Problemas Fundamentales de Física Aplicada a la Tecnología Industrial

Ejercicios Resueltos de Física Aplicada

Mecánica de Fluidos y Termodinámica

1. Prensa hidráulica: Si el área del pistón de salida es cinco veces mayor que la del pistón pequeño, ¿cómo será la fuerza de salida?

   Respuesta: C. La fuerza será cinco veces mayor.

   Procedimiento: F₂ / F₁ = A₂ / A₁. Si A₂ = 5A₁, entonces F₂ = 5F₁.

2. Principio de Arquímedes: Un objeto pesa 25 N en el aire y 18 N dentro del agua. ¿Cuál es el empuje?

   Respuesta: A. El empuje es 7 N.

   Procedimiento: Empuje = Peso real - Peso aparente. 25 - 18 = 7.

3. Teorema de Torricelli: ¿Qué velocidad lleva el agua al salir de un tanque con 5 m de altura?

   Respuesta: B. 9.9 m/s.

   Procedimiento: v = √(2 · g · h). √(2 · 9.8 · 5) = √98 ≈ 9.9.

4. Ley de los Gases Ideales: Un gas ocupa 0.15 m³ a 250 K. Si sube a 750 K, ¿cuál será el nuevo volumen?

   Respuesta: A. 0.45 m³.

   Procedimiento: V₁ / T₁ = V₂ / T₂. 0.15 / 250 = V₂ / 750. V₂ = 0.45.

5. Transferencia de calor: ¿Qué cantidad de calor necesitan 2 kg de material con calor específico de 400 J/kg°C y un cambio de temperatura de 10 °C?

   Respuesta: C. 8,000 J.

   Procedimiento: Q = m · c · ΔT. 2 · 400 · 10 = 8,000.

6. Calor latente: ¿Cuánto calor se necesita para fundir 0.5 kg de sustancia con calor latente de 200,000 J/kg?

   Respuesta: B. 100,000 J.

   Procedimiento: Q = m · L. 0.5 · 200,000 = 100,000.

7. Ley de Gay-Lussac: Un neumático está a 3.5 atm a 15 °C. Si sube a 45 °C, ¿cuál será la nueva presión?

   Respuesta: B. 3.86 atm.

   Procedimiento: P₁ / T₁ = P₂ / T₂. 3.5 / 288 K = P₂ / 318 K. P₂ ≈ 3.86.

8. Presión en fluidos: En una prensa hidráulica, si se aplican 50 Pa, ¿cuál será la presión en el otro pistón?

   Respuesta: B. 50 Pa.

   Procedimiento: P₁ = P₂. Por principio de Pascal, la presión se transmite íntegramente.

9. Dinámica de fluidos: Si el nivel del agua baja a un cuarto, ¿qué pasa con la velocidad de salida?

   Respuesta: C. Se reduce a la mitad.

   Procedimiento: v ∝ √h. √(1/4) = 1/2.

10. Estado gaseoso: Si el volumen de un gas se duplica y la presión baja a la mitad, ¿qué pasa con la temperatura?

    Respuesta: A. Permanece constante.

    Procedimiento: P · V = T. (1/2) · 2 = 1 (mismo valor).

11. Densidad y flotabilidad: Un cilindro tiene una masa de 160 kg y un volumen de 0.02 m³. ¿Se hunde o flota?

    Respuesta: C. Se hunde.

    Procedimiento: ρ = m / V. 160 / 0.02 = 8,000 kg/m³. Como es mayor que la densidad del agua (1,000 kg/m³), se hunde.

12. Termodinámica de gases: Un gas a volumen constante triplica su presión. ¿Cuál será la nueva temperatura en grados Celsius (considerando T inicial = 27 °C)?

    Respuesta: C. 626.85 °C.

    Procedimiento: P₁ / T₁ = P₂ / T₂. Si P se triplica, T (en Kelvin) también. 300 K · 3 = 900 K. 900 - 273.15 = 626.85 °C.

13. Calorimetría: ¿Cuánto calor necesitan 50 g de agua para aumentar 5 °C?

    Respuesta: C. 250 calorías.

    Procedimiento: Q = m · c · ΔT. 50 · 1 · 5 = 250.

14. Volumen de sólidos: Si un objeto derrama 500 ml de agua al sumergirse, ¿cuál es su volumen?

    Respuesta: A. 500 cm³.

    Procedimiento: 1 ml = 1 cm³. Por tanto, 500 ml = 500 cm³.

15. Prensa hidráulica avanzada: Si la fuerza inicial es 200 N y las áreas son 0.02 m² y 2 m², ¿cuál será la fuerza final?

    Respuesta: D. 20,000 N.

    Procedimiento: F₁ / A₁ = F₂ / A₂. 200 / 0.02 = F₂ / 2. F₂ = 20,000.