Examen Final Junio 2011 (2011)

Examen Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería de Sistemas de Telecomunicación - 1º curso
Asignatura Fonamentos de Física
Año del apunte 2011
Páginas 5
Fecha de subida 16/09/2014
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Departament de Física Aplicada U.P.C.
ETSETB Prueba : FONAMENTS DE FISICA ( test ) 230 00003 01 0 X0 P11 09-06-11 (X0 = grupo) Cada cuestión va seguida de cuatro respuestas; seleccione la mejor en cada caso y márquela en la hoja de respuestas; conteste siguiendo la numeración de la columna de la izquierda (números pequeños) Sólo puede elegir una respuesta en cada cuestión.
Una respuesta correcta: + 1 punto, una respuesta incorrecta – 1/3 de punto, cuestión sin respuesta 0 puntos.
1.- Una partícula describe una trayectoria en el plano xy. En un instante determinado, t = t0, se encuentra en la      G G G posición r t t0 3, 0 i  4, 0 j , su velocidad es v t t0 2, 0 i y su aceleración es a t t0 1, 0 i  1, 0 j (unidades en SI). La componente tangencial de la aceleración en ese instante vale: b) 1,0 m/s2 c) 1,4 m/s2 d) 2,0 m/s2 a) 0 m/s2 2.- La partícula de masa m de la figura está sujeta al techo por una cuerda de longitud fija, describiendo una trayectoria circular de radio R con velocidad angular constante.
La tensión en la cuerda vale: 2 a) mg cos(M ) b) mZ R tan M c) m Z 2 R 2  g 2 M d) m Z 4 R 2  g 2 R Z m 3.- Un bloque de 10 kg de masa reposa sobre una superficie horizontal. El coeficiente de rozamiento estático entre el bloque y la superficie es 0,30 y el coeficiente de rozamiento cinético es 0,25. Una fuerza horizontal de 20 N actúa sobre el bloque hacia la izquierda. La fuerza de rozamiento sobre el bloque es: a) 10 N b) 20 N c) 25 N d) 30 N F 4.- Dos bloques situados sobre una superficie horizontal lisa son empujados hacia la derecha por 2m m una fuerza F. La fuerza que el bloque de menor masa ejerce sobre el de mayor es a) -2F/3 b) -F/3 c) F/3 d) 2F/3 5.- Una cuerda ligera de longitud l está unida a una masa m formando un péndulo simple. Si dejamos libre el péndulo desde el reposo cuando forma un ángulo de 90º con la vertical, la tensión de la cuerda en la parte más baja de la oscilación vale a) mg b) 2mg c) 3mg d) 4mg G 6.- Una partícula de masa m = 100 g describe una trayectoria dada por r t   2, 0t i  1, 0t 2 j (t en s, r en m).
El trabajo realizado sobre la partícula en el intervalo de tiempo desde 0.0 s hasta 1.0 s vale a) 0.05 J b) 0.10 J c) 0.20 J d) no se puede calcular, al no darnos la fuerza resultante que actúa sobre la partícula 35 30 U (J) 25 7.- Un objeto de masa m 0,10 kg se haya sometida al potencial unidimensional U (x) de la figura. Si el objeto parte del origen con una velocidad v0 20 m/s en el sentido de las x positivas. La velocidad en x = 9,0 m será: a) 0 b) 10m/s c) 20m/s d) ninguna ya que no puede llegar a x = 9 m 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x (m) 8.- Sobre una tabla lisa y horizontal, un cuerpo A de masa mA 1,0 kg , que se mueve con  velocidad 2,0 i m/s , choca contra el cuerpo B de masa mB 2,5 kg e inicialmente en reposo.
 Si después del choque la velocidad de A vale 1,0 j m/s , la componente según x de la velocidad de B valdrá     a) -0,4 i m/s b) +0,4 i m/s c) +0,8 i m/s d) +2,0 i m/s 1.0 j ms-1 A A 2.0 i ms-1 9.- Dos botellas idénticas contienen cada una un gas ideal diferente. Ambos gases están a la misma presión y temperatura. Comparando las propiedades del gas en cada botella, tendrán distinto valor a) el número de moles b) el número de moléculas c) la energía cinética media de traslación de las moléculas d) la velocidad cuadrática media de traslación de las moléculas 10.- Comprimimos adiabáticamente 3 moles de un gas ideal monoatómico hasta alcanzar la mitad de su volumen inicial. La relación pfinal/pinicial será igual a: a) 2.0 b) 2.6 c) 3.2 d) 4.0 B 10 11.- Un objeto de masa m y que está sujeto verticalmente por un muelle de constante k, realiza pequeñas oscilaciones alrededor del punto de equilibrio sin ningún tipo de fricción. Nos situamos en un punto por debajo del equilibrio y vemos descender al objeto con una celeridad vdown. La celeridad vup cuando el objeto vuelve a pasar por el mismo punto pero en sentido ascendente será: a) vup>vdown b) vup=vdown c) vup<vdown d) será a, b ó c dependiendo de las condiciones iniciales.
x (m) En la figura se muestra la elongación de un oscilador cuya excitación, realizada por una fuerza armónica, desaparece en el instante t 3 s .
12.- La frecuencia propia de oscilación Z0 vale: a) 3,1 rad/s b) 6,3 rad/s c) 9, 6 rad/s d) 12 rad/s 13.- El factor de calidad Q vale: a) 6 b) 24 d) 48 c) 36 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 t (s) 14.- Una masa de 2,0 kg está sujeta a un muelle de constante recuperadora 1,0 N/m y oscila en un medio viscoso de rozamiento 0,4 kg/s. La energía media, por ciclo, del oscilador: a) es de la forma E t E 0 e t c) es de la forma E t E 0 e 5 t 10 .
.
b) es de la forma E t E 0 e t 5 .
d) permanece constante 15.- En un medio elástico una cierta variable ondulatoria puede expresarse mediante la función de onda f x, t 1, 0 ˜103 e  4 x 8t , cuyas variables están en unidades SI. La velocidad de propagación de dicha onda 2 valdrá a) 2, 0 m/s b) 0,50 m/s 16.- En una cuerda de impedancia Z transversal es y x, t -3 a) 0,8·10 kg/m c) 2, 0 m/s d) 8, 0 m/s 50 kg/s se propaga una onda armónica cuya función de desplazamiento 3cos 4 x  100t . Calcule la densidad lineal de masa de la cuerda b) 0,5 kg/m c) 1,4 kg/m d) 2,0 kg/m 13 N Resp 1 B 2 D 3 B 4 B 5 C 6 C 7 D 8 C 9 D 10 C 11 B 12 D 13 D 14 B 15 A 16 D Departament de Física Aplicada U.P.C.
ETSETB FONAMENTS DE LA FISICA ( Problemas ) Notas Test: viernes día 10 Solución problemas: viernes día 10 Periodo alegaciones: del lunes 13 al martes 14 inclusive P11 9-06-11 Notas provisionales: Lunes día 13 Notas finales examen: miércoles día 15 Todas las comunicaciones (soluciones y notas) se realizarán a través de Atenea 1- Un automóvil recorre una pista circular plana de 500 m de radio. En un instante dado su celeridad, que se incrementa a un ritmo 1, 0 m/s 2 , vale 30 m/s . Calcule, en ese instante: a) La componente tangencial de la aceleración.
b) La componente normal de la aceleración.
2- La gráfica muestra la energía potencial U x de una partícula de masa m = 500 g: a) Determine la fuerza que actúa sobre la partícula en: a. x 0, 6 m b. x 2, 0 m .
Si en un cierto instante la partícula se encuentra en la posición x 0, 40 m moviéndose con una celeridad de v 3,3 m/s según el sentido negativo del eje x: b) Calcule la energía mecánica de la partícula Si ahora la partícula se encuentra en la coordenada x 0 -1 con una energía mecánica E 0,8 J : c) Calcule la máxima celeridad que puede alcanzar la partícula d) Determine la posición o posiciones donde el movimiento de la partícula cambia de sentido 2 U (J) 1,5 1 0,5 x (m) 0 -0,5 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 -1 -1,5 3- Un cilindro que contiene 5, 00 ˜102 moles de un gas monoatómico, está colocado verticalmente y cerrado por un émbolo que puede moverse sin fricción. Inicialmente (A) el sistema está en equilibrio por lo que la presión en el interior del cilindro vale p A 1,50 bars (1 bar = 105 Pa) a una temperatura TA 300 K .
Bloqueamos el émbolo para que no se mueva y calentamos el gas (B) hasta llegar a una temperatura TB 500 K . Finalmente permitimos que el émbolo se mueva lentamente de tal manera que la expansión se lleva a cabo en condiciones isotérmicas, alcanzando de nuevo el equilibrio (C) a una presión de pC 1,50 bars . Calcule ( R 8,31 J mol K ): a) el volumen inicial VA b) la presión en B, pB c) Represente los procesos A o B y B o C en un diagrama pV.
d) Calcule el calor absorbido en el proceso A o B , QAB .
e) Calcule el trabajo realizado sobre el gas en el proceso B o C , WBC .
25 g , está conectada a un muelle con constante elástica k 15 N/m . Sobre la masa también actúa & & una fuerza de rozamiento Fv bv , b 0,020 kg/s y una fuerza dependiente del tiempo Fe t F0 cos Zt , 4- Una masa m F0 0,18 N . En régimen permanente calcule: a) la frecuencia de resonancia del sitema, Z0 b) el valor del módulo de la impedancia en condiciones de resonancia c) la amplitud del movimiento y su fase respecto a Fe en condiciones de resonancia d) la componente real Z Re e imaginaria Z Im de la impedancia para Z e) la amplitud y la fase de la velocidad para Z 25 rad/s 25 rad/s Soluciones: dv 1,0 m/s 2 dt a) at P1 v2 R b) an 1,8 m/s 2 2 U (J) 1,5 P2 1  a) a. F dU dx  1, 7  1,5 1  0, 2 0,5 4N -1 -0,5 b. F=0 b) E x c) 1 2 mv  U 0, 40m 2 0,40m Ek  U Ÿ vmax E 0,8 J;U 0 E d) U x nRTA Ÿ VA 0 0,5 1 1,5 2 -1 2,7 J+ 0,8 J 1,9 J ½ ° ¾ Ÿ vmax ° ¿ -1,5 0,9 m/s 83 ˜105 m3 p AVA TB TA VA nRTB Ÿ pB b) pBVB E  U min m -1 J -0,5 ­ x +0,4 m -0,8 J Ÿ ® ¯ x -0,3 m E a) p AVA P3 2 x (m) 0 pA 0,83 l p (bars) B TB =2,5 bar TA c) d) WAB 0 ; QAB ncv TB  TA 3 n R TB  TA 125 J 2 e) VC C WBC  ³ pdV nRTB ³ B VC WBC P4 nRTC pC nR F0 bZ0 d) Z Re (Z ) b v0 (Z §V · nRTB ln ¨ C ¸ © VB ¹ A b) Z Z 0,37 m 37 cm M 0,020kg / s 25rad / s) C V (l) TB pA §p · nRTB ln ¨ B ¸ 106 J © pA ¹ k a) Z0 24,5 rad/s m c) A Z0 e) VB dV V Z (Z  S 2 Z0 b 0,020 kg/s  IZ Z Im (Z ) F0 25rad / s )  mZ  6,0m / s S 2 k Z 90º 0,025kg / s M M Z 0,90rad 2,5 ...