Biofísica Final Ago 24 TD 10 Fluidos

 El gráfico representa la presión en función de la altura medida desde el fondo de un recipiente que contiene dos líquidos inmiscibles en equilibrio. Por lo tanto, la densidad del líquido 1 y la del líquido 2 (en kg/m³) serán respectivamente:

 

 

 

□ 0,206 y 0,218	□ 20868 y 22083	█ 608 y 1216
□  20,87 y 22,08	□ 0,06 y 0,12	□ 6,1 y 12,16

 

líquido 1

 ∆P1 = δ1 g ∆h1

 

Donde

∆P1 = diferencia de presión = PS - PL

PS = presión en la superficie de separación =  1,03  atm 

PL = presión en la superficie libre = 1 atm 

δ1 = densidad del líquido 1

g = aceleración de la gravedad = 10 m/s²

∆h1 = altura del líquido 1 = (1 m – 0,5 m) = 0,5 m

∆P1 =  (1,03 atm – 1 atm) = 0,03 atm (101300 Pa / 1 atm) = 3039 Pa

Reemplazando y despejado δ1

δ1 = ∆P1 / (g ∆h1) = 3039 Pa / (10 m/s² 0,5 m) = 608 kg/m³

 

líquido 2

∆P2 = δ2 g ∆h2

 

Donde

∆P2 = diferencia de presión = PF - PS

PF = presión en el fondo = 1,09 atm

δ2 = densidad del líquido 2

∆h2 = altura del líquido 2 = 0,5 m

 

∆P2 = (1,09 atm – 1,03 atm) = 0,06 atm (101300 Pa / 1 atm) = 6078 Pa

Reemplazando y despejado δ2

Δ2 = ∆P2 / (g ∆h2) = 6078 Pa / (10 m/s² 0,5 m) = 1216 kg/m³

 

 

 

Biofísica Final Ago 24 TD 9 Fluidos

Un vaso sanguíneo presenta una obstrucción debido al depósito de lípidos en sus paredes. Considerando a la sangre como un fluido real de viscosidad aproximada de 2 cp, indique que relaciones son las correctas respecto a las variables P(presión), V (velocidad de la sangre) y Q (caudal) entre los puntos A y B del vaso (ver figura)

 

□ QA = QB PA > PB VA > VB	□ QA = QB PA = PB  VA = VB
█ QA = QB PA > PB VA = VB	□ QA < QB PA > PB VA < VB
□ QA > QB PA = PB VA = VB	□ QA = QB PA < PB  VA < VB

 

Caudal

QA = QB (ecuación de continuidad)

 

Velocidad

 QA = SA VA

QB = SB VB

 

Si SA = SB à VA = VB

 

Presión

 El flujo circula de A a B à PA > PB

 

 

Biofísica Final Ago 24 TD 8 Fluidos

Dos recipientes llenos de soluciones acuosas de distintos solutos se encuentran separadas por una membrana semipermeable. El recipiente A contiene una solución de cloruro de sodio (i = 2) al 0,02 M de concentración mientras que el recipiente B contiene una solución de sacarosa (i = 1) también al 0,02 M de concentración. En estas condiciones y con una temperatura de 40 °C, la diferencia de presión osmótica es ∆P. Si la temperatura disminuye hasta alcanzar los 20 °C manteniendo el resto de las condiciones iniciales, la nueva diferencia de presión será:

 

□ ∆P / 2	□ 2 ∆P	□ ∆P
□  ∆P / 0,7	□ 1,07 ∆P	█ 0,94 ∆P

 

∆P = OsmA R T – OsmB R T

 

Donde

∆P = diferencia de presión osmótica

OsmA, OsmB = osmolaridad de A y B respectivamente

R = constante de los gases ideales

T = temperatura

 

Estado inicial: ∆P = (OmsA – OsmB) R (40 °C + 273) 

Estado final: ∆Pf = (OmsA – OsmB) R (20 °C + 273) 

 

Cociente

∆Pf /∆P = (20 °C + 273) / (40 °C + 273) = 0,94

 

Despejando ∆Pf 

∆Pf = 0,94 ∆P

 

 

Biofísica Final Ago 24 TD 7 Mecánica

En un edificio en construcción se hace descender un balde lleno de mezcla para ladrillos mediante una cuerda. Suponiendo que la masa total del balde es de 30 kg y desciende aumentando su velocidad a razón de 0,4 m por segundo cada segundo, indique cuales de las siguientes afirmaciones son correctas:

  

□ a, c y g

□ a, c y f

□ a, c y g

□ c, d y f

█ b, d y e

□ b, d y f

 

a)     El módulo de la fuerza resultante es de 312 N Falso

b)    El módulo de la tensión de la cuerda es de 288 N Verdadero

c)     El módulo de la tensión de la cuerda es de 12 N Falso

d)    El módulo de la fuerza resultante es de 12 N Verdadero

e)     El trabajo realizado por el peso en el primer metro de desplazamiento es de 300 J Verdadero

f)      El trabajo realizado por el peso en el primer metro de desplazamiento es de 300 J Verdadero

g)     La energía mecánica se conserva Falso

 

 

Fuerzas

Fr = T – P = m (-a)

 

Donde

Fr = fuerza resultante

T = Tensión

P = peso = m g

m = masa = 30 kg

g = aceleración de la gravedad = 10 m/s²

a = aceleración = ∆v / t

∆v = variación de la velocidad = 0,4 m/s

t = tiempo = 1 seg

 

Reemplazando

Fr = m a = 30 kg 0,4 m/s² = 12 N

T = m (-a) + m g = 30 kg (10 m/s² – 0,4 m/s²) = 288 N

 

Trabajo

W = P d cos (0°)

 

Donde

W = trabajo

d = distancia recorrida = 1 m

 

Reemplazando

W = m g d cos 0° = 30 kg 10 m/s² 1 m = 300 J

 

Energía

∆Em = Wfnc

 

Donde

∆Em = variación de la energía mecánica

Wfnc = trabajo de las fuerzas no conservativas = T d cos (180 °)

T = tensión (fuerza no conservativa) = 228 N

 

Reemplazando

∆Em = 228 N 1 m (-1) = - 228 J ≠ 0 à la energía mecánica NO se conserva

 

 

 

 

 

Biofísica Final Ago 24 TD 6 Termodinámica

Se introducen 175 gr de agua líquida a 80 °C en un calorímetro ideal que contiene hielo a – 20 °C. Al finalizar el intercambio de calor, el sistema alcanza una temperatura de equilibrio de 0 °C con un total de agua líquida de 225 gr. Entonces la masa inicial de hielo que contiene el calorímetro era de:

 

█ 1000 gr	□ 1500 gr	□ 1600 gr
□ 50 gr	□ 100 gr	□ 500 gr

 

 

 

 

Q =
+  ma cea (0 °C – 80 °C) +	El agua “cede” calor hasta la temperatura de equilibrio
+ mh ceh (0°C – (-20°C)) +	El hielo “absorbe” calor hasta la temperatura de cambio de fase
+ mhf Lf =	Parte de la masa de hielo se fusiona
= 0	Recipiente adiabático

 

 

Donde

ma = masa de agua inicial = 175 gr

cea = calor especifico del agua = 1 gr cal.°C

mh = masa de hielo

ceh = calor especifico del hielo = 0,5 gr/cal.°C

mhf = masa de hielo fusionada = maf – ma

maf = masa de agua final = 225 gr

Lf = calor latente de fusión = 80 cal/gr

 

Reemplazando y despejando mh

mh = (ma cea 80 °C – (maf – ma) Lf) / (ceh 20 °C) = (175 gr 1 cal/gr.°C 80 °C – (225 gr – 175 gr) 80 cal/gr) / (0,5 cal/gr.°C 20 °C) = 1000 gr

 

Biofísica Final Ago 24 TD 5 Termodinámica

Dos recipientes adiabáticos que contienen vapor a 100 °C y hielo a 0 °C, se unen mediante una barra de material conductor, la cual se encuentra aislada lateralmente.  El calor atraviesa la barra provocando que en el recipiente B se derritan 10 gr de hielo por minuto. Entonces, transcurridos 10 minutos, la variación de entropía del universo será:

 

 

 

□ 2,93 cal/K	□ 5,07 cal/K	█ 7,86 cal/K
□ 9 cal/K	□ 80 cal/K	□ 15,2 cal/K

 

Calor intercambiado entre los recipientes

 

 Q = m Lf

 

Donde

Q = calor intercambiado

m = masa de hielo derretido = 10 gr / 1 min 10 min = 100 gr

Lf = calor latente de fusión = 80 cal/gr

 

Reemplazando

Q = 100 gr 80 cal/gr = 8000 cal

 

∆Su = ∆Sm + ∆SA + ∆SB

 

Donde

∆Su = variación de la entropía del universo

∆Sm = variación de la entropía del medio = 0 (recipientes adiabáticos)

∆SA = variación de la entropía del recipiente A = - Q / TA

∆SB = variación de la entropía del recipiente B = Q / TB

Q = calor intercambiado = 8000 cal

TA = temperatura del recipiente A = 100 °C + 273 = 373 K

TB = temperatura del recipiente B = 0 °C + 273 = 273 K

 

Reemplazando

∆Su = 0 – Q / TA + Q / TB = - 8000 cal / 373 K + 8000 cal / 273 K = 7,86 cal/K

 

 

Biofísica Final Ago 24 TD 4 Termodinámica

 Un cuerpo negro ideal irradia energía con una potencia de 4000 W cuando se encuentra a 1000 K de temperatura a la cuarta parte y lo dividimos en varios trozos, de forma tal que el área en contacto con el ambiente se cuadriplica, la potencia total irradiada por todos los trozos será de:

 

□ 1000 W	□ 256 000 W	█ 62,5 W
□ 50 W	300 W	□ 4000 W

 

Pot = σ ε A T^4 (ley de Stefan- Boltzmann)

 

donde

Pot = potencia de radiación

σ = constante de Stefan- Boltzmann

ε = factor de emisividad del cuerpo

A = área del cuerpo

T = temperatura del cuerpo (en Kelvin)

 

Estado 1

Pot = potencia de radiación = 4000 W

A1 = área del cuerpo

T1 = temperatura del cuerpo

 

Estado 2

Pot2 = potencia de radiación

A2 = área del cuerpo = 4 A1

T2 = temperatura del cuerpo = T1 / 4

 

Reemplazando

Pot2 = σ ε A2 T2^4 = σ ε (4 A1) (T1/4)^4 = Pot1 (1/4)^3 = 4000 W / 64 = 62,5 W