TC-12 Física II - fawewfaawefawfwefwe PDF

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========================================================================UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAFÍSICA IITRABAJO COLABORATIVO - Nº 10TEMA: “TEMPERATURA Y DILATACIÓN”ProfesorLic. Julio M. Chicana LópezINTEGRANTES DEL GRUPONº APELLIDOS Y NO...

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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

FÍSICA II TRABAJO COLABORATIVO - Nº 10

TEMA: “TEMPERATURA Y DILATACIÓN” Profesor Lic. Julio M. Chicana López

INTEGRANTES DEL GRUPO Nº

APELLIDOS Y NOMBRES

CÓDIGO

Escribir los números de los problemas resueltos

1

Cutipa Mamani Braham Jamil

20190183

25

43

37

2

Matias Elescano Cristofer Alexander

20190108

21

35

81

3

Paz Arroyo Juan Sebastian (responsable de grupo)

20190104

28

46

125

4

Soto Lume Gabriel Alexander

20190225

20

30

79

5

Tasayco Robles Adrian Enrique

20190292

26

44

121

Fecha de entrega: 24 12 2021

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Nota

Problema 25. Un tubo de acero de 28,0 m de longitud, se instalo cuando la temperatura era de 15º C, se usa para transportar vapor sobrecalentado a la temperatura a 110ºC. El coeficiente de expansión lineal del acero es 1,2x10^-5 K^-1, el modulo de Young es 2,0x10^11 Pa, y el esfuerzo de ruptura es 5,0x10^2 Pa. a) El tubo puede expandirse libremente cuando transporta vapor. ¿En cuánto incrementa su longitud? b) A la temperatura de 15ºC la tubería se aseguro al piso de concreto tal que se impide la expansión lineal. ¿Cuál es la relación entre el esfuerzo térmico en el tubo y el esfuerzo de ruptura del acero, cuando se transporta el vapor? Solución:

Problema 43. Un anillo de cobre de 21,6 g tiene un diámetro de 2,54000 cm a la temperatura de 0ºC. Una esfera de aluminio tiene un diámetro de 2,54533 cm a la temperatura de 100ºC. La esfera se sitúa sobre el anillo, y se deja que ambos lleguen al equilibrio térmico, sin que se disipe calor alguno al entorno. La esfera pasa justamente a través del anillo a la temperatura de equilibrio. Halle la masa de la esfera. Calor especifico del aluminio: 0,212 cal/gºC Calor especifico del cobre: 0,094 cal/gºC Coeficiente de dilatación de aluminio: 24x10^-6 ºC^-1 Coeficiente de dilatación del cobre: 17x10^-6 ºC-1

Solución

Problema 87 La cuerda de la nota SI de una guitarra esta hecha de acero (densidad 7800 kg/m^3), mide 63.5 cm de largo y tiene un diámetro de 0.406 mm. La frecuencia fundamental es f = 247.0 Hz. a) Encuentre la tensión de la cuerda. b) Si la tensión F se cambia por una pequeña cantidad ∆𝐹 , la frecuencia f cambia en una cantidad pequeña ∆𝑓. Demuestre que:

∆𝑓 ∆𝐹 = 2𝐹 𝑓 c) La cuerda se ajusta a una frecuencia fundamental de 247.0 Hz cuando su temperatura es de 18.5º C. El hecho de tocarla vigorosamente puede hacer que la temperatura de la cuerda aumente, cambiando su frecuencia de vibración. Encuentre ∆𝑓 si la temperatura de la cuerda se eleva a 29.5 ºC. La cuerda de acero tiene un módulo de Young de 2.00*10^11 Pa y un coeficiente de expansión lineal de 1.20 *10^-5 ºC^-1. Suponga que la temperatura del cuerpo de la guitarra se mantiene constante ¿La frecuencia de vibración aumentara o disminuirá?

Ejercicio 21: Dos varillas del mismo diámetro, una de bronce de 𝟐𝟓 𝒄𝒎. de longitud, y la otra de acero de 𝟓𝟎 𝒄𝒎. De longitud se colocan extremo a extremo y aseguradas entre dos soportes rígidos. La temperatura de las varillas se eleva 𝟒𝟎°𝑪. ¿Cuál es el esfuerzo en cada varilla? Módulo de Young del acero 𝟐𝟎 𝒙 𝟏𝟎𝟏𝟏 𝒅𝒊𝒏𝒂 𝒄𝒎−𝟐 Módulo de Young del bronce: 𝟏𝟎 𝒙 𝟏𝟎𝟏𝟏 𝒅𝒊𝒏𝒂 𝒄𝒎−𝟐 Coeficiente de dilatación térmica acero 𝟏, 𝟐𝒙𝟏𝟎−𝟓 por °C Coeficiente de dilatación térmica bronce 𝟏, 𝟖𝒙𝟏𝟎−𝟓 por °C

Ejercicio 35: Calcular la temperatura final cuando se mezclan 2 kg. de hielo a -20°C con 10 kg. de agua a 60°C.

Ejercicio 125: Una tubería de vapor de agua de 𝟐. 𝟎𝟎 𝒄𝒎 de radio, que lleva vapor a 𝟏𝟒𝟎°𝑪, está rodeada por una camisa cilíndrica con radios interior y exterior de 𝟐. 𝟎𝟎 𝒚 𝟒. 𝟎𝟎 𝒄𝒎, respectivamente, hecha con un tipo de corcho cuya conductividad térmica es de 𝟒. 𝟎𝟎𝒙𝟏𝟎−𝟐 𝑾/𝒎 ∗ 𝑲. Esta camisa se encuentra rodeada a la vez por una camisa cilíndrica de espuma de poliestireno con conductividad térmica de 𝟏. 𝟎𝟎𝒙𝟏𝟎−𝟐 𝑾/ 𝒎 ∗ 𝑲 y radios interior y exterior de 𝟒. 𝟎𝟎 𝒄𝒎 y 𝟔. 𝟎𝟎 𝒄𝒎, respectivamente (figura

P17.125). La superficie exterior de la espuma de poliestireno está en contacto con aire a 𝟏𝟓°𝑪. Suponga que esta superficie exterior tiene una temperatura de 𝟏𝟓°𝑪. a) ¿Cuál es la temperatura para un radio de 𝟒. 𝟎𝟎 𝒄𝒎?. Donde se unen las dos capas aislantes. b) Calcule la tasa total de transferencia de calor hacia afuera de un tramo de 2.00 m de tubería.

Juan Sebastian Paz Arroyo

Ejemplo 28. Calcule el calor específico de un metal con los siguientes datos. Un recipiente (“calorímetro”) hecho de metal cuya masa es 3,64 kg contiene 13,6 kg de agua. Un pedazo de metal de 1,82 kg de masa, del mismo material del recipiente y con temperatura de 176,7 ºC se echa en el agua. El agua y el recipiente tienen inicialmente una temperatura de 15,5 ºC y la temperatura final de todo el sistema llega a ser de 18,33 ºC.

Juan Sebastian Paz Arroyo

Ejemplo 46. Dos cuartos comparten una pared de ladrillos de 12 cm de grosor, pero están perfectamente aislados en las demás paredes. Cada cuarto es un cubo de 4,0 m de arista. Si el aire de uno de los cuartos está a 10 ºC y el otro a 30 ºC. ¿Cuántos focos de 100 W se necesitarán tener encendidas en el cuarto más caliente para mantener la misma diferencia de temperatura?

Juan Sebastian Paz Arroyo

Una tubería de vapor de agua de 2.00 cm de radio, que lleva vapor a 140°C, está rodeada por una camisa cilíndrica con radios interior y exterior de 2.00 y 4.00 cm, respectivamente, hecha con un tipo de corcho cuya conductividad térmica es de 4.00 * 10–2 W/m*K. Esta camisa se encuentra rodeada a la vez por una camisa cilíndrica de espuma de poliestireno con conductividad térmica de 1.00 * 10-2 W/m*K y radios interior y exterior de 4.00 cm y 6.00 cm, respectivamente (figura P17.125). La superficie exterior de la espuma de poliestireno está en contacto con aire a 15°C. Suponga que esta superficie exterior tiene una temperatura de 15°C. a) ¿Cuál es la temperatura para un radio de 4.00 cm donde se unen las dos capas aislantes. b) Calcule la tasa total de transferencia de calor hacia afuera de un tramo de 2.00 m de tubería.

corcho poliestireno

Ejemplo 20. Una platina de cobre se suelda con dos platinas de acero, como se muestra en la figura. Las tres platinas son iguales, teniendo exactamente la misma longitud a temperatura ambiente. Calcular las fatigas que se producirán al aumentar la temperatura en Δt grados.

Ejemplo 30. Un trozo de 300 g de cobre se calienta en un horno y en seguida se deja caer en un calorímetro de 500 g de aluminio que contiene 300 g de agua. Si la temperatura del agua se eleva de 15ºC a 30ºC ¿cuál era la temperatura inicial del cobre? (Suponga que no se pierde calor.) ¿Cuánto calor se debe agregar a 20 g de aluminio a 20ºC para fundirlo completamente?

ADRIAN ENRIQUE TASAYCO ROBLES

EJEMPLO 26 Una esfera hueca de metal está flotando en el agua a 0 ºC. Si la temperatura del agua se eleva a θ ºC, la esfera se sumerge completamente en el agua sin hundirse. Desprecie la expansión de la esfera. Encuentre la expresión para determinar coeficiente de dilatación cúbica del agua. Solución:

ADRIAN ENRIQUE TASAYCO ROBLES

ADRIAN ENRIQUE TASAYCO ROBLES

EJEMPLO 44 Flujo estacionario a través de una pared compuesta. Capas en “serie”. Determine de la cantidad de calor que fluye en la dirección normal a través de un medio de capas múltiples entre las temperaturas externas 𝑡 y 𝑡 constantes, como se muestra en la figura. Solución:

ADRIAN ENRIQUE TASAYCO ROBLES

ADRIAN ENRIQUE TASAYCO ROBLES

EJEMPLO 121 Las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida contienen aproximadamente el 1.75% del agua total (por masa) de la superficie terrestre; los océanos contienen un 97.5%, y el otro 0.75% es agua subterránea. Suponga que las capas de hielo, que actualmente se encuentran a una temperatura media aproximada de -30°C, de algún modo se deslizan hacia el océano y se derriten. ¿Cuál sería la disminución de temperatura del océano que se produciría como resultado de ello? Suponga que la temperatura media del agua del océano es actualmente de 5.00°C. Solución:

ADRIAN ENRIQUE TASAYCO ROBLES...