo), posición inicial (altura de la terraza)

 Un cuerpo que realiza un movimiento con velocidad constante conserva su posición.

Falso. 

Se mueve ( a velocidad constante) , su posición varía.

 Un cuerpo nunca puede tener simultáneamente velocidad nula y aceleración no nula.

Falso. 

Contraejemplo. Se deja caer una piedra desde una terraza, velocidad inicial cero (parte del reposo), aceleración no nula (aceleración de la gravedad)

Biofísica Final Feb17 - 12 Electricidad

12. El circuito de la figura posee una fuente de tensión constante de 10 V conectada a cinco resistencias eléctricas R iguales a 100 Ω tal como se muestra en la figura adjunta. Por lo tanto, la potencia suministrada por la fuente al circuito es igual a:

█ 0,5 W _ 5 W _ 0,05 W _ 10 W _ 2 W _ 20 W

Potencia

P = V I = V² / Req

donde

V = tensión = 10 V

Req = resistencia equivalente del circuito = R + (1/(R+R) + 1/(R+R))^-1 = 2 R = 2 * 100 Ω

Reemplazando

P = (10 V)² / 200 Ω = 0,5 watt

Biofísica Final Feb17 - 11 Electricidad

11. Se dispone de un capacitor de placas planas y paralelas de capacidad C conectado a una fuente de tensión constante DV que le permite acumular una carga Q. Indique cuál de las siguientes situaciones es la única que permite disminuir la capacidad del sistema a la mitad (er representa la permitividad dieléctrica relativa).

C = eo er A / d

donde

C = capacidad

eo = permitividad del vacío

er = permitividad dieléctrica relativa

A = área de las placas

d = distancia entre las placas

_ Agregarle un dieléctrico entre las placas con er´ igual al doble de la original, manteniendo la distancia entre las placas y la fuente conectada.

Falso. 

er´= 2er ----- > C´ = eo 2er A / d  ----- > C´= 2 C

_ Conectarlo a otra fuente del doble de la tensión original manteniendo la distancia entre las placas.

Falso. 

C no depende de la tensión. ----- > C´= C

_ Desconectarlo de la fuente y acercar las placas a la mitad de la distancia de separación original.

Falso. 

d´= d/2 ----- > C´ = eo er A / (d/2)  ----- > C´= 2 C

█ Desconectarlo de la fuente y alejar las placas al doble de la distancia de separación original.

Verdadero. 

d´= 2 d ----- > C´ = eo er A / (2d) ----- > C´= C / 2

_ Conectarlo a otra fuente de la mitad de tensión original manteniendo la distancia entre las placas.

Falso. 

C no depende de la tensión. ----- > C´= C

_ Agregarle un dieléctrico entre las placas con er´ igual a la mitad de la original, duplicando la distancia entre las placas y manteniendo la fuente conectada.

Falso. 

er´= ½ er  y  d´= 2 d ----- > C´ = eo (er/2) A / (2d) ---- > C´=  C / 4

Biofísica Final Feb17 - 10 Termodinámica

10. Una pava eléctrica conectada a la red domiciliaria permite calentar 1,2 L de agua desde los 14°C hasta que alcanza el Punto de Ebullición en unos 3 minutos. Asumiendo que la transformación de energía eléctrica en calórica es totalmente eficiente, la potencia (en W) requerida es aproximadamente de:

 (Datos: ragua=1,0 kg/L y cp_agua = 4184 J/kg°C)

█ 2400 W

 144000 W

 0,57 W

 420 W

 1,21*10⁹ W

 3000 W

Calor necesario para “calentar” el agua

Q = m * cp * ( Tfinal – T inicial)

donde

m =  masa = volumen * ragua = 1,2 L 1,0 kg/L = 1,2 kg

cp = calor especifico a presión constante del agua = 4184 J/kg°C

Tfinal = 100 ºC

Tinicial = 14 ºC

Reemplazando

Q = 1,2 kg 4184 J/kg°C (100 ºC – 14 ºC) = 431.789 J

Potencia = Q / t

donde

Q = cantidad de calor entregado = 431.789 J

t = tiempo = 3 min = 180 s

reemplazando

Potencia = 431.789 J / 180 s = 2.400 W

Biofísica Final Feb17 - 9 Termodinámica

9. Indique cuál de las siguientes afirmaciones es la única correcta:

 Si se introduce agua fría y agua caliente dentro de un recipiente cerrado y adiabático y se deja que alcance el estado de equilibrio térmico, la entropía del universo se conserva.

Falso. 

Proceso adiabático irreversible ------ > entropía del universo aumenta

 Uno de los enunciados del segundo principio de la termodinámica afirma que nunca es posible transformar completamente una cierta cantidad de trabajo en calor.

Falso. 

No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y la conversión de este calor en trabajo. (la inversa no vale)

█ A partir del segundo principio de la termodinámica se puede confirmar la posibilidad de transportar calor desde una fuente fría hacia otra más caliente, a expensas de tomar una cierta cantidad de trabajo del entorno.

Verdadero. Maquina frigorífica

 En toda transformación termodinámica reversible la entropía del sistema se conserva.

Falso. 

En toda transformación termodinámica reversible la entropía del UNIVERSO se conserva

 Siempre que se produce una transformación termodinámica irreversible, la entropía del sistema físico aumenta.

Falso. 

En una transformación termodinámica irreversible, la entropía del UNIVERSO aumenta

 Siempre que un sistema material conserve su energía interna, su variación de entropía será nula.

Falso. 

Contraejemplo. Fuente de calor que recibe calor.

ΔT = 0 (por definición de fuente) ----- > variación de energía interna = 0

Entrega calor (Q)  ----- > variación de entropía = Q / T ≠ 0

Biofísica Final Feb17 - 8 Termodinámica

8. Un cuerpo irradia una cierta potencia P cuando se encuentra a 20°C. Si su temperatura se duplica hasta los 40°C, manteniendo el resto de los parámetros inalterados, entonces la nueva potencia P´ que emite:

 será igual al doble de P.

 será igual al cuádruplo de P.

 será igual a 16 veces P.

 será aproximadamente un 14% mayor a P.

█ será aproximadamente un 30% mayor a P.

 será aproximadamente un 7% mayor a P.

Ley de Stefan-Boltzmann

P = σ ε A T⁴

donde

P = potencia

σ = constante de Stefan-Boltzmann

ε = emisividad

A = area

T = temperatura ( en Kelvin)

reemplazando

P = σ ε A (20º C + 273º)⁴

P´ = σ ε A (40º C + 273º)⁴

Dividiendo

P´ / P = (40º C + 273º)⁴ / (20º C + 273º)⁴ = 1,30 < ---------- P´ aumento 30% P