MOMENTO DE EVALUACION: INTERMEDIAUNIDAD 3: TRABAJO INDIVIDUALResumen: OSCILACIONES Y TERMODINAMICA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAEscuela: ECBTICERES VALLE DEL GUAMUEZ19/04/2015ContenidoINTRODUCCION3Tema 1: Movimiento oscilatorio4Ejercicio 2.4Tema 2: Movimiento ondulatorio7Ejercicio 10.7Tema 3: Temperatura8Ejercicio 13.8Tema 4: Primera ley de la termodinmica11Ejercicio 18.11Tema 5: Teora cintica de los gases14Ejercicio 24.14CONCLUSIONES16REFERENCIAS17

INTRODUCCIONEste trabajo es realizado con el fin de responder a los objetivos establecidos por la gua de actividades de la unidad 3 de la asignatura de fsica general. La importancia de la realizacin de este trabajo es resolver los ejercicios en torno a la temtica de oscilaciones y termodinmica correspondientes a la unidad 3 de fsica general. El curso que nos ocupa en este material, presenta diversas temticas que hacen parte de esa gran herramienta formal. Las temticas que se exponen son Movimiento oscilatorio, Movimiento ondulatorio, Temperatura, Primera ley de la termodinmica, Teora cintica de los gases, donde se encontraran en cada temtica, conceptos bsicos, y las respectivas frmulas que podrn ser las adecuadas para dar solucin a los ejercicios planteados.

DESARROLLO DEL TRABAJOTema 1: Movimiento oscilatorioEjercicio 2. Un oscilador armnico simple tarda 12.0 s en someterse a cinco vibraciones completas. Encuentre a) el periodo de su movimiento, b) la frecuencia en Hertz y c) la frecuencia angular en radianes por segundo. CONCEPTOS:MOVIMIENTO OSCILATORIO. El movimiento oscilatorio es un movimiento en torno a un punto de equilibrio estable. 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. En trminos de la energia potencial los puntos de equilibrio estable se corresponden con los mnimos de la misma.[footnoteRef:1] [1: Wikispaces: movimiento oscilatorio. ]

Se dice que una partcula que se mueve a lo largo del eje x realiza un movimiento armnico simple cuando su desplazamiento respecto a su posicin de equilibrio vara con el tiempo.Para dar un significado fsico a dichas constantes, es conveniente formar una representacin del movimiento al graficar x como funcin de t. Primero, A, llamada la amplitud del movimiento, es simplemente el mximo valor de la posicin de la partcula en la direccin x positiva o negativa.Para dar un significado fsico a dichas constantes, es conveniente formar una representacin del movimiento al graficar x como funcin de t. Primero, A, llamada la amplitud del movimiento, es simplemente el mximo valor de la posicin de la partcula en la direccin x positiva o negativa.La constante se llama frecuencia angular y tiene unidades1 de rad/s. Es una medida de que tan rpido se presentan las oscilaciones; mientras ms oscilaciones por unidad de tiempo haya, ms alto es el valor de . A partir de la ecuacin, la frecuencia angular es:

El periodo T del movimiento es el intervalo de tiempo requerido para que la partcula pase a travs de un ciclo completo de su movimiento. Es decir, los valores de x y v para la partcula en el tiempo t iguala los valores de x y v en el tiempo t + T. Porque la fase aumenta en 2 radianes en un intervalo de tiempo de T,

Al simplificar esta expresin se obtiene T= 2 , o:

El inverso del periodo se llama frecuencia f del movimiento. Mientras que el periodo es el intervalo de tiempo por oscilacin, la frecuencia representa el nmero de oscilaciones que experimenta la partcula por unidad de intervalo de tiempo:

Las unidades de f son ciclos por segundo, o Hertz (Hz). Reordenar la ecuacin produce:

De este modo el periodo y la frecuencia dependen solamente de la masa de la partcula y de la constante de fuerza del resorte y no de los parmetros del movimiento, como A o .Como es de esperar, la frecuencia es mayor para un resorte ms rgido (mayor valor de k) y disminuye con la masa creciente de la partcula.FORMULAS A UTILIZAR:

Propuesta de solucin: Con estas frmulas se pueden encontrar los datos que nos piden en el ejercicio, ya que tenemos las formulas del periodo, frecuencia y la frecuencia angular. Igualmente tenemos un dato que nos facilita la solucin.Tema 2: Movimiento ondulatorioEjercicio 10. Un cordn de telfono de 4.00 m de largo, que tiene una masa de 0.200 kg. Un pulso transversal se produce al sacudir un extremo del cordn tenso. El pulso hace cuatro viajes de atrs para adelante a lo largo del cordn en 0.800 s. Cul es la tensin del cordn? CONCEPTOS:El movimiento ondulatorio puede considerarse como un transporte de energia y cantidad de movimiento de una regin a otra del espacio sin que tenga lugar ningn transporte neto de materia[footnoteRef:2]. [2: FISICA I. Movimientos oscilatorios y ondulatorios.]

En cuanto al tipo de medio material en que se pueden propagar, podemos dividir las ondas en dos grandes grupos:Ondas mecnicas: En este caso las ondas se originan mediante una perturbacin en el espacio que se propaga a travs de un medio material debido a sus propiedades elsticas. Ejemplos de este tipo de ondas son las ondas sonoras (vibraciones de las molculas de aire que se transmiten de unas a otras), ondas en la superficie de un estanque, ondas en una cuerda, ondas ssmicas, etc.Ondas electromagnticas: Estas ondas no necesitan de ningn medio material para propagarse. Pueden hacerlo en el vaco. La energia y el momento son transportados por campos elctricos y magnticos que se propagan conjuntamente en el espacio. Ejemplos de estas ondas son las ondas luminosas, las ondas de radio o televisin, las ondas de telefona mvil, los rayos X, etc.Un pulso es una onda de extensin relativamente corta, interesante desde el punto de vista terico porque permite visualizar el comportamiento genrico de cualquier onda. Matemticamente, un pulso se puede representar como una cierta funcion, y = f(x), que se mueve con una cierta velocidad.Por ejemplo, un pulso es el resultado de mover el extremo de una cuerda horizontal (estando el otro extremo sujeto a un punto) con fuerza arriba o abajo durante un breve intervalo de tiempo.FORMULAS A UTILIZAR:

Propuesta de solucin: Con las formulas anteriormente citadas, podremos dar solucin al problema planteado, teniendo en cuenta el anlisis del ejercicio y la conceptualizacin. Antes de encontrar la tensin, primero hallamos la velocidad (v) y la masa por unidad de longitud (). Ya que tenemos los datos de masa y longitud, y tiempo.Tema 3: TemperaturaEjercicio 13. El punto de fusin del oro es 1 064C, y su punto de ebullicin es 2 660C. a) Exprese estas temperaturas en kelvin. b) Calcule la diferencia entre estas temperaturas en grados Celsius y en kelvin. CONCEPTOS:La temperatura es la magnitud fsica que mide la cantidad de energa trmica que tiene un cuerpo o un sistema. Las molculas que forman todos los cuerpos estn siempre en movimiento. La temperatura nos informa del grado de agitacin de las partculas de un cuerpo y equivale al valor promedio de la energa de todas sus partculas[footnoteRef:3]. [3: 4 Curso de E.S.O. el calor y la temperatura.]

La unidad de temperatura en el S.I. es el grado Kelvin (K) de la escala absoluta. Pero la escala que se utiliza normalmente es la escala Centgrada, en la que la unidad es el grado centgrado (C) es la temperatura de fusin del hielo; y el valor de 100C, es la temperatura de ebullicin del agua.Escalas termomtricas:Escala centgrada toma como puntos de referencia las temperaturas de fusin y ebullicin. Del agua a una atmsfera de presin y se les asigna valores de 0 a 100.Escala Fahrenheit: Hace corresponder los mismos puntos con 32 F y 212 F. La escala se divide en 180 partes iguales.Escala Kelvin. No es una escala arbitraria; su cero se sita en el punto de la temperatura mnima posible, donde los tomos y las molculas estaran en reposo. Este punto se corresponde aproximadamente con 273 C. La unidad de temperatura en el S.I. es el Kelvin (K).

Imagen 1: escalas termomtricas.Transformaciones: De Grados Centgrados a Kelvin se pasa aadiendo a los G. Centgrados 273 unidades. C KK =C + 273.Para esta transformacin: C F. La transformacin se complica al tener diferente escala. Tenemos que aplicar las siguientes formulas:

FORMULAS A UTILIZAR:K =C + 273.Propuesta de solucin: Expresar las temperaturas en Kelvin K= C + 273, siendo K la temperatura expresada en grados Kelvin. Restar los resultados para saber la diferencia: se restan el de mayor con el de menor para poder saber las diferencias, despus convertirlo a kelvin y de la misma manera se realiza la resta. Adems tenemos los datos en grados Celcius.Tema 4: Primera ley de la termodinmicaEjercicio 18. La temperatura de una barra de plata se eleva 10.0C cuando absorbe 1.23 kJ de energa por calor. La masa de la barra es 525 g. Determine el calor especfico de la plata. CONCEPTOS:La primera ley no es otra cosa que el principio de conservacin de la energa aplicado a un sistema de muchsimas partculas. A cada estado del sistema le corresponde una energa interna U. El trabajo necesario para cambiar el estado de un sistema aislado depende nicamente de los estados inicial y final, y es independiente del mtodo usado para realizar el cambio.CALOR (Q).El calor es energa en trnsito, cuando la transferencia de un cuerpo a otro sucede por medios no mecnicos, a causa de la diferencia de temperatura entre los cuerpos. El concepto de calor es similar al concepto de trabajo tomado ste como la medida de la energa que es transferida mediante un proceso mecnico. Debe distinguirse con precisin entre calor como forma de energa en trnsito y energa trmica (llamada energa interna) como propiedad del sistema, ya que no todo el calor transferido a un sistema se convierte necesariamente en energa trmica o interna[footnoteRef:4]. [4: Escuela de Fisica. Termodinmica.]

La unidad de calor del sistema ingls es la BTU (Unidad Trmica Britnica) y es la cantidad de calor que es necesario suministrar a una libra de agua para elevar su temperatura de 63F a 64F. Equivalencias: 1 BTU = 252 Cal. = 0.252 Kcal.Definimos Calor Especfico de una sustancia como la cantidad de Energa (Q) que hay que proporcionar a 1 kg., de esta para elevar su temperatura 1 kelvin. Esto se expresa de la siguiente manera:

Siendo la variacin de temperatura, la temperatura final o de equilibrio) de la sustancia menos la inicial:T = Tfinal Tinicial.

Imagen 2: tabla de valores de calores especficos de determinadas sustancias.FORMULAS A UTILIZAR:

K =C + 273.Propuesta de solucin: Para hallar el calor especfico. La cantidad de calor Q que se le suministra a un cuerpo de masa m y de calor especfico Ce para elevar su temperatura una cantidad T ser:Q = m*ce *TDnde: El calor Q tiene unidades de energa (Joule), sin embargo para el caso especfico del calor se utilizan unidades especiales como la calora o la unidad trmica inglesa. Mc recibe el nombre de capacidad calorfica del cuerpo, se suele denotar por la letra C, y es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura del cuerpo de masa m en un grado kelvin.Despejando:

Tema 5: Teora cintica de los gasesEjercicio 24. Calcule la masa de un tomo de a) helio, b) hierro y c) plomo. Proporcione sus respuestas en gramos. Las masas atmicas de estos tomos son 4.00 u, 55.9 u y 207 u, respectivamente. CONCEPTOS:Teora cintica de los gases: La teora cintica de los gases explica las caractersticas y propiedades de la materia en general, y establece que el calor y el movimiento estn relacionados, que las partculas de toda materia estn en movimiento hasta cierto punto y que el calor es una seal de este movimiento.Sabemos que los tomos de elementos distintos tienen distinta masa entre s. Por ejemplo, un tomo de hidrgeno tiene distinta masa que un tomo de cobre. El tomo de cobre tiene ms masa; por lo tanto, pesa ms que el tomo de hidrgeno (tiene mayor peso atmico). Los tomos son tan pequeos que no podemos medir (pesar) la masa de un tomo individualmente.No existe una balanza capaz de medir la masa de un solo tomo. Tampoco es posible contar los tomos necesarios para ajustar una determinada combinacin o reaccin qumica entre elementos distintos. Pero lo que s sabemos es que existe el concepto de mol, el cual representa un nmero definido de tomos.Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantas unidades como el nmero de tomos que hay en exactamente 12 gramos de 12C. Se ha demostrado que este nmero es: 6,0221367 x 1023.Se abrevia como 6,02 x 1023, y se conoce como nmero de Avogadro. Podemos expresar la ley de Avogadro as:

FORMULAS A UTILIZAR:

1 = 1,66 * 10- 24 gPropuesta de solucin: conocidos los valores iniciales de cada sustancia, y adems de conocer la constante de Avogadro, utilizamos la formula anterior para hallar la masa de cada elemento. Luego utilizamos la siguiente expresin 1 = 1,66 * 10- 24 g, para hallar el resultado final.

CONCLUSIONESSe comprendi las definiciones y aplicaciones necesarias para dar solucin a los problemas propuestos por la actividad, relacionados con la unidad 3.Se logr la comprensin y aplicacin de los principios de la fsica y sus teoras facilitando el entendimiento y desarrollo de los ejercicios propuestos. Todos y cada uno de los conceptos vistos son indispensables para el buen desarrollo de los ejercicios propuestos en este trabajo.

REFERENCIASWikispaces Classroom. ( ). MOVIMIENTO OSCILATORIO. Consultado el 15/04/2015. Web: https://fafisica115.wikispaces.com/MOVIMIENTO+OSCILATORIOMedina D., A. & Ovejero S., J. (2010/11). FISICA 1: Tema 7. Movimientos oscilatorio y ondulatorio. Consultado el 15/04/2015. Web: http://ocw.usal.es/ensenanzas-tecnicas/fisica-i/contenidos/temas por separado/7 ap oscond1011.pdfSanmartn, J. ( ). 4 Curso de E.S.O. El calor y la temperatura. Consultado el 15/04/2015. Web: http://juansanmartin.net/temas_pdf/calorytemperatura.pdfPea, M. (2007). Escuela de fsica: termodinmica. Consultado el 15/04/2015. Web: https://academica.ues.edu.sv/uiu/elementos_estudio/ciencias_naturales/fisica/termodinamica/termodinamica.pdf