TAREA UN 3 FISICA

Cordial saludo estimados estudiantes, en este foro podrn evidenciar su trabajo en grupo.De similar manera a las unidades 1 y 2, las actividades a realizar en la unidad 3 son:1.Resumen donde se identifiquen los principales conceptos y formulas necesarias para resolver cada uno de los 5 problemas escogidos de la unidad 3.2.Revisar el resumen de la unidad 3 realizadoporalguno de sus compaeros.3.Solucin de los 5 problemas escogidos de la unidad 3.4.Revisin a las soluciones de la unidad 3 hechas por alguno de tus compaeros.5.Anlisis grupal a 5 problemas solucionados en la unidad 3.EJERCICIOS

1. Tema 1: Movimiento oscilatorio (Serway & Jewett Jr., 2008)Ejercicio 7. Un objeto de 2.00 kg unido a un resorte se mueve sin friccin y es impulsado por una fuerza externa conocida por F = (3.00 N) sen (2t). La constante de fuerza del resorte es de 20.0 N/m. Determine a) el periodo y b) la amplitud del movimiento.

El movimiento oscilatorio es aquel movimiento alrededor de un punto de equilibrio que deber estar de manera estable. El movimiento puede ser simple o completo.

Los puntos de equilibrio mecnico son, en general, aquellos en los cuales la fuerza neta que acta sobre la partcula es cero. Si el equilibrio es estable, un desplazamiento de la partcula con respecto a la posicin de equilibrio (elongacin) da lugar a la aparicin de una fuerza restauradora que devolver la partcula hacia el punto de equilibrio.

El movimiento armnico simple constituye un ejemplo de movimiento oscilatorio. Se llama as al movimiento descrito por la ecuacin

Donde:

, es la elongacint, es el tiempoA\, es la amplitud o elongacin mxima., es la frecuencia angular, es la fase inicial

Movimiento vibratorio armnico simple (m.v.a.s.), es un movimiento peridico, y vibratorio en ausencia de friccin, producido por la accin de una fuerza recuperadora que es directamente proporcional a la posicin. Y que queda descrito en funcin del tiempo por una funcin senoidal (seno o coseno). Si la descripcin de un movimiento requiriese ms de una funcin armnica, en general sera un movimiento armnico, pero no un m.a.s.

Respecto a su posicin de equilibrio. En un desplazamiento a lo largo del eje Ox, tomando el origen O en la posicin de equilibrio, esta fuerza es tal que , donde k es una constante positiva y x es la elongacin. El signo negativo indica que en todo momento la fuerza que acta sobre la partcula est dirigida haca la posicin de equilibrio; esto es, en direccin contraria a su elongacin (la "atrae" hacia la posicin de equilibrio).

Aplicando la segunda ley de Newton, el movimiento armnico simple se define entonces en una dimensin mediante la ecuacin diferencial

Siendo la masa del cuerpo en desplazamiento. Escribiendo se obtiene la siguiente ecuacin donde es la frecuencia angular del movimiento:

La solucin de la ecuacin diferencial (2) puede escribirse en la forma

donde:

es la elongacin o desplazamiento respecto al punto de equilibrio.es laamplituddel movimiento (elongacin mxima).es lafrecuencia angulares eltiempo.es la fase inicial e indica el estado de oscilacin o vibracin (o fase) en el instantet= 0 de la partcula que oscila

Adems, la frecuencia de oscilacin puede escribirse como esto:

, y por lo tanto el periodo como

La velocidad y aceleracin de la partcula pueden obtenerse derivando respecto del tiempo la expresin .

VelocidadLa velocidad instantnea de un punto material que ejecuta un movimiento armnico simple se obtiene por lo tanto derivando la posicin respecto al tiempo:

AceleracinLa aceleracin es la variacin de la velocidad del movimiento respecto al tiempo de espera y se obtiene por lo tanto derivado la ecuacin de la velocidad respecto al tiempo de encuentro

Amplitud y fase inicialLa amplitudy la fase inicialse pueden calcular a partir de las condiciones iniciales del movimiento, esto es de los valores de la elongaciny de la velocidadiniciales.

2.Tema 2: Movimiento ondulatorio (Serway & Jewett Jr., 2008)Ejercicio 11. Una soga tensa tiene una masa de 0.180 kg y una longitud de 3.60 m. Qu potencia se debe suministrar a la soga para que genere ondas sinusoidales que tengan una amplitud de 0.100m y una longitud de onda de 0.500 m y viajen con una rapidez de 30.0 m/s?.

Se conoce al movimiento ondulatorio como la propagacin de una onda por un medio material o en el vaco. Sin que exista la transferencia de materia ya que sea por ondas mecnicas o electromagnticas.

Una onda es una perturbacin de alguna propiedad de un medio (densidad, presin, campo elctrico, campo magntico,...).

La onda transporta energa, de esta manera todo tipo de onda se adquiere ms fcil ya sea haciendo una ecuacin o sustituyendo la respuesta ms rpidamente, las ondas se pueden clasificar en mecnicas y no mecnicas dependiendo su medio de propagacin, en su funcin de su propagacin como escalares, vectoriales, por su periodicidad ondas peridicas o ondas no peridicas y en funcin de su funcin frente de onda podrn ser unidimensionales, bidimensionales o superficiales y tridimensionales o esfricas.

La Frecuencia: La cantidad de veces por segundo en que la onda alcanza un valor dado de energa. Fase: Determina el valor de energa en un instante inicial; este parmetro es de inters segn la aplicacin.

La forma matemtica es: A x Seno (2 x PI x F + P)

Siendo A la amplitud, PI=180, F la frecuencia y P la fase.

Descripcin matemtica del movimiento ondulatorio armnico: Ondas armnicas

Como hemos visto en la descripcin de la propagacin, la ecuacin y=f(x-vt) describe la propagacin de una perturbacin, que est representada por la funcin f(x), sin distorsin, a la largo del eje X, hacia la derecha, con velocidad v.

Muchos movimientos que se producen en la naturaleza se explican mediante una ecuacin que contiene la funcin seno o coseno. .

La funcin y (x, t) que contiene una funcin seno o coseno se denomina funcin armnica.

y(x,t)=A sen k(x-vt)

Las caractersticas de esta funcin de dos variables, son las siguientes:

La funcin seno es peridica (peridicamente, al aumentar t, vara entre +1 y -1) : se repite cuando el argumento se incrementa en 2p. Qu valor debe tener "k" para la funcin sea perodica?.

La funcin y (x, t) se repite cuando x se incrementa en 2p /k. . En efecto al multiplicar por "k" los miembros del argumento, ese trmino vale 2p:

Si el argumento se incrementa en 2p, la funcin toma el mismo valor que tena sin 2p.

Los puntos de una cuerda que vibra (o de cualquier medio perturbado por una onda) estn en fase -tiene el mismo valor de la funcin "y" que es la que da su separacin de la posicin de equilibrio-, cuando estn separados por una distancia igual a: 2p / k. A este valor se le llama longitud de onda

= 2 / k.

El argumento de la funcin hace que sea una funcin peridica, de periodo espacial o longitud de onda = 2 / k, cuyos valores se repiten peridicamente a una distancia igual a la longitud de onda.

La magnitud k se denomina nmero de onda.

La funcin y (x,t) describe la posicin respecto al punto de equilibrio de un punto del medio, situado a una distancia "x"del origen, por el que se propaga una perturbacin que le comunica un Movimiento Vibratorio Armnico Simple y (x,t)=Asen (kx- wt)

A es la amplitud o separacin mxima respecto al punto de equilibrio La frecuencia angular es : w=k v ( "v" es la velocidad de avance de la onda en el medio por el que se propaga- v= / T )

El periodo de la oscilacin en cada punto viene dado por T=2 / w,, y la frecuencia por u=1 / T La ecuacin w=kv, nos permite relacionar el periodo espacial o longitud de onda y el periodo de la oscilacin T.

3.Tema 3: Temperatura (Serway & Jewett Jr., 2008)Ejercicio 16. Un auditorio tiene dimensiones de 10.0 m X 20.0 m X 30.0 m. Cuntas molculas de aire llenan el auditorio a 20.0C y una presin de 101 kPa?

El principal concepto para darle solucin al ejercicio 16 del tema tres, es obviamente la temperatura, como lo informa en el mdulo es muy complicado para nosotros determinar las diferencias entra calor y temperatura, ya que en muchas ocasiones cuando existe un aumento de temperatura, es por qu de la misma manera existe un aumento en el calor, determinando que la temperatura es medida energtica cintica de las molculas que componen un cuerpo.

La principal herramienta utilizada para medir de manera confiable la temperatura de un cuerpo es un termmetro y se mide por medio de las escalas Celsius o centgrados, Fahrenheit y Kekvin,

La ley de Gay-Lussac1 establece que la presin de un volumen fijo de un gas, es directamente proporcional a su temperatura.

Donde P = Presin T= Temperatura y K = una constante

Despejando que igual a:

Con la finalidad de encontrar en Volumen general se utiliza la formula

El volumen es igual a la constante por N, que es el nmero de moles, despejando esta frmula se establece que:

4.Tema 4: Primera ley de la termodinmica (Serway & Jewett Jr., 2008)Ejercicio 23. Un ventanal de vidrio tiene un rea de 3.00 m2 y un grosor de 0.600 cm. La diferencia de temperatura entre sus caras es de 25.0C, cul es la rapidez de transferencia de energa por conduccin a travs de la ventana?

Para este tema se utiliza la primera Ley de la termodinmica, que es la generalizacin del principio de conservacin de Energa, esta ley establece que si a un sistema se le suministra calor, con este calor se cambiara la energa interna de este sistema.

Para la transferencia de calor o energa, esta se puede dar por tres diferentes procesos, conduccin, conveccin y radiacin, para el desarrollo del ejercicio 23 del tema 4, nos piden realizarlo por el mtodo de conduccin, que se refiere al proceso de trasferencia de calor por medio del transporte en este mismo, entre los ejemplos mas comunes, tenemos el del paso de calor por medio de una varilla o un metal, teniendo en cuenta que el metal es un muy buen trasmisor de energa, encontramos que si calentamos un extremo de esta varilla, o tubo metlico, automticamente el calor se va pasando de extremo a extremo calentando en su totalidad el metal, para este caso utilizaremos como elemento de conduccin el vidrio, cada elemento tiene un coeficiente de conduccin del calor, para el vidrio esta entre 0,6 y 1 (W/(mK)).

Ver tabla de conduccin de energa o calor: http://es.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_conductividad_t%C3%A9rmica.

Por la ley de Fourier se establece la siguiente formula:

Donde: = Calor transmitido por unidad de tiempo.

K = Conductividad trmica. A = rea de sup de contacto. Diferencia de temperatura entre focos.= Espesor del material.

5.Tema 5: Teora cintica de los gases (Serway & Jewett Jr., 2008)Ejercicio 27. Considere 2.00 moles de un gas ideal diatmico. a) Encuentre la capacidad trmica total como la define la ecuacin Q=CT a volumen constante y la capacidad trmica total a presin constante, si supone que las molculas giran pero no vibran. b) Qu pasara si? Repita el inciso a), si supone que las molculas giran y vibran.

Este es un punto de la teora conocida como fsico qumica, en donde se involucra el comportamiento y las propiedades de los gases, tambin se conoce como ley de los gases ideales, esta teora se desarroll base a los estudios de fsicos como los don Daniel Bernoulli desde los siglos XVIII.

Los principales teoremas de la teora cintica son los siguientes:

El nmero de molculas es grande y la separacin media entre ellas es grande comparada con sus dimensiones. Por lo tanto ocupan un volumen despreciable en comparacin con el volumen del envase y se consideran masas puntuales. Las molculas obedecen las leyes de Newton, pero individualmente se mueven en forma aleatoria, con diferentes velocidades cada una, pero con una velocidad promedio que no cambia con el tiempo. Las molculas realizan choques elsticos entre s, por lo tanto se conserva tanto el momento lineal como la energa cintica de las molculas. Las fuerzas entre molculas son despreciables, excepto durante el choque. Se considera que las fuerzas elctricas o nucleares entre las molculas son de corto alcance, por lo tanto solo se consideran las fuerzas impulsivas que surgen durante el choque. El gas es considerado puro, es decir todas las molculas son idnticas. El gas se encuentra en equilibrio trmico con las paredes del envase.

La presin puede calcularse De las frmulas para la energa cintica y la temperatura se tienen caractersticas, tales como

En donde kBes laconstante de Boltzmanny T la temperatura enkelvin. Sustituyendo los valores, se obtiene que

Dondevse mide en m/s,Ten kelvin y mmenuma.Para una temperatura estndar la velocidad promedio de las molculas de gas son: Dihidrgeno1846 m/s Dinitrgeno493 m/s Dioxgeno461 m/sLas velocidades ms probables son un 81,6% de estos valores.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

TORRES, DIEGO. (Bogot D.C). 100413 FISICA GENERAL, UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA, ESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA, PROGRAMA CIENCIAS BSICAS, NOVIEMBRE de 2012.

GARCA, JEAN. MOVIMIENTOS OSCILATORIOS, http://fafisica114.wikispaces.com/MOVIMIENTOS+OSCILATORIOS.

TEMAS DE FSICA, MOVIMIENTO ONDULATORIO, http://micursofisica.blogspot.com/p/movimiento-ondulatorio.html.

MOVIMIENTO ARMNICO SIMPLE. https://www.youtube.com/watch?v=yWajRrhrDlQ.

AMPLITUD, FRECUENCIA, PERIODO Y DESPLAZAMIENTO EN EL MOVIMIENTO ARMNICO SIMPLE. https://www.youtube.com/watch?v=mWo28iAwluY.

FSCA004 2 4 4 TEORA CINTICA DE LOS GASES. https://www.youtube.com/watch?v=hgsvzpGaTek.

ECUACIN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES PV=NRT-EQUATION OF STATE FOR IDEAL GASES. https://www.youtube.com/watch?v=lKVyn7BSZ8g.

PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICA, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/firlaw.html.