Cuestionario de Física Conceptual sobre Primera Ley del Movimiento de Newton-Inercia

Cuestionario de Física Conceptual sobre Primera Ley del Movimiento de Newton-Inercia

1.Supon que una pelota rueda sobre una mesa de billar y termina de detenerse. ¿Cómo interpretaría Aristóteles este comportamiento?. ¿Cómo lo interpretaría Galileo?

Aristóteles consideraría que una fuerza detiene la pelota.

Galileo entendería que la fricción entre la pelota y la mesa detiene la pelota.

2.  ¿Qué tipo de trayectoria seguirían los planetas si la fuerza gravitatoria del Sol cesara repentinamente?

Seguirían en línea recta.

3. ¿Sería correcto decir que la Inercia es la razón por la que un objeto se resista al cambio y persista en su estado de movimiento?

No estrictamente pues se le da el nombre de Inercia aunque se desconoce exactamente la razón de ese comportamiento. Además, el objeto que está en reposo tiende a permanecer en ese estado de reposo.

4. ¿Un bloque de hierro de 2 kilogramos tiene el doble de Inercia que un bloque de hierro de 1 kilogramos?. ¿ Que se podría decir respecto de sus masas , Volúmenes y pesos ( medidos en el mismo lugar )?.

El de 2 kilogramos tiene el doble de Inercia que el de 1 kilogramo porque la masa del primero es el doble que la masa del segundo y la masa es una medida de la Inercia.

El de 2 kilogramos tiene el doble de masa que el de 1 kilogramo porque tiene el doble de materia.

El de 2 kilogramos ocupa el doble de volumen que el de 1 kilogramo si son del mismo material ( igual Densidad ).

El de 2 kilogramos tiene el doble de peso que el de 1 kilogramo porque la aceleración gravitatoria sobre ambos es la misma.

5. ¿Un racimo de plátanos de 2 kilogramos tiene el doble de Inercia que una hogaza de pan de 1 kilogramo?. ¿Tiene el doble de volumen?. ¿Tiene el doble de peso  (medido en el mismo lugar)?.

Tiene el doble de Inercia porque tiene el doble de masa.

No tiene el doble de volumen porque los plátanos tienen distinta densidad.

El de 2 kilogramos tiene el doble de peso porque, siendo la misma aceleración gravitatoria que actúa en ambos casos, el plátano tiene el doble de masa que el pan.

6.Un saco de 1 kilogramo de clavos pesa 9,8 Newtons en la superficie de la Tierra. ¿Cuánto pesara en la Tierra 1 kilogramo de Yogurt?.

En la superficie de la Tierra 1 kilogramo de Yogurt o de cualquier otro material pesará 9,8 Newtons.

7. ¿Qué distinción hizo Aristóteles entre movimiento natural y movimiento violento?.

El movimiento natural no estaba causado por fuerzas ( movimiento de planetas y estrellas ). El movimiento violento estaba causado por fuerzas ( carreta movida por un caballo ).

8. ¿Por qué se resistía Copérnico a publicar sus ideas?.

Porque sus ideas respecto que la Tierra se movía alrededor del Sol era controvertida en su época ( siglos XV y XVI).

9. ¿ Qué efecto tiene la fricción sobre los cuerpos en movimiento?. ¿Cómo puede un objeto mantener una rapidez constante cuando la fricción actúa sobre el ?.

La fricción frena a un cuerpo en movimiento. La rapidez, aún con fricción, es constante si existe una fuerza que la contrarresta.

10.La rapidez de una pelota aumenta cuando esta rueda hacia abajo sobre un plano inclinado y disminuye cuando rueda hacia arriba. ¿Qué ocurre con la rapidez en una superficie horizontal lisa?

Permanece constante por Inercia.

11.Galileo descubrió que una pelota que rueda hacia abajo sobre un plano inclinado adquiere una rapidez suficiente para subir por otro plano. ¿A qué altura llegará la pelota respecto a su altura inicial?

Si no hay rozamiento entre el plano y la pelota, está llegará a la misma altura respecto de la inicial.

12. ¿A que clase de objetos se refiere la Ley de Inercia: a objetos en movimiento, a objetos en reposo o a ambos?. Usar ejemplos para apoyar la respuesta.

A ambos. Ejemplo: un cuerpo que está en reposo tiende a permanecer en ese estado cuando se le aplica una fuerza para moverlo. Un cuerpo que está en movimiento tiende a permanecer en ese estado de movimiento aunque se le aplique una fuerza para frenarlo.

13.La Ley de Inercia establece que no se requiere fuerza alguna para mantener el movimiento.  ¿Por qué entonces es necesario pedalear para mantener una bicicleta en movimiento?.

Para contrarrestar el rozamiento con el pavimento que la haría detenerse.

14.Si desde una nave espacial se dispara una bala de cañón hacia el espacio sin fricción, ¿Cuánta fuerza hay que ejercer sobre la bala  para que se mantenga en movimiento?.

No se necesita fuerza  porque de acuerdo con la Primera Ley de Newton o Ley de Inercia una bala permanece en movimiento con velocidad constante a menos que una fuerza neta actúe sobre ella.

15 ¿Una roca de 2 kilogramos tiene el doble de masa que una roca de 1 kilogramo?, ¿Tiene el doble de Inercia?, ¿Tiene el doble de peso medido en el mismo lugar?.

La de 2 kilogramos tiene el doble de masa que la de 1 kilogramo. La de 2 tiene el doble de Inercia porque la masa es una medida de la Inercia.La de 2 tiene el doble de peso porque la aceleración gravitatoria es la misma.

16. ¿Un decímetro cúbico de plomo fundido tiene el mismo volumen que un decímetro cúbico de jugo de manzana?. ¿Tienen la misma masa?.

El volumen es el mismo porque ocupan el mismo espacio. Las masas son distintas porque las cantidades de materia son distintas.

17. ¿Por qué dicen los físicos que la masa es más fundamental que el peso?.

Porque la masa mide la cantidad de materia que tiene un objeto y no depende del lugar donde ese objeto se encuentre. El peso , en cambio , es una medida de la fuerza gravitacional que actúa sobre ese objeto que depende del lugar donde este se encuentre.

18.En el espacio , lejos de cualquier Fuente de Gravitación, un elefante y un ratón tendrían el mismo peso : cero. Si ambos se movieran hacia nosotros con la misma rapidez, ¿ la colisión tendrá el mismo efecto?. Explicar la respuesta.

El efecto sería muy distinto porque las masas son distintas.

19. ¿ Cuánto pesan dos Kilogramos de Yogurt?.

19,6 Newton ( resultado del producto de 2 Kilogramos.9,8 metros/ segundos al cuadrado )

20.Si dejo caer una moneda desde mi cabeza en un autobús en reposo, la moneda caerá a mis pies. ¿Dónde caerá si el autobús se mueve en línea recta con rapidez constante ?Explicar la respuesta.

Caerá a mis pies pues la moneda viaja conmigo y con el autobús.  Por Inercia: es como si estuviera en reposo.

21.Si viajo en un avión que se desplaza a 600 km/h y una almohada cae en mis piernas desde un compartimento elevado: si el avión viaja tan aprisa, ¿por qué al caer la almohada no va a dar contra la pared posterior de la cabina?, ¿ cual es la velocidad horizontal  de la almohada respecto de Tierra?. ¿y con respecto al interior del avión?.

Cae sobre mis piernas porque tanto yo como la almohada se desplazan a 600 Km/h al igual que el avión.

La velocidad horizontal de la almohada respecto de la Tierra es de 600 Km/h.

La velocidad horizontal de la sialmohada respecto del interior del avión es 0 Km/h.

22.Muchas personas que viajan en automóvil han sufrido lesiones en el cuello en accidentes cuando otro auto los golpea por detrás. ¿Cómo interviene aquí la Ley de Inercia de Newton?. ¿Cómo ayuda el cojín para descansar la cabeza a prevenir este tipo de lesiones?.

Por Inercia y luego del choque por detrás la cabeza no apoyada en el cojín se mueve bruscamente hacia adelante y se lesiona. Con la cabeza apoyada en el cojín este movimiento tiene menos brusquedad y lesiona menos.

23.Supon que colocas una pelota en el centro de un vagón y luego haces que el valor se acelere hacia adelante. Describe el movimiento de la pelota respecto a: a) La Tierra, b)El Vagón.

a)La pelota se mueve con el vagón hacia delante

b)La pelota se mueve hacia atrás del vagón.

24.Si un elefante te persigue, la enorme masa del animal sería un peligro para ti. Pero si corres en zig-zag, la masa del elefante sería una ventaja para ti. ¿Por qué?.

Si al cambiar yo mi dirección de movimiento, el elefante también lo hace, la Inercia aleja más al elefante de un posible impacto contra mi.

25. ¿Cuál de las siguientes cantidades cambia cuando comprimes una esponja: la masa , la Inercia , el volumen o el peso?.

El volumen que ocupa en el espacio

26.Una  de gran masa está suspendida por una cuerda desde arriba, mientras alguien tira de ella lentamente con una cuerda. ¿Dónde es mayor la Tensión: en la cuerda superior o en la inferior?. ¿Cuál de ellas tiene mayor probabilidad de romperse?. ¿Qué Propiedad es más importante aquí: la masa o el peso?.

La Tensión es mayor en la cuerda superior. La cuerda superior tiene mayor probabilidad de romperse. Aquí la Propiedad más importante es la masa de la pelota.

27.Si en vez de tirar de la cuerda inferior con lentitud, se tira de ella con fuerza y repentinamente, ¿Cuál cuerda tiene mayor probabilidad de romperse?. ¿Qué propiedad es importante en este caso: la masa o el peso?.

Es más probable que se rompa la cuerda inferior pues soporta la fuerza que se le aplica y el peso de la pelota. Aquí sigue siendo importante la masa de la pelota.

28.Si quieres ajustar la cabeza floja de un martillo golpeándolo sobre la superficie de una mesa de trabajo;  ¿por qué es mejor sostenerlo: con el mango hacia abajo que con el mango hacia arriba?.  Explicar en términos de Inercia.

Al golpearlo con el mango hacia abajo, la cabeza-por inercia-tiende a meterse en la perforación del mango.

29.Dos recipientes cerrados tienen el mismo aspecto exterior, pero uno de ellos está lleno de plomo y el otro contiene unas cuantas plumas.  ¿Cómo podrías determinar cuál de las dos tiene una masa mayor si ambos recipientes estuvieran flotando en el espacio en condiciones de ingravidez?.

Si se los agita de la misma forma, el que requiere mayor esfuerzo tiene masa mayor.

Cuestionario 3 de Física Conceptual sobre Movimiento

 

Cuestionario 3 de Física Conceptual sobre Movimiento

 

1.La rapidez instantánea de un objeto que cae desde el reposo es de 10 metros / segundo al cabo de 1 segundo. El objeto solo ha recorrido  5 metros al cabo de 1 segundo. ¿Es correcto el valor de ese recorrido?

Si. Es correcto porque 5 metros = ½ .10 m/segundos al cuadrado ( 1 segundo ) elevado al cuadrado.

2. ¿Cuál es luego de 10 segundos la rapidez instantánea de un objeto en caída libre que parte del reposo?.

Es 10 metros/ segundos al cuadrado .( 10 segundos ) = 100 metros/ segundo

3.  ¿Cuál es su rapidez promedio durante ese periodo de tiempo?

(( 0 +100 ) metros/segundo)/2= 50 metros/segundo

4. ¿Qué distancia recorre en ese período?

(50 metros/segundos).10 segundos = 500 metros.

5. ¿Cuál será la velocidad de un auto que , partiendo del reposo, acelera a 2 metros/ segundos al cuadrado durante 10 segundos?

(2 metros/segundos al cuadrado).10 segundos= 20 metros/ segundo

6.  ¿Con que rapidez debemos lanzar una pelota hacia arriba para que permanezca en el aire durante 10 segundos?(Despreciar la resistencia del aire )

Si el tiempo total que permanece en el aire es de 10 segundos, significa que demora 5 segundos en alcanzar la altura máxima y otros 5 segundos en volver al piso.

La velocidad en el punto de máxima altura es 0 metros/segundo.

Por lo tanto: 0 metros/ segundo = velocidad inicial de lanzamiento – (10 metros/ segundos elevados al cuadrado).5 segundos.

La velocidad inicial es, entonces, de 50 metros / segundo.

Cuestionario 2 de Física Conceptual sobre Movimiento.

Cuestionario 2 de Física Conceptual sobre Movimiento.

 

1.    ¿Por qué un objeto que se acelera puede conservar una rapidez constante pero no una velocidad constante?

Porque cambia su dirección. Ejemplo: un objeto que realiza un movimiento circunferencial a rapidez constante tiene aceleración centrípeta de módulo constante pero su velocidad es variable al cambiar de dirección.

2.La luz viaja en línea recta con una rapidez constante de 300000 km/seg. ¿Cuál es su aceleración?.

Es nula porque la rapidez y la dirección son constantes.

3.¿Qué tiene mayor aceleración moviéndose en línea recta: un auto cuya rapidez  aumenta de 50 a 60 km/h o una bicicleta que pasa de 0 a 10 km/h en el mismo intervalo de tiempo?. Justificar respuesta.

La aceleración es la misma para ambos casos porque para el mismo intervalo de tiempo la variación de velocidad es la misma.

4a) ¿Cuánto aumentaría a cada segundo la indicación de la rapidez de un velocímetro montado sobre una piedra en caída libre?.

Aumentaría en 9,8 metros / segundo en cada segundo.

4b) ¿Cuánto cambiaría la indicación de la rapidez en el velocímetro si la misma piedra cae libremente cerca de la superficie de un planeta en el que la aceleración gravitatoria es de 20 metros sobre segundos al cuadrado?

Cambiaría en 20 metros sobre segundo en cada segundo.

5.Si una piedra en caída libre estuviera equipada con un odómetro o medidor de distancia recorrida, ¿Cómo cambiaría la indicación de la distancia recorrida cada segundo: permanecería igual , disminuiría o aumentaría con el tiempo?

Para cada segundo transcurrido, o sea , entre un instante y al segundo de ese instante, permanecería igual.

6a) ¿Cuánto disminuye a cada segundo la rapidez de una pelota que se lanza hacia arriba en ausencia de resistencia del aire?

Disminuiría, respecto de la velocidad inicial , en el producto del valor de la aceleración gravitatoria del lugar por el intervalo de tiempo de 1 segundo transcurrido.

6b) ¿Cuánto aumenta a cada segundo su rapidez una vez que ha alcanzado el punto más alto y ha comenzado a descender?

Aumenta cada segundo en un valor que se obtiene como producto de la aceleración gravitatoria del lugar por el intervalo de tiempo de 1 segundo.

6c) ¿Requiere más, menos o igual intervalo de tiempo para alcanzar su máxima altura que para descender de ella en ausencia del rozamiento con el aire?.

Requiere el mismo intervalo de tiempo.

 

Cuestionario de Física Conceptual sobre el Movimiento

 

Cuestionario de Física Conceptual sobre el Movimiento

 

1.¿Qué significa que el movimiento sea relativo?. En la vida cotidiana, ¿respecto a que medimos el movimiento generalmente?:

Que el movimiento estudiado de un objeto sea relativo significa que se lo analiza con respecto a otro que se considera fijo. Generalmente analizamos el movimiento de un objeto respecto de un sistema de referencia considerado fijo.

2.Suponiendo que se atraviesa una habitación a 1 kilómetro por hora, expresar está rapidez  en símbolos abreviados de sus unidades:

La rapidez es una medida sobre que tan aprisa se mueve un objeto. Expresada en símbolos abreviados sería 1 km/h.

3. ¿En qué difiere la rapidez instantánea de la rapidez promedio?:

La rapidez instantánea es la medida sobre que tan aprisa se mueve un objeto en un instante determinado. En cambio , la rapidez promedio es el cociente entre la distancia total recorrida y el intervalo de tiempo empleado en recorrerla.

4. ¿Qué mide el velocímetro de un auto: rapidez instantánea o rapidez promedio?:

El velocímetro de un auto mide la rapidez instantánea.

5. ¿En qué difieren la rapidez y la velocidad?:

La rapidez describe que tan aprisa se desplaza un objeto y es un escalar. La velocidad describe que tan aprisa se desplaza un objeto y en qué dirección y sentido , por lo que es un vector.

6.Si el velocímetro de un auto indica una rapidez constante de 40 Km/h, ¿podemos decir que la velocidad del auto es constante?. ¿Por qué?.

Si, siempre que el auto se mueva en línea recta.

7. ¿Cuáles son los mandos del auto que permiten cambiar la rapidez ?Mencionar otro mando del auto que permite cambiar la velocidad.

El acelerador y el freno son los mandos del auto que permiten cambiar la rapidez. El volante es el mando del auto que permite cambiar la dirección y con ello la velocidad.

8. ¿Qué cantidad describe  que tan aprisa cambia la rapidez de un movimiento o su dirección?.

La aceleración.

9.La aceleración, ¿ es la razón de cambio de qué cosa?.

La aceleración es la razón de cambio de la rapidez o de la dirección de la velocidad.

10. ¿Cuál es la aceleración de un auto que se desplaza en línea recta con una rapidez constante de 100 Km/h?.

Es nula porque no hay cambio ni en la dirección ni en el módulo de la velocidad.

11. ¿Cuál es la aceleración de un auto que se mueve en línea recta y cuya rapidez aumenta de 0 a 100 km/h en 10 segundos?.

Aceleración a=(100/36) m/ segundos al cuadrado= 2.78 m/ segundos al cuadrado.

12. ¿En qué cantidad varía cada segundo la rapidez de un vehículo que se mueve en línea recta con una aceleración de 2 km/h.s?. ¿De 4 km/h.s?. ¿De 10 km/h.s?.

La aceleración a se calcula como la razón de cambio de la velocidad entre el intervalo de tiempo en qué ese cambio ocurre. Por lo tanto , en cada caso , el cambio de velocidad se calcula como el producto de la aceleración por el intervalo de tiempo.

Así, las variaciones de velocidad serán respectivamente 2 km/h, 4 km/h y 10 km/h.

13. ¿En qué condiciones podemos definir la aceleración como la razón de cambio de la rapidez?

Cuando la dirección y el sentido del móvil no cambian.

14. ¿Por qué aparece la unidad de tiempo dos veces en la unidad de aceleración?.

Porque es la razón de cambio de la velocidad respecto del tiempo.

15. ¿Qué significa que un cuerpo está en “caída libre”?.

Que cae solo afectado por la aceleración de la gravedad y no por la resistencia del aire.

16. ¿Cuánto aumenta la rapidez de un objeto cada segundo si está en caída libre?.

9,8 m/seg.

17. ¿Cuál es la rapidez instantánea, al cabo de 5 segundos , de un objeto que cae libremente desde el reposo?. ¿ Y al cabo de 6 seg ?.

V a los 5 seg = 9,8 m/s . 1/s .5 s= 49 m/s

V a los 6 seg = 9,8 m/s .1/s .6 seg = 58.8 m/s

18. ¿ Cual es la aceleración, al cabo de 5 segundos , de un objeto que cae libremente desde el reposo?; ¿Y al cabo de 6 segundos?. ¿Y al cabo de un tiempo cualquiera?.

9,8 m/s .1/s en todos los casos.

19. ¿Qué distancia recorrerá en 5 seg un objeto en caída libre que parte del reposo?. ¿Y en 6  ?.

Distancia recorrida en 5 seg= ½ .9,8 m/s .1/s . ( 5 seg )elevado al cuadrado = 122,5 m

Distancia recorrida en 6 seg = 176,4 m

20. ¿Qué distancia recorrerá un objeto en un segundo si su rapidez promedio durante ese intervalo es de 5 m/s?.

Distancia=5m/s.1s = 5m.

21. ¿Qué distancia habrá recorrido un objeto en caída libre que parte del reposo cuando su rapidez instantánea es de 10m/s?

10m/s= 0m/s + 9,8 m/s.1/s.t ; t= aprox. 1 s

V promedio en 1 s= 10m/s

Distancia recorrida en 1 seg= 10m/s.1s=10 m

22.La resistencia del aire , ¿hace aumentar o disminuir la aceleración de un objeto que cae?: La hace disminuir.

23. ¿Cuál es la ecuación apropiada para calcular la rapidez de un objeto que cae libremente desde el reposo?. ¿Y para la distancia recorrida?.

V= g.t ; d=1/2.g.(t)elevado al cuadrado.

Cuestionario 2 de Física Conceptual

 1.11 ¿Por qué la Ciencia tiende a ser un proceso para obtener conocimientos que se “corrige a si mismo”?:

Porque en la Ciencia las conclusiones nunca son definitivamente válidas quedando expuestas siempre a confirmaciones o rectificaciones.

1.12 ¿Cuál puede ser el error de una persona que dice: “Pero esto no es más que una Teoría Científica”?:

El error de minimizar los esfuerzos de predicción y experimentación que permiten enunciar dicha teoría científica.

1.13 Mencionar una razón para detener el avance de la Tecnología:

Que la Tecnología avance en contra de las leyes de la naturaleza.

1.14 Mencionar una razón para que el avance de la Tecnología continúe:

O a entender mejor los fenómenos naturales.

1.15 Relacionar las Respuestas de 1.13 y 1.14:

Mientras la Tecnología aporte métodos para resolver problemas prácticos que permita entender las Teorías de la Ciencia sin atentar contra las Leyes de la Naturaleza es un complemento adecuado del estudio científico.

Cuestionario 1 de Física Conceptual. Acerca de la Ciencia

 

Cuestionario 1 de Física Conceptual

1.Acerca de la Ciencia

1.1 ¿ Por qué decimos que la Física es la Ciencia más fundamental ?:

Porque las ideas de la Física se extienden a ciencias más complicadas como la Química y la Biología

1.2 ¿Por qué las Matemáticas son importantes para la Ciencia?:

Son importantes porque permiten expresar las ideas de la Ciencia sin ambigüedad.

1.3 ¿ Qué es el Método Científico?:

Es un Método que consiste en:

a)     Identificar el Problema..

b)     Efectuar una conjetura razonable o hipótesis sobre la probable respuesta al Problema.

c)      Predecir consecuencias de esa hipótesis.

d)     Realizar experiencias para comprobar esas predicciones.

e)     Formular una Regla General Simple que organice Hipótesis, Predicciones y Resultado Experimental.

1.4 ¿Los hechos científicos son absolutos e inmutables?:

Los hechos científicos no son absolutos e inmutables pues la interpretación de los mismos puede cambiar por evidencias experimentales o por la formulación de hipótesis conceptualmente más sencillas.

1.5 Las teorías científicas están sujetas a cambios. Es esto un punto fuerte o un punto débil ?. Explicar la respuesta:

Que las teorías científicas estén sujetas a cambios es un punto fuerte de la Ciencia porque estimula al científico a ser experto en cambiar  su opinión sobre un problema concreto.

1.6 ¿Qué significa decir que, si una hipótesis es científica, debe existir una manera de probar que es errónea?:

 Significa que para que una hipótesis sea científica debe ser probada, siendo más importante tener un medio de probar que es errónea a tener un medio de probar que es correcta.

1.7. ¿En que difieren la Ciencia y la Tecnología?:

La Ciencia es un método para dar respuesta a preguntas teóricas, la Tecnología es un método para dar respuesta a problemas prácticos.

1.8 ¿En qué se parecen la Ciencia y el Arte?:

Si bien la Ciencia investiga fenómenos naturales y el Arte es la creación de objetos y eventos que estimulan los sentidos, ambas son comparables por el hecho de ser esfuerzos creativos que muestran como son las cosas y que cosas son posibles.

1.9 ¿En qué difieren la Ciencia y la Religión?:

En que la Ciencia sondea el orden de  la naturaleza y la Religión se ocupa del propósito de la naturaleza. Ciencia y Religión son complementarias.

1.10 ¿Por qué tenemos la responsabilidad de entender , aunque sea a nivel básico, las reglas de la naturaleza?:

Para adaptarnos a dichas reglas procurando respetarlas.

Calorimetría

 

CALORIMETRIA

 

1.1 Contenidos Teóricos

 

1.1.1  Calorimetría significa “medida de cantidades de calor”.

1.1.2  Es importante caracterizar cuál será nuestro “sistema de estudio” y cuál el medio exterior al mismo

1.1.3  Un calorímetro es un instrumento calibrado destinado a calificar y     cuantificar las cantidades de calor” intercambiadas “entre las sustancias introducidas en el mismo y que constituyen nuestro “sistema de estudio”. Dicho calorímetro es un recipiente “rígido”, que no intercambia trabajo con el medio exterior al mismo, y “adiabático” porque no intercambia calor con dicho medio exterior.

1.1.4  Un calorímetro se dice que se encuentra calibrado cuando se ha determinado su “equivalente” ( п ). Si el líquido que se coloca en el interior del recipiente calorimétrico es agua, se dice que el calorímetro se ha calibrado cuando se determina el Equivalente en Agua del Calorímetro Dicho Equivalente indica la masa de agua que intercambiaría la misma cantidad de calor con otros componentes del sistema que los adminículos del Calorímetro (porción de termómetro sumergido, porción de agitador sumergido, recipiente calorimétrico en contacto con los componentes del sistema).

1.1.5  La expresión matemática fundamental para la Resolución de Situaciones Problemáticas de Calorimetría es: ∑ Qi = 0. Esta expresión se lee: sumatoria de las cantidades de calor intercambiadas es igual a cero. Si convencionalmente adoptamos el signo positivo ( + ) para las cantidades de calor que se reciben y el signo negativo ( - ) para las cantidades de calor que se entregan se cumplirá lo enunciado en la expresión precedente o bien su equivalente: las cantidades de calor recibidas por una parte del sistema en estudio será igual a las cantidades de calor entregadas por la otra parte de dicho sistema.

1.1.6  Lo expresado en el punto anterior reafirma el Principio de la Conservación de la Energía (1º Principio de la Termodinámica). La realidad experimental indica que ningún Calorímetro es perfecto al punto de no tener pérdidas de calor no cuantificadas. Esto nos lleva a pensar en el 2º Principio de la Termodinámica, que en realidad expresa hasta dónde es válido el 1º Principio.

1.1.7  Las cantidades de calor ( escalares ) que completarán la expresión mencionada en 1.2.5  se expresarán de dos formas :

Q = c. m. ( t_f – ti ) cuando no se producen cambios de estado de agregación

Q = k . m cuando se producen cambios de estado de agregación.

c indica  calor  específico de la sustancia que intercambia calor  ( la expresaremos en calorías /gramo . º C y expresa la cantidad de calor que hay que entregarle o quitarle a un gramo de sustancia para que aumente o disminuya, respectivamente, 1º C su temperatura).

m es la masa de la sustancia que expresaremos en gramos.

ti es la temperatura inicial de la sustancia antes de comenzar el intercambio de calor que expresaremos en º C.

t_f  es la temperatura final de la sustancia luego de haber intercambiado calor en el recipiente calorimétrico que expresaremos en º C ( también considerada temperatura final de equilibrio del sistema).

Q es la cantidad de calor intercambiada que expresaremos en calorías.

k es el calor latente de la sustancia que cambia de estado de agregación y que expresaremos en calorías / gramo ( k = l, calor latente de fusión

y / o solidificación; k = r, calor latente de vaporización y / o licuación). k expresa la cantidad de calor que entrega o recibe una sustancia por unidad de masa durante el cambio de estado  ( obviamente sin cambio de temperatura durante el proceso ).

 

1.2  Situaciones Problemáticas Resueltas  y sus Aplicaciones Tecnológicas :

 

1.2.1  Se tienen, en un Calorímetro aislado de Equivalente en Agua п = 45 gramos, 120 gramos de Agua Líquida a 20 º C en su interior. Se introducen simultáneamente 700 gramos de Agua Sólida a – 20 º C y una masa  de 10 gramos de Agua Vapor a 100º C. Si la presión atmosférica, a la que ocurre el intercambio, es la normal;  ¿ cuál es la temperatura final de equilibrio y la composición final del sistema ?.

Datos: c agua líquida = 1cal/g.º C; c agua sólida = 0.5 cal / g.º C,

l agua sólida = 80 cal / gramo, r agua vapor = 540 cal / gramo

 

Resolución:

 

Q₁ = cantidad de calor que entrega el agua vapor para licuarse a 100º C= 540.10 cal = 5400 cal.

Q₂ = cantidad de calor que entrega el agua líquida proveniente del agua vapor para pasar de 100 a 0 º C = 1.10.100 cal = 1000 cal.

Q₃ = cantidad de calor que recibe el agua sólida para pasar de –20 º C a 0º C = 0.5.700.20 cal = 7000 cal.

Como (Q₁ + Q₂)  <  Q₃ se puede deducir que la temperatura final t_f = 0ºC.

Q₄ = cantidad de calor que el agua del calorímetro y el equivalente en agua del mismo entregan para pasar de 20 a 0 º C = 1.(120 + 45 ). 20 cal = 3300 cal.

Como (Q₁ + Q₂ + Q₄) > Q₃ se deduce que la t_f = 0º C y una parte del agua sólida se licuará.

(Q₁ + Q₂ + Q₄) = 9700 cal.

(Q₁ + Q₂ + Q₄) – Q₃ =  2700 cal. Estas calorías son las que utiliza una parte del agua sólida para transformarse en agua líquida a 0º C:

[(Q₁ + Q₂ + Q₄) – Q₃] / l = 2700 cal / 80 cal / g = 33.75 g

 

En consecuencia, en equilibrio a 0º C, coexistirán una masa de agua líquida = 33.75 g + 10 g + 120 g = 163.75 g con una masa de agua sólida de (700 – 33.75) g = 666.25 g.

La Aplicación Tecnológica que tiene este tipo de Situación Problemática es precisamente predeterminar la temperatura final de equilibrio de una Mezcla constituida por la misma sustancia en distintos estados de agregación de la materia. Según la composición que se le de a la misma se puede predeterminar la temperatura final de equilibrio.

Ya que la temperatura final de la mezcla debe determinarse experimentalmente, el valor que arroje la Experiencia se contrastará con el predeterminado. Si se deja constante, en cada experiencia, la masa de la misma sustancia en uno o más de sus estados de agregación se podrán conseguir distintas temperaturas finales según la masa de sustancia que se agrega en el estado de agregación restante, trabajando siempre con el mismo calorímetro ( =  п ).

 

1.2.2  En un Calorímetro aislado de Equivalente en Agua 50 gramos, se tiene 150 gramos de agua líquida a 10 º C. Se incorporan en su interior 300 gramos de una sustancia a 150 º C en su interior y se observa que el agua líquida alcanza una temperatura de 50 º C. La sustancia incorporada no cambia de estado de agregación durante el proceso.¿Cuál es el calor específico de la sustancia incorporada?.

 

Resolución:

 

En este caso, al conocerse la Temperatura Final de la Mezcla, conviene aplicar la expresión ∑ Qi = 0

(150 + 50) g . 1 cal / g .º C . ( 50 – 10 ) ª C + 300 g. c_x . ( 50 –150 ) º C = 0

 

Al despejar  c_x se obtiene 0.2667 cal / g.ºC

Obsérvese que los dos primeros términos de la sumatoria son positivos porque se refieren a cantidad de calor recibida por una parte del sistema.

El término restante es negativo porque se refiere a una cantidad de calor.

Entregada por otra parte del sistema.

La Aplicación Tecnológica más importante de este tipo de situaciones

Problemáticas es que permite determinar el valor del calor específico de una sustancia desconocida que no cambia de estado de agregación durante el proceso. Recordemos que el Calor Específico es una propiedad intensiva de una sustancia y que caracteriza a la misma.

1.3 Situaciones Problemáticas propuestas para resolver:

 

1.3.1   Se tienen, en un Calorímetro aislado de Equivalente en Agua п = 45  gramos, 120 gramos de Agua Líquida a 20 º C en su interior. Se introducen simultáneamente 700 gramos de Agua Sólida a – 20 º C y una masa  de 0 ( cero ) gramos de Agua Vapor a 100º C. Si la presión atmosférica, a la que ocurre el intercambio, es la normal ; ¿ cuál es la temperatura final de equilibrio y la composición final del sistema ?.

 

Datos: c agua líquida = 1 cal/ g.º C; c agua sólida = 0.5 cal/g.º C,

l agua sólida = 80 cal / gramo, r agua vapor = 540 cal / gramo

 

1.4.2  Se tienen, en un Calorímetro aislado de Equivalente en Agua п = 45 gramos, 120 gramos de Agua Líquida a 20 º C en su interior. Se introducen simultáneamente 700 gramos de Agua Sólida a – 20 º C y una masa  de 100 gramos de Agua Vapor a 100º C. Si la presión atmosférica, a la que ocurre el intercambio, es la normal; ¿ cuál es la temperatura final de equilibrio y la composición final del sistema ?.

Datos: c agua líquida = 1 cal/g.º C; c agua sólida = 0.5 cal/g.º C, l agua sólida = 80 cal / gramo, r agua vapor = 540 cal / gramo

 

1.4.3  Se tienen, en un Calorímetro aislado de Equivalente en Agua п = 45 gramos, 120 gramos de Agua Líquida a 20 º C en su interior. Se introducen simultáneamente 700 gramos de Agua Sólida a – 20 º C y una masa  de 800 gramos de Agua Vapor a 100º C. Si la presión atmosférica, a la que ocurre el intercambio, es la normal; ¿cuál es la temperatura final de equilibrio y la composición final del sistema ?.

Datos: c agua líquida = 1 cal/ g.º C ; c agua sólida = 0.5 cal / g.º C, l agua sólida = 80 cal / gramo, r agua vapor = 540 cal / gramo

 

1.4.4   Calcular  la masa  de  Plomo líquido a la  temperatura de fusión ( 327 º C ) que se debe mezclar con 1 Kg de agua líquida para que su temperatura pase de 20 a 60 º C a presión normal si, en el momento de introducir el Plomo a la temperatura de fusión en el agua líquida se vaporizan 100 mg. de la misma.

Datos:   l_Pb  = 5,6 Kcal / Kg.   c_Pb = 0.031 Kcal / Kg . º C

Nota: La resolución de esta situación permitirá redescubrir la Importancia del agua líquida como fluido refrigerante.