Manual de Laboratorio FCA2!02!2015

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MANUAL DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO Y

DISCUSIONES DE PROBLEMAS DE

FÍSICA II (FCA2)

CICLO 02-2015

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CONTENIDO Reglamento a seguir en las Prácticas de Laboratorio

y Discusiones de Problemas 3

Sistema de Evaluación del Laboratorio 4

Práctica de Laboratorio No. 1 5





Discusión No. 1 34

Discusión No. 2 36

Discusión No. 3 38

Discusión No. 4 40

Discusión No. 5 43

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REGLAMENTO A SEGUIR EN LAS PRACTICAS DE

LABORATORIO Y DISCUSIONES DE PROBLEMAS

Es responsabilidad de cada estudiante leer este reglamento y cumplir con todas

las disposiciones presentadas en este documento.

No se admitirá el ingreso a estudiantes después de 15 minutos de la hora oficial de inicio de la práctica o discusión.

El profesor organizará los grupos de trabajo de laboratorio con no más de cuatro estudiantes por grupo, estos grupos se deberán mantener hasta el final de ciclo.

Es obligación que cada estudiante disponga de la guía de laboratorio o discusión y su gabacha para realizar la actividad correspondiente, en caso contrario no se le permitirá el ingreso al laboratorio. Se recomienda leer previamente la guía.

Desarrollar la práctica en colaboración con sus compañeros y mantener dentro de las instalaciones una conducta de entusiasmo, respeto y colaboración.

El laboratorista entregará el equipo a cada grupo de trabajo previa presentación de carné y él será el encargado de revisarlo y recibirlo cuando finalice la práctica.

El estudiante/grupo deberá reponer el material que dañe, a más tardar antes de finalizar el ciclo lectivo.

Está prohibido fumar, beber, comer, contestar celulares o usar cualquier otro distractor dentro de las instalaciones del laboratorio que le perturben su trabajo.

El instructor está autorizado para expulsar al alumno que con su comportamiento ponga en peligro a sus compañeros o impida el desarrollo de la actividad.

El contenido de las discusiones de problemas numéricos será evaluado mediante un examen individual a desarrollar en la última media hora de la sesión de discusión.

En caso de no poder asistir a alguna de las prácticas de laboratorio 1, 2 y 3; o en caso de perder alguno de los exámenes de discusión 1, 2 y 3, el alumno deberá solicitar la realización de la práctica diferida ó del examen diferido para recuperar su nota, con el Responsable de Laboratorios de Ciencias Básicas, conforme la siguiente programación:

NOTA: No se podrán diferir ni el laboratorio ni la discusión 5.

Se podrá diferir sólo 1 Laboratorio y 1 Discusión por ciclo, cancelando el

arancel correspondiente en colecturía.

Práctica

No.

Fecha de trámite de diferido

Realización de diferidos

Horario de LaboratorioDiferido

Horario de Discusión Diferida

1 26 de Agosto 29 de Agosto Horario de

laboratorio

diferido

08:10 a 09:50

a.m.

Horario de

discusion

diferida

10:00 a 11:40

a.m.

2 30 de Septiembre 3 de Octubre

3 4 de Noviembre 7 de Noviembre

4 25 de Noviembre 28 de Noviembre

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SISTEMA DE EVALUACION DEL LABORATORIO DE FÍSICA

Las asignaturas de Física se evalúan a través de 4 pruebas objetivas (exámenes parciales en el aula) con una ponderación total del 60% y cuatro notas “LAB” en el laboratorio, con una ponderación total del 40%.

Cada una de las cuatro notas LAB está compuesta por las siguientes evaluaciones:

Práctica de Laboratorio. Reporte escrito de la práctica.

Examen de discusión

TOTAL para la nota de cada LAB

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FÍSICA II (FCA2)

PRACTICA DE LABORATORIO No. 1:

FUNDAMENTOS DE FLUIDOSTÁTICA I

OBJETIVO GENERAL Estudiar el comportamiento de los fluidos en equilibrio estático confinados en recipientes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar la densidad de un objeto por diferentes métodos.

Medir la presión absoluta. INTRODUCCIÓN Cálculo de la densidad de un cuerpo Primeramente analicemos un cuerpo homogéneo, cuya densidad viene dada por:

Donde m es la masa del cuerpo, y V el volumen.

Si el cuerpo es un sólido regular, por ejemplo, un cilindro, entonces su volumen viene dado por la siguiente ecuación:

Donde d es el diámetro de la sección transversal del cilindro y h la altura.

En caso del uso de otro sólido regular, se aplica la expresión correspondiente para el volumen. Si el sólido es irregular, se aplica el método de desplazamiento de volumen de un líquido, el cual consiste en sumergir el sólido en un líquido, y el volumen de líquido desplazado es igual al volumen del sólido irregular. Ecuación de la presión hidrostática

Un fluido es una sustancia altamente deformable por efecto de fuerzas tangenciales o esfuerzos de corte, lo cual se manifiesta en su facultad de fluir. Los fluidos son líquidos o gases y únicamente resisten a los esfuerzos normales.

Los líquidos son prácticamente incompresibles, mientras que los gases son altamente compresibles. Para el estudio de la Hidrostática, los líquidos y gases requieren generalmente encontrarse confinados en un recipiente en el cual adopten la forma de este. Por esta razón, su estudio se presenta en términos de densidad, peso específico, volumen y presión.

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REPORTE DE LABORATORIO

FISICA II (FCA2) PRACTICA No. 1: FUNDAMENTOS DE FLUIDOSTÁTICA I

Nombre del Instructor:_________________________________________________________ Grupo de laboratorio N°: _____________ Horario: ___________________________________

Integrantes del grupo de trabajo:

Apellidos Nombres Código

Firma

Asignatura

OBSERVACIONES DE LA PRÁCTICA: _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

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ANOTE LOS CÁLCULOS REALIZADOS

CUESTIONARIO

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FÍSICA II (FCA2)


FUNDAMENTOS DE FLUIDOSTÁTICA II

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FISICA II (FCA2) PRACTICA No. 2: FUNDAMENTOS DE FLUIDOSTÁTICA II




Firma

Asignatura

OBSERVACIONES DE LA PRÁCTICA: _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

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CUESTIONARIO

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FÍSICA II (FCA2)


VISCOSIDAD Y TEMPERATURA

OBJETIVO GENERAL:

Comprobar la relación de Viscosidad y Temperatura de un líquido

INTRODUCCION:

MATERIAL Y EQUIPO:

PROCEDIMIENTO:

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FISICA II (FCA2) PRACTICA No. 3: VISCOSIDAD Y TEMPERATURA




Firma

Asignatura


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CUESTIONARIO:

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FÍSICA II (FCA2)


DISEÑO DE UNA ESCALA TERMOMÉTRICA Y DEMOSTRACIÓN DEL

EQUILIBRIO TÉRMICO

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FISICA II (FCA2) PRACTICA No. 4: DISEÑO DE UNA ESCALA TERMOMÉTRICA




Firma

Asignatura


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FÍSICA II (FCA2)


DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL

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FISICA II (FCA2) PRACTICA No. 5: DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL




Firma

Asignatura

OBSERVACIONES DE LA PRÁCTICA: _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ COMPLETE LAS TABLAS Y LOS DATOS, DEJANDO CONSTANCIA DE SUS CÁLCULOS

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CUESTIONARIO 1. ¿Cuáles fueron las principales fuentes de error en esta práctica? 2. ¿Es posible agregar calor a un sistema sin cambiar su temperatura? ¿Cómo? 3. ¿Por qué es mucho más probable que el aceite hirviendo cause quemaduras más severas en la piel que el agua hirviendo?

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FÍSICA II (FCA2)

DISCUSIÓN No. 1:

FLUIDOSTÁTICA

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FÍSICA II (FCA2)

DISCUSIÓN No. 2:

FLUIDODINÁMICA

1. Una constricción en una tubería reduce su diámetro de 4 cm a 2 cm. En la parte más ancha de la tubería, la velocidad del fluido es de 8 m/s. ¿Cuánto vale la velocidad en la parte angosta de la tubería?

2. ¿Cuál es el caudal de una corriente que sale por una tubería de 0.5 cm de

radio si la velocidad de salida es de 30 m/s?

3. Un recipiente cilíndrico de 3 m de alto está lleno con agua, y a 90 cm hacia

abajo de la superficie del agua, se le hace un orificio de 2 cm2 de sección.

¿Cuántos litros de agua saldrán por el orificio en 5 horas?

4. Por un orificio de un tanque sale agua a razón de 160 L/min. Si la distancia

entre la superficie del agua y el orificio es de 30 cm, ¿cuál es el valor del área de sección transversal del orificio?

5. Un recipiente cilíndrico de 5 m de alto está lleno con aceite (Sg = 0.9), y a

120 cm de la base del recipiente se le hace un orificio de diámetro 0.7 cm.

a) ¿Cuál será la velocidad de salida del aceite? b) ¿A qué distancia horizontal de la base del tanque caerá el chorro de aceite?

6. Por un tubo Venturi que tiene un diámetro de 0.5 m en la sección de

entrada y 0.01 m en la sección de salida, fluye gasolina de densidad relativa

0.82. Si el caudal a través del tubo es de 15 ft3/min, ¿cuál es la caída de

presión entre las secciones de entrada y de salida en unidades psi? ¿Cuál será la diferencia de altura en el manómetro conectado al tubo, si se usa mercurio como fluido manométrico?

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7. Un ingeniero debe diseñar una reducción para un sistema de transmisión de aceite combustible grado 1 (Sg = 0.825), cumpliendo las siguientes características:

D1 = 6D2

P1 = 5P2

Q = 6 m3/h

P1 = 100 Pa

En base a la información anterior, calcular los diámetros (en centímetros) de las secciones de entrada y salida de la reducción.

8. Por un tubo horizontal de 6 cm de diámetro circula agua a una velocidad de 2 m/s y una presión de 180 kPa. Luego el diámetro del tubo se reduce a 2 cm. Calcular la velocidad del agua y la presión en la reducción de la tubería.

9. Un tubo de diámetro interno variable transporta agua. En el punto 1 el

diámetro es de 20 cm y la presión de 130 kPa. En el punto 2, que está 4.0 m arriba que el punto 1, el diámetro es de 30 cm. Si el caudal es de 0.08

m3/s, ¿cuál es la presión en el segundo punto?

10. Un combustóleo con densidad relativa 0.82 fluye a través de un medidor

Venturi que tiene un diámetro de garganta de 2 pulgadas, y un diámetro de entrada de 4 pulgadas. La caída de presión entre la entrada y la garganta es de 160 mmHg. Calcule el flujo volumétrico del combustóleo en el medidor Venturi.

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FÍSICA II (FCA2)

DISCUSIÓN No. 3:

TEMPERATURA Y CALOR

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FÍSICA II (FCA2)

DISCUSIÓN No. 4:

PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

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FÍSICA II (FCA2)

DISCUSIÓN No. 5:

SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA

1. Cierta planta nuclear produce una potencia mecánica (que impulsa un generador eléctrico) de 330 MW. Su tasa de aporte de calor proveniente del reactor nuclear es de 1300 MW. a) Calcule la eficiencia térmica del sistema, b) ¿con qué rapidez desecha calor el sistema?

2. a) Calcule la eficiencia teórica para un ciclo Otto con γ=1.40 y r=9.50. b) Si este motor consume 10,000 J de calor a partir de la quema de su combustible, ¿cuánto calor desecha hacia el aire exterior?

3. Un refrigerador tiene un coeficiente de rendimiento de 2.10. Durante cada ciclo,

absorbe 3.40 x 104 J de la fuente fría. a) ¿Cuánta energía mecánica se requiere en cada ciclo para operar el refrigerador? b) Durante cada ciclo, ¿cuánto calor se desecha a la fuente caliente?

4. Un acondicionador de aire tiene un coeficiente de rendimiento de 2.9 en un día

caluroso y utiliza 850 W de energía eléctrica. a) ¿Cuántos joules de calor elimina el sistema de aire acondicionado de la habitación en un minuto? b) ¿Cuántos joules de calor entrega el sistema de aire acondicionado al aire caliente del exterior en un minuto? c) Explique por qué sus respuestas a los incisos a) y b) son diferentes.

5. En un minuto, un acondicionador de aire de ventana absorbe 9.80 x 104 J de calor

de la habitación enfriada y deposita 1.44 x 105 J de calor al aire exterior. a) Calcule el consumo de potencia de la unidad en watts. b) Calcule la calificación de eficiencia de energía de la unidad.

6. Un congelador tiene un coeficiente de rendimiento de 2.40, y debe convertir 1.80

kg de agua a 25.0 °C en 1.80 kg de hielo a 25.0 °C en una hora. a) ¿Cuánto calor es necesario extraer del agua a 25.0 °C para convertirla en hielo a 25.0 °C? b) ¿Cuánta energía eléctrica consume el congelador en esa hora? c) ¿Cuánto calor de desecho (expulsado) fluye al cuarto donde está el congelador?

7. Una máquina de Carnot tiene una potencia de salida de 150 kW. La máquina

funciona entre dos depósitos a 20.0°C y 500°C. a) ¿Cuanta energía admite por hora? b) ¿Cuanta energía pierde por hora en su descarga?

8. Una máquina funciona en un ciclo y admite energía por calor a 180°C y lo pone de

escape a 100°C. En cada ciclo la descarga de energía es 2.00 x 104 J y la máquina hace 1.50 x 103 J de trabajo. Explique cómo se compara la eficiencia real de la máquina con la eficiencia de una máquina reversible que funciona entre las mismas temperaturas.

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9. En el punto A en un ciclo de Carnot, 2.34 moles de un gas ideal monoatomico tienen una presion de 1 400 kPa, un volumen de 10.0 L y una temperatura de 720 K. El gas se expande isotermicamente al punto B y luego se expande adiabáticamente al punto C, donde su volumen es 24.0 L. Una compresión isotermica lo lleva al punto D, donde su volumen es 15.0 L. Un proceso adiabatico regresa el gas al punto A. a) determine todas las presiones, volumenes y temperaturas desconocidas conforme llena la siguiente tabla:

b) Encuentre la energía que se agrega por calor, el trabajo realizado por la

máquina y el cambio en energía interna para cada uno de los pasos A B, B C,

C D y D A. c) Calcule la eficiencia Wneto/ | Qh |. Demuestre que es igual a 1 - TC /TA, la eficiencia de Carnot.

10. En el cilindro de un motor de automóvil, enseguida de la combustión, el gas se confina en un volumen de 50.0 cm3 y tiene una presión inicial de 3.00 x106 Pa. El pistón se mueve hacia afuera a un volumen final de 300 cm3 y el gas se expande sin pérdida de energía por calor. a) Si γ =1.40 para el gas, ¿Cuál es la presión final? b) ¿Cuánto trabajo realiza el gas al expandirse?

11. Una charola de hielo contiene 500 g de agua líquida a 0°C. Calcule el cambio de entropía del agua conforme se congela lenta y completamente a 0°C.

12. Un refrigerador opera de acuerdo con el ciclo de la figura 20.28. Los pasos de compresión (d - a) y expansión (b - c) son adiabáticos. La temperatura, la presión y el volumen del refrigerante en cada estado a, b, c y d son:

a) En cada ciclo, ¿cuánto calor pasa del interior del refrigerador al refrigerante mientras este último se encuentra en el evaporador?

b) En cada ciclo, ¿cuánto calor pasa del refrigerante al aire exterior mientras el refrigerante está en el condensador?

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c) En cada ciclo, ¿cuánto trabajo efectúa el motor del compresor? d) Calcule el coeficiente de rendimiento del refrigerador.

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