FISICA PREUNIVERSITARIA PROBLEMAS RESUELTOS TIPO INGRESO A LA UNIVERSIDAD PDF

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PREGUNTA 1 :
Al observar que un bloque se suelta libremente
desde una altura de 16,0 m, un ingeniero civil
se pregunta: “¿A qué altura del piso la energía
cinética será tres veces su energía potencial
gravitatoria?”. (Considere g=10 m/s2)
A) 4 m
B) 2 m
C) 6 m
D) 8 m
E) 10 m
Resolución
Tema: Conservación de la energía mecánica
Cuando un cuerpo realiza movimiento de caída
libre (solo actúa la fuerza de gravedad), su energía
mecánica se conserva.
Análisis y procedimiento
A
16 m B
h
g
Sea la posición B donde se cumple que
EC E
B
PG
= 3 B
Como la energía mecánica en caída libre se
conserva
E E M
B
M A
=
EC E E
B
PG
B
PG
A

+ =
3EPG E E
B
PG
B
PG
+ = A
4mgh=mg ·16
∴ h=4 m
Respuesta
4 m
PREGUNTA 2 :
Una pelota de 0,4 kg, al ser lanzada verticalmente
hacia arriba, alcanza una altura de 17,50 m. Si
la rapidez inicial de la pelota es de 20,0 m/s,
¿cuál será la diferencia entre su energía cinética
máxima y su energía potencial máxima?
(Considere g=10 m/s2)
A) 20,0 J
B) 30,0 J
C) 40,0 J
D) 50,0 J
E) 10,0 J
Resolución
Tema: Energía mecánica
Energía cinética (EC)
E
mv
C =
2
2
Energía potencial gravitatoria (EPG)
EPG=mgh
Análisis y procedimiento
0,4 kg
20 m/s
v=0
17,5
A
B
La EC será máxima cuando su rapidez sea máxima,
y ello ocurre en el punto de lanzamiento, ya
que luego su rapidez disminuye.
EC(máx)=EA
C
= mv2
2
= 0 4 × 20
2
, 2
=80 J
La EPG será máxima a mayor altura, y ello ocurre,
por dato, a 17,5 m de altura.
EPG(máx)=EB
PG
=mgh
=0,4×10×17,5
=70 J
Entonces
EC(máx) – EPG(máx) =80 – 70
=10 J
Del resultado obtenido, deducimos que la energía
mecánica de la pelota no se está conservando.
Respuesta
10,0 J
PREGUNTA
Un cuerpo de forma cúbica cuya arista mide
10 cm está sumergido hasta la mitad en un líquido
cuya densidad es de 0,9 g/cm3. ¿Cuál es la masa
del cuerpo?
A) 500 g B) 300 g C) 450 g
D) 460 g E) 550 g
Resolución
Tema: Empuje hidrostático
ρlíquido EH
EH=ρlíquido g · Vs (N)
Vs: volumen sumergido en m3
Análisis y procedimiento
Fg
EH
5 cm
10 cm
10 cm
5 cm
1
10
10
3
6 g/cm =1
kg
m
3
3



 

 
1 g/cm =103 kg /m 3 3
ρlíquido=0,9 g/cm3
ρlíquido=0,9×103 (kg/m3)
ρlíquido=900 kg/m3
Vs=10 cm×10 cm×5 cm
=500 cm3
Como
1 cm3=10– 6 m3
→ Vs=500×10 – 6 m3
=5×10 – 4 m3
Como el cubo se encuentra flotando, está en
equilibrio.
Fg(cubo)=EH
mcubo g = líquido g  Vs
mcubo=900×5×10 – 4
=450×10 – 3 kg
Como
1 g=10 – 3 kg
∴ mcubo=450 g
Respuesta
450 g
PREGUNTA
Una centrífuga cambia su rapidez angular uniformemente
de 2π rad/s a 8π rad/s en 3 s. ¿Cuál es
su desplazamiento angular?
A) 4π rad
B) 3π rad
C) 10π rad
D) 15π rad
E) 6π rad
Resolución
Tema: MCUV
Podemos considerar a una centrífuga como un
tambor que gira respecto de un eje que pasa por
su centro geométrico, tal como se indica.
ω0 Δt ωF
eje
Se verifica

 
=
+ 
 
 
F 0 t
2
Donde
θ: desplazamiento angular (rad)
ωF: rapidez angular final (rad/s)
ω0: rapidez angular inicial (rad/s)
t: intervalo de tiempo (s)
Análisis y procedimiento
Nos piden el desplazamiento angular para un
intervalo de 3 s.
θ
v0
eje
ω0=2π rad/s
ωF=8π rad/s
t=3 s
vF
De la ecuación

 
=
+ 
 
 
0
2
F t
   = + 
 
 
2 8
2
3
∴ θ=15π rad
Respuesta
15π rad
PREGUNTA
Un automóvil, en movimiento rectilíneo, acelera
uniformemente desde el reposo hasta alcanzar una
velocidad de 12,0 m/s y, luego, aplica los frenos
desacelerando uniformemente hasta detenerse. Si
el tiempo total de recorrido fue de 15 s, determine
la distancia recorrida.
A) 90 m
B) 180 m
C) 120 m
D) 150 m
E) 80 m
Resolución
Tema: MRUV
Se verifica
d
v0 vF vF+v0
2
a
t
d= t
Análisis y procedimiento
Nos piden la distancia recorrida.
Note que no conocemos ni la aceleración en AB
ni la que tiene en BC.
Dato: t1+t2=15 s
d1 d2
v0=0 vmáx=12 m/s vF=0
A B C
t1 t2
a1 a2
Del gráfico
dtotal=d1+d2 (I)
Hallamos d1.
Tramo AB
d
v v
F t
1
0
2 1
=
+ 
 
 
d1 t1
12 0
2
=
 +
 
 
d1=6t1 (II)
Hallamos d2.
Tramo BC
d
v v
F t
2
0
2 2
=
 +
 
 
d2 t2
0 12
2
= + 
 
 
d2=6t2 (III)
Finalmente, reemplazamos (II) y (III) en (I).
dtotal=6t1+6t2
=6(t1+t2)
dtotal=6(15)
∴ dtotal=90 m
Respuesta
90 m
PREGUNTA
El nivel de intensidad sonora del ladrido de un
perro que está a 5 m de mí es 60 dB. ¿Cuál será
la intensidad del sonido que detecto?
A) 10– 8 W/m2
B) 10– 6 W/m2
C) 10– 4 W/m2
D) 10– 3 W/m2
E) 10– 7 W/m2
Resolución
Tema: Ondas mecánicas
A A
I
I
P
P
fuente
sonora sonido
El sonido emitido por la fuente pasa por las
superficies con la misma potencia, pero con
distinta intensidad.
Sabemos que
P =
cantidad de energía
unidad de tiempo
Se define
I =
cantidad de energía
unidad de tiempo×unidad superficie
De donde
I
P
= 
 
 
A
W
m2
Además el nivel de intensidad (decibeles) es
 = 10
0
log
I
I
donde
• I: intensidad
• I0: intensidad umbral (10–12 W/m2)
Análisis y procedimiento
Nos piden la intensidad de sonido que se detecta.
Graficamos lo que acontece.
perro yo
d=5 m
I B
I
Aquí
percibo
60 dB
Sabemos
 = 10
0
log
I
I
60 10
10 12 = − log
I
6
10 12 = − log
I
→ 10
10
6
12 = −
I
∴ I=10– 6 W/m2
Respuesta
10– 6 W/m2
PREGUNTA
Cuando dos resistencias idénticas se conectan en
paralelo a una batería, la potencia total disipada
por ellos es de 400 W. ¿Qué potencia disiparán si
se conectan en serie a la misma batería?
A) 150 W
B) 50 W
C) 200 W
D) 250 W
E) 100 W
Resolución
Tema: Potencia eléctrica
Como nos proporcionan la fuente de voltaje
constante, podemos calcular la potencia eléctrica
P
V
elect. R =
2
Análisis y procedimiento
Examinamos cada caso.
• Cuando están en paralelo.
R
R
V
REq
P
V
R
V
consumida R
Eq
= = ( )
2 2
2
400 2
2
=
V
R
 = ( ) V
R
2
200 *
• Cuando están en serie.
V
R
R’Eq R
P
V
R
V
R

consumida ‘
Eq
= = ( )
2 2
2
P
V
R
‘consumida =

 

 
1
2
2
De (*)
→ P ‘consumida=100 W
Respuesta
100 W
PREGUNTA
Dos fuerzas, F1 y F 2, cada una de 100 N de magnitud,
actúan sobre un punto, como se muestra en
la figura. Determine la magnitud de la fuerza que
equilibra estas dos fuerzas.
F 0 2
F1
120º
A) 200 N
B) 50 N
C) 100 3 N
D) 100 2 N
E) 100 N
Resolución
Tema: Operaciones con fuerzas
Para sumar fuerzas concurrentes, empleamos el
método del paralelogramo.
F1
F1+F2
F2
Su módulo se determina de la siguiente manera:
F F F F F F      
1 2 1
2
2
2
+ = + + 2 1 2 cos 
Análisis y procedimiento
120º
O
F3
F1+F2
F1=100 N
F2=100 N
Para que las tres fuerzas se equilibren, se debe
aplicar una fuerza F 
3 opuesta a la suma de
F F  
1 y 2, y de igual módulo a dicha suma.
F F F   
3 = 1 + 2
F 
3
= 1002 +1002 + 2×100 ×100 × cos 60º
=100 N
Respuesta
100 N
PREGUNTA
Una fuerza de magnitud 20 N desplaza un cuerpo
6,0 m sobre una superficie horizontal sin fricción.
Halle la potencia desarrollada si el desplazamiento
se realizó en 40,0 s.
A) 3,25 W B) 3,00 W C) 2,80 W
D) 3,50 W E) 2,90 W
Resolución
Tema: Potencia mecánica
Recuerde que
Potencia
trabajo mecánico
tiempo
=
Unidad
J
s
= Watt (W)
Análisis y procedimiento
Nos piden la potencia desarrollada para un tiempo
de 40 s.
Graficamos lo que acontece asumiendo que la
fuerza es horizontal y constante.
F=20 N F
d=6 m
Δt=40 s
liso
Sabemos que
Potencia = =

P
W
t
(*)
Hallamos W.
W= F · d
= 20(6)
W=120 J
Reemplazamos en (*).
P = 120
40
∴ P = 3 W
Respuesta
3,00 W
PREGUNTA
Si un cuerpo de 40 N de peso se encuentra en
equilibrio, como se muestra en la figura, ¿cuál es
la magnitud de la fuerza de rozamiento?
A) 20 N
60º
B) 40 N
C) 40 3 N
D) 20 3 N
E) 30 3 N
Resolución
Tema: Estática
Debemos recordar dos aspectos:
a. El número de fuerzas sobre un cuerpo se
determina de la siguiente manera.
número de fuerzas =número de contactos +1
(con otro cuerpo)
b. Si un cuerpo está en equilibrio, sujeto a dos
fuerzas, entonces deben ser colineales, tener
el mismo valor y las direcciones opuestas.
F F
(v=0)
Análisis y procedimiento
Nos piden el módulo de la fuerza de rozamiento ( fr).
I. Hacemos el DCL del bloque.
fr
fN
Fgcos60º
Fg
Y ‘
X ‘
60º
60º
60º
R
Fgsen60º
II. Descomponemos las fuerzas y aplicamos la 1.a
condición de equilibrio.
En el eje X ‘
F( ) = F( )
fr=Fg sen60º
=

 

 
40
3
2
∴ fr=20 3
Respuesta
20 3 N