Respuestas - Universidad Técnica Particular de Loja

SEGUNDO BIMESTRE Guía didáctica: Física para las Ciencias Biológicas 

Respuestas: 

(a) 0,0091 m³ 

(b) 71,34 N 

(c) 26,66N 

Usted lanza una piedra al agua y se hunde, lanza un pedazo de madera y flota. ¿A qué se debe? La 

explicación se presenta en el siguiente punto. 

9.4 ¿QUÉ HACE QUE UN CUERPO U OBJETO FLOTE O SE HUNDA? 

La explicación de por qué un cuerpo flota o se hunde, se presenta en la página 255 del texto básico, 

que le invito leerla. 

Ahora usted puede responder la siguiente pregunta. 

¿La flotabilidad de un objeto depende de su densidad respecto de la del líquido? 

Pasemos al siguiente punto, donde abordaremos ¿cómo la presión se transmite en un fluido y hacia 

las paredes del recipiente que lo contiene? 

9.5 PRINCIPIO DE PASCAL 

La descripción del principio de Pascal y su aplicación en mecanismos hidrostáticos, puede verla en las 

páginas 258 a 260 del texto básico. 

En la figura 13.22 se muestra el esquema de una prensa hidráulica. Suponga que una prensa contiene 

dos fluidos inmiscibles (no se mezclan). ¿La presión de los dos fluidos es la misma? 

Analice lo siguiente: 

Una prensa hidráulica es una máquina simple. 

Ahora estudiemos el comportamiento molecular de los líquidos. Veamos el siguiente punto. 

9.6 TENSIÓN SUPERFICIAL 

La lectura de las páginas 260 a 261 del texto básico, le permite conocer esta propiedad molecular que 

presentan los fluidos, su naturaleza, la variabilidad respecto de la temperatura, etc. 

¿Por qué el aceite flota en agua fría, mientras que en agua caliente forma pequeñas gotitas? 

Puede citar algunos ejemplos de aplicación de la tensión superficial. 

A continuación vamos a ver el concepto de la capilaridad. 

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja 97

Guía didáctica: Física para las Ciencias Biológicas 

9.7 CAPILARIDAD 

98 

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja 

SEGUNDO BIMESTRE 

Ahora le invito ir a las páginas del texto básico, donde se describe este fenómeno propio de los líquidos. 

También presenta la propiedad responsable del ascenso de un líquido por un capilar. 

Para un aprendizaje activo. 

Cuelgue una tela cuidando que el extremo inferior haga contacto con agua. 

Transcurrido un tiempo la tela se humedece. 

Observemos que el fenómeno de la capilaridad es esencial para el crecimiento de las plantas. 

¿Cómo afecta la capilaridad a un insecto? ¿En un ave? 

Hemos terminado la revisión de los temas que comprende la unidad 9. 

Conviene que haga un resumen de cada uno de los puntos estudiados. Al respecto 

le sugiero elaborar una tabla de doble entrada. 

Estimado estudiante para contribuir a su aprendizaje y para reforzar los conocimientos adquiridos en la 

presente unidad, le recomiendo el desarrollo de la siguiente actividad: 

Actividad recomendada 9 

1. Describa la propiedad de los líquidos inmiscibles que permite separarlos mecánicamente. 

2. Indique la causa por la cual una persona puede mantenerse recostada sobre las aguas del Mar 

Muerto. 

3. Realice un análisis sobre la siguiente afirmación: La tensión superficial y la capilaridad son 

importantes en la circulación de los fluidos en los vegetales. 

4. Describa el principio que se cumple en el funcionamiento de una prensa hidráulica. 

5. Exprese una presión de 50 000 Pa en atm, bar y mmHg, respectivamente. 

6. Refiérase a la figura 13.13 del texto básico. Suponga que el recipiente contiene agua (densidad 

= 1000 kg/m³) y que el volumen del cuerpo suspendido de la balanza e inmerso en el agua es 

de 0,025 m³, y que la lectura de la balanza es 800 N. Determine (a) el empuje del agua, (b) la 

masa del cuerpo inmerso y (c) la densidad del cuerpo. 

7. Refiérase a la figura 13.16 del texto básico. Suponga que una caja de madera abierta en la parte 

superior, cuya base tiene un superficie de 400 cm² está sumergida en agua a una profundidad 

de 5 cm. ¿Cuánto se sumergirá, si en la caja se coloca una masa de 200 kg?


Observación. Primero realice un diagrama de cuerpo libre (dibujar las fuerzas que actúan sobre el 

cuerpo inmerso en el agua) y luego aplique la primera condición de equilibrio. Exprese los datos en 

unidades SI. 

No olvide también desarrollar las actividades que constan al final del capítulo 13 del texto estudiado. 

Ahora le invito a que conteste el cuestionario y la autoevaluación 9. Recuerde que cuenta con su tutor 

para despejar las dudas en el aprendizaje de esta materia. 

Autoevaluación 9 

Dentro de los paréntesis de cada pregunta, escriba una V de verdadero o una F de falso, según 

corresponda. 

1. ( ) Dentro de un fluido y a un nivel determinado la presión es la misma 

2. ( ) La presión hidrostática de una columna de 1 m de agua es igual a la presión hidrostática 

de una columna equivalente de mercurio. 

3. ( ) La velocidad de salida de un líquido a través de un orificio, depende de la altura del 

líquido. 

4. ( ) El empuje que ejerce un líquido, sobre un cuerpo sumergido, es numéricamente igual 

al peso del cuerpo sumergido. 

5. ( ) Un masa pequeña de material de densidad mayor que la del líquido y de gran superficie, 

flota. 

6. ( ) La flotabilidad se debe al empuje que ejerce el fluido sobre el cuerpo. 

7. ( ) La tensión superficial es la fuerza responsable que un líquido presente superficies 

libres. 

8. ( ) El fenómeno de la capilaridad se debe a la adhesión entre sustancias diferentes. 

Estimado estudiante, hemos concluido la revisión de la unidad 9. Verifique 

las respuestas en el solucionario que consta al final de la guía didáctica, para 

que se cerciore del avance de su aprendizaje. Si tiene alguna dificultad revise 

nuevamente los temas y regrese al cuestionario. Si persisten las dificultades, no 

dude en comunicarse con su tutor. 

iMire como avanzamos! ¡Vamos bien! Hagamos un breve receso. 



100 

Texto básico. 

UNIDAD 10 

GASES 


Capítulo 14 


Continuemos con la revisión de la asignatura estudiando la mecánica de los gases. Este tema se desarrolla 

en el capítulo 14, donde el autor aborda la descripción de la atmósfera, la presión atmosférica y 

su medida barométrica; la relación entre la presión y volumen de un gas en condiciones isotérmicas 

(temperatura constante) conocida como ley de Boyle; el fenómeno de flotabilidad debido a que el aire 

cuando es desplazado ejerce una fuerza de empuje sobre todo cuerpo; la conservación de la energía 

en el flujo de fluido y el principio de Bernoulli. También en esta guía se presenta algunos ejemplos de 

aplicación de las propiedades de los gases y del flujo de fluidos. 

Ahora, prontamente iniciemos la revisión de cada uno de los temas de esta unidad. 

10.1 LA ATMÓSFERA 

Una descripción de la atmósfera se presenta en las páginas del texto básico, por tanto le invito a que 

realice la lectura correspondiente. Luego, le sugiero piense en las siguientes preguntas: 

¿Por qué el aire rodea a la tierra? 

¿Qué sucedería si las moléculas de aire se mantuvieran en reposo? 

¿La densidad del aire depende de la altura de la atmósfera? 

¿Qué papel cumple la atmósfera en la mantención de la temperatura? 

Una vez respondidas las preguntas pasemos a revisar el siguiente punto. 

10.2 PRESIÓN ATMOSFÉRICA 

La lectura de las páginas del texto básico, le lleva al conocimiento de la presión atmosférica, el principio 

de funcionamiento del barómetro de mercurio y el barómetro anaeroide, el funcionamiento de las 

bombas de vacío y el límite de vacío. 

Un aspecto que no trata el autor, es la presión manométrica, ésta es la presión que se mide por ej., 

en un neumático, como se muestra en la siguiente figura. 

La presión del aire dentro de un neumático p (presión 

absoluta) es superior a la presión atmosférica p atm . La 

diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica se 

denomina presión manométrica p man , es decir: 

p man = p - p atm


La presión manométrica p man se mide con un instrumento conocido como manómetro. 

Despejando p de la ecuación anterior, tenemos: 

p = p atm + p man 

Observemos que la presión absoluta es mayor que la atmosférica en el valor de la presión 

manométrica. 

Por otra parte, si la presión absoluta es menor que la presión atmosférica, la presión medida con el 

manómetro se denomina presión de vacío. En este caso, la presión p, es equivalente a: 

p = p atm - p man 

Como podemos apreciar, la presión manométrica denominada en este caso de vacío p vac , resulta: 

p vac = p atm - p 

Usted en su vida profesional hará uso de presiones manométricas y de vacío. Su primera experiencia la 

tiene al medir la presión en los neumáticos de su vehículo en una estación de servicio automotriz. 

Pasemos a desarrollar un ejercicio sobre la medición de la presión atmosférica. 

Ejemplo 12 

Suponga que se encuentra en un lugar donde no hay un barómetro de mercurio (ver figura 14.7 de 

texto). Se le ocurre construir un barómetro de agua. Una vez realizada la medición, encuentra que una 

altura de 8,5 m de agua, equilibra la presión atmosférica. ¿Qué valor tiene la presión medida en (a) 

mmH y (b) atmósferas, respectivamente? 

Desarrollo 

Recordemos que la presión hidrostática p, tiene la forma: 

p = ρgh 

donde ρ es la densidad y h la altura del líquido, respectivamente. Por tanto, sustituyendo los valores 

correspondientes en la expresión de p, se tiene: 

Para expresar esta presión en mmHg y en atmósferas, tenemos que realizar las correspondientes 

conversiones de unidades. 

Como se conocen las equivalencias entre estas unidades, entonces: 




(a) 0,822 atm 

(b) 624,80 mmHg 

Ejemplo 13 

102 



La presión manométrica en un neumático es de 250 mmHg. Si en el lugar la presión atmosférica es de 

625 mmHg, ¿cuál es la presión del aire en el neumático en Pa y , respectivamente? 

Desarrollo 

En este caso se conoce la presión manométrica y la presión atmosférica. 

Por tanto, la presión absoluta p, se determina de: 

Sustituyendo los datos, tenemos: 

p = p atm + p man 

p = 625 mmHg + 250 mmHg 

p = 875 mmHg 

Como una presión de 760 mmHg equivale a 105 325 Pa, la presión del aire en el neumático en Pa, 

es: 

p=121262Pa 

Para expresar la presión en , se tiene la siguiente equivalencia: 

Por tanto, la presión del aire en el neumático en , resulta:



(a) 121 262 Pa 

(b) 16,92 

Usted de seguro ha llenado una bomba de goma con aire. Veamos ¿cómo se relaciona la presión y el 

volumen en un gas? Al llenar de aire la bomba ¿aumenta o disminuye la presión? 

10.3 LEY DE BOYLE 

Los gases, como el aire, son sustancias compresibles, en éstos el volumen se relaciona inversamente 

con la presión. En las páginas del texto básico, se describe la ley de Boyle y la explicación de por qué, 

la presión interna de, por ej., en un neumático, difiere de la presión externa o presión atmosférica. 

Recordemos que los gases en condiciones isotérmicas (temperatura constante) se rigen por la ley de 

Boyle. 

Desarrollemos un ejemplo sobre la compresión del aire. 

Ejemplo 14 

Una bomba de bicicleta de volumen 200 cm³ tiene una 

carrera de 50 cm y una sección circular de área 4 cm 2 . 

¿Cuánto debe descender el émbolo, para que comience 

a penetrar aire en el neumático, donde el aire está a una 

presión de 1,2 atm? Ver el esquema adjunto. 

Desarrollo 

Primero. Sabemos que ingresa aire en el neumático, justo 

cuando la presión del aire de la bomba es igual a la del 

neumático. 

La presión de los 200 cm³ de aire de la bomba es 1 atm, y debe elevarse a 1,2 atm para que el aire pase 

al neumático. Por tanto, aplicando la ley de Boyle al aire contenido en la bomba, tenemos: 

p i v i= p f v f 

donde p es la presión y v el volumen, los subíndices i y f se refiere al estado inicial y final del aire en la 

bomba, respectivamente. 

Si despejamos v f , se tiene: 



Sustituyendo los datos, obtenemos: 

¿Cuánto desciende el émbolo? 

El volumen de aire que comprime el émbolo, es: 

Sustituyendo los valores, tenemos: 

104 

v = v i - v f 

v = 200 cm 3 - 166,67 cm 3 

v = 33,33 cm 3 



Sabemos que el volumen v de un cilindro de altura h y de sección circular de área A, es: 

Si despejamos h tenemos: 

v=A x h 

Sustituyendo los datos correspondientes, la altura h resulta: 

Por tanto, el émbolo debe descender 8,33 cm para que empiece a pasar aire de la bomba al 

neumático. 

Una vez que sabemos cómo aplicar la ley de Boyle, pasemos al siguiente punto. 

10.4 FLOTABILIDAD DEL AIRE 

Como hemos visto, el aire es un fluido que difiere de los líquidos por su compresibilidad; por tanto, su 

comportamiento es similar al de los líquidos. Un objeto en el aire flota si su peso es igual o menor que 

el empuje debido al peso del volumen de aire desalojado por el objeto. En las páginas 275 a 276 del 

texto básico, se describe esta importante propiedad del aire. 

Piense usted. 

¿Por qué un globo se infla más a medida que asciende en la atmósfera? 

Una vez que ha entendido este tema, pasemos a revisar como se aplica el teorema del trabajo - energía 

en los fluidos.


10.5 PRINCIPIO DE BERNOULLI 

En el caso de un fluido que fluye por un tubo horizontal, la presión y la velocidad se relacionan 

inversamente, esto se conoce como principio de Bernoulli, y que tiene amplia aplicación ya en el flujo 

de fluidos como en la sustentación de objetos en el aire. Este principio se deriva del teorema trabajo 

- energía estudiado en la unidad 5. Por tanto, le invito a ir a las del texto básico, para conocer este 

principio y su aplicación a casos concretos. 

Este es un tema de mucha aplicabilidad en la ingeniería, por lo que vamos ha dedicarle un poco de 

tiempo, desarrollando algunos tópicos que no aborda el texto. Aprestémonos, sin más preámbulos, con 

en el estudio del flujo de fluidos. 

FLUJO DE UN FLUIDO 

Como se aprecia en la figura 14,17, una línea de corriente que pase por el centro del tubo, resulta 

horizontal y por tanto se encuentran al mismo nivel, es decir y es constante. 

Por otra parte, conocemos que el caudal Q es: 

Q = A v (1) 

donde A es el área de la sección transversal del tubo y v la velocidad del fluido a través de esa 

sección. 

Ahora, designemos con 1 un punto en el centro de la sección transversal mayor del tubo y con 2 un 

punto en el centro de la sección transversal menor del tubo horizontal (figura 14,17). 

De acuerdo con el principio de conservación de la masa, el caudal por una tubería siempre es constante 

(recuerde que los líquidos son incompresibles), por tanto: 

Q 1 = Q 2 

A 1 v 1 = A 2 v 2 

Por otra parte, de acuerdo con el teorema del trabajo - energía (la expresión está mostrada al pie de 

página 277 del texto básico), las energías de velocidad, altura y presión que tiene en fluido, considerando 

dos secciones del tubo, es: 

Donde v es el volumen del fluido, que se relaciona con la masa m y la densidad ρ, por la expresión: 

Sustituyendo v en la ecuación (3), se tiene: 

(2) 



Luego de simplificar la masa m, la expresión se reduce a: 

Esta última expresión, se conoce como ecuación de Bernoulli. 

Le invito a realizar ejercicios aplicando la fórmula y a revisar los conceptos aprendidos. 

Pasemos ahora a desarrollar ejemplos sobre el flujo de fluidos. 

Ejemplo 15 

106 



Refiérase a la figura 14,17 del texto básico. Suponga que los diámetros de la tubería en la parte ancha 

y en la angosta del tubo horizontal son 20 cm y 12 cm, respectivamente, y que la velocidad en la 

parte ancha es de 2 m/s. Determine (a) el caudal, (b) la velocidad en la parte angosta del tubo, y (c) la 

diferencia de presión entre la parte ancha y la angosta del tubo. 

Desarrollo 

Observemos la figura 14.17 del texto, designemos con 1 un punto en el centro de la sección transversal 

mayor del tubo y con 2 un punto en el centro de la sección transversal menor del tubo horizontal. 

Despejando V 2 de la ecuación 3, tenemos: 

Por otra parte, el caudal Q que circula por la tubería, es: 

Como Q = A 1 v 1 

A 1 = πD 2 

1 

Por tanto: Q = πD 2 

1 v 1 

Sustituyendo los valores respectivos en Q, obtenemos: 

La velocidad en la parte angosta del tubo v 2 , está dada por


Sustituyendo los valores correspondientes, tenemos: 


(a) 0,2513 m³/s 

(b) 8,0 m/s 

Ejemplo 16 

Refiérase al ejemplo 15, suponga que la presión en el punto 1 es de 2 atm. Determine la presión en el 

punto 2. 

Desarrollo 

Para resolver el ejercicio, debemos aplicar el principio de Bernoulli, es decir la ecuación: 

Como y 1 = y 2 la expresión se reduce a 

La presión p 2 , después de realizar las operaciones algebraicas, es: 

Ahora expresemos la presión p 1 en Pa, así: 

p 1 = 202650 Pa 

Finalmente, sustituyamos los valores respectivos en la expresión de p 2 , obtenemos: 



108 

p 2 = 172650 Pa 



Hemos terminado el estudio de los temas de la unidad 10. Ponga a prueba los conocimientos adquiridos. 

Desarrolle la siguiente actividad: 


1. Haga un ensayo en diez líneas sobre la atmósfera terrestre. 

2. Explique la causa de la disminución de la presión atmosférica con la altura geográfica. 

3. Realice un análisis del principio de Bernoulli. 

4. Suponga que un cilindro con pistón ideal contiene 2 m³ de aire a una presión de 1 atm. Se 

reduce el volumen a 0,5 m³, ¿en cuántos Pa se incrementa la presión del aire? 

5. El caudal de agua por una tubería es de 0,025 m³/s ¿Qué tiempo se requiere para llenar un 

tanque de 2 m³ de capacidad? 

No olvide también desarrollar las actividades que constan al final del capítulo 14 páginas 286 a 288 

del texto. 

Hemos concluido el estudio de la unidad 10, apréstese ahora a contestar el siguiente cuestionario y 

compruebe su nivel de conocimientos alcanzado. 

¡Éxitos en la tarea!




corresponda. 

1. ( ) Se modificaría el valor de la presión atmosférica si cambia la composición del aire. 

2. ( ) La presión atmosférica depende de la altura geográfica. 

3. ( ) La presión absoluta se mide con un barómetro. 

4. ( ) La presión del aire en un neumático es mayor que la presión atmosférica 

5. ( ) El empuje que ejerce el aire sobre un cuerpo flotante es numéricamente igual al peso 

del cuerpo flotante. 

6. ( ) Un globo que tiene el mismo peso que el empuje del aire siempre asciende. 

7. ( ) El principio de Bernoulli indica que a todo aumento de presión interna en el fluido 

corresponde un aumento de la velocidad del fluido. 

8. ( ) La sustentación de un ala de avión se origina en la diferencia de presión entre la cara 

inferior y la cara superior de la misma. 

Hemos concluido con la revisión de la unidad 10, verifique sus respuestas en el 

solucionario que consta al final de la guía didáctica, para que se cerciore del avance 

de su aprendizaje. Si tiene alguna dificultad revise nuevamente los temas y responda 

el cuestionario. Si persisten las dificultades, no dude en comunicarse con su tutor. 

Ya hemos estudiado la unidad 10. !Vamos a buen ritmo! Recuerde que es bueno tomarse unos ligeros 

descansos y luego retomar la actividad con nuevas fuerzas. 



110 


UNIDAD 11 

TEMPERATURA, CALOR Y EXPANSIÓN 


Capítulo 15-16 


Estimado estudiante, vamos por la senda del conocimiento, con mucho entusiasmo y paso ligero. La 

meta es avanzar, ¡ser sabios! Y qué mejor aliada ¡la física!. 

Continuemos el estudio de la asignatura con la revisión de la unidad 11 del plan de asignatura. Hasta 

la unidad anterior, hemos estudiado temas propios de la mecánica de sólidos y de líquidos, en éstos 

-como usted sabe- se incluyen los gases. Ahora nos adentramos en el estudio de la temperatura y el 

calor. 

Todos hemos experimentado y disfrutado de un ambiente con una temperatura agradable y 

probablemente también del calor de una fogata en una fría noche. Tenemos experiencia de que el 

calor es necesario para que un líquido se convierta en vapor, pero no para que se solidifique, etc. Éstas 

y otras propiedades las abordaremos en la presente unidad. 

A fin de que usted se forme una amplia idea de la temática, le invito a ir al capítulo 15, del texto básico, 

donde usted encontrará una descripción de la temperatura, unidades y escalas; el calor o energía 

transferida entre sistemas o cuerpos debido a una diferencia de temperatura; las unidades de calor; 

la capacidad calorífica específica y el comportamiento especial del agua; la expansión térmica y así 

mismo la expansión térmica especial del agua y su importancia en la preservación de la vida de lagos y 

ríos. Luego vaya al capítulo 16, páginas 306 a 320 del texto, donde usted se ilustrará de los mecanismos 

mediante los cuales se transfiere el calor, esto es, la conducción, convección y la radiación, también 

comprenderá el principio de la ley de Newton del enfriamiento. Revise las ideas que se aportan y los 

ejemplos desarrollados en esta guía didáctica. 

Una vez que ha realizado las lecturas indicadas, pasemos a estudiar cada tema de esta unidad. 

11.1 TEMPERATURA 

La lectura de las páginas del texto básico le permite conocer el significado de temperatura, unidades 

y escalas. 

Ahora le invito a responder a las siguientes preguntas. 

¿Qué es la temperatura? 

¿Qué es el cero absoluto? 

¿Cuántas clases de escalas de temperatura conoce? 

¿Las moléculas están en reposo en el cero absoluto?


Una vez que ha comprendido el concepto de la temperatura, pasemos a ver ¿qué ocasiona un cambio 

en el nivel térmico de los cuerpos? Estamos hablando del calor o energía calorífica, forma de energía 

indispensable en nuestro diario vivir. 

11.2 CALOR 

Le invito a ir a las páginas del texto básico, donde se explica el calor y la forma de medir esta energía. 

Observemos que: 

• El calor es la energía intercambiada a causa de una diferencia de temperatura. 

En el texto no se presenta la manera concreta de cuantificar el calor, por lo que le presento el siguiente 

desarrollo sobre el tema. 

En un sistema aislado, se conserva la energía. Este principio se aplica en los balances calorimétricos, 

más conocidos como mezclas calorimétricas. 

Cuando se aíslan dos o más sustancias que están a diferente temperatura, debido a la transferencia de 

energía calorífica, sus temperaturas cambian. El proceso cesa cuando las sustancias alcanzan una misma 

temperatura o un estado de equilibrio térmico. Una situación física como la referida se muestra en la 

figura 6. 

A 

T A 

T A >T B 

B 

T B 

A 

T A 

Q 

B 

T B 

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja 111 

A 

T e 

Q 

T A >T E >T B 

Figura 6. Cuando los cuerpos aislados alcanzan el equilibrio térmico, no hay flujo calorífico neto entre 

ellos. 

Como el intercambio de calor se produce en un sistema aislado, la energía calorífica se conserva, por 

tanto mientras un cuerpo pierde (o cede) calor, otro gana (o recibe) calor. Matemáticamente, esto se 

describe como: 

donde las sustancias que ceden calor son aquellas que están a mayor temperatura y las que ganan calor 

aquellas que se encuentran a menor temperatura. 

La cantidad de calor Q, está dada por: 

B 

T e


112 

Q=mc∆T 



donde m es la masa de la sustancia en g, c la capacidad calorífica específica en cal/g.°C y ∆T la 

diferencia de temperatura entre la temperatura inicial y la de equilibrio si la sustancia se enfría, o entre 

la temperatura de equilibrio y la inicial si la sustancia se calienta en °C. 

Cabe indicar que las mezclas calorimétricas se realizan en un calorímetro, aparato especial en el que 

se minimizan las pérdidas de calor hacia el ambiente. 

Antes de continuar con el siguiente subtema, realice lo siguiente: 

Disponga de los siguientes materiales; una hoja de papel, fósforos, vela y tijeras. 

Tome en una mano una hoja de papel y en la otra unas tijeras. ¿Siente que tienen 

diferente temperatura? 

Encienda la vela y, acerque simultáneamente a la llama, la hoja de papel y las 

tijeras. ¿Se siente más caliente el papel? ¿o las tijeras? 

Piense usted en las respuestas. 

Pasemos a ver un subtema relacionado con uno de los casos antes descritos. 

11.3 CAPACIDAD CALORÍFICA ESPECÍFICA 

En el texto básico, se describe el calor específico o capacidad calorífica específica y el comportamiento 

especial del agua por su alta capacidad para absorber calor. Por tanto, le invito a que revise detenidamente 

este tema, y luego complemente el aprendizaje, analizando paso a paso el desarrollo del siguiente 

ejemplo de aplicación. 

Ejemplo 17 

En un calorímetro de aluminio de 40 g que contiene 50 g de agua a 20°C, se transfieren 400 g de 

un metal previamente calentado hasta una temperatura de 350°C. El sistema (calorímetro, agua y 

metal) en el equilibrio térmico tiene una temperatura de 22°C. Determine la capacidad calorífica 

del metal. Información adicional: calor específico del aluminio 0,217 cal/g°C y del agua 1 cal/g°C, 

respectivamente. 

Desarrollo 

Primero, ilustremos el proceso calorimétrico con el esquema siguiente:


Segundo, realicemos el balance de energía para la mezcla calorimétrica. 

Como se trata de un sistema aislado, no existen pérdidas de calor, entonces: 

Q cedido = Q ganado 

El metal cede calor mientras que el calorímetro y el agua ganan calor, por tanto: 

Q metal = Q calorímetro + Q agua 

mc∆T metal = mc∆T calorímetro + mc∆T agua 

mc(T i - T e ) metal = mc(T i - T e ) calorímetro + mc(T i - T e ) agua 

Sustituyendo los correspondientes valores, tenemos 

Despejando c, se tiene 

400g x c x (350 o C - 22 o C) 

131,20 c g o C = 17,36 cal + 100 cal 

Veamos ahora cómo la temperatura deforma los materiales. ¿Todos los cuerpos responden de igual 

forma a los cambios de temperatura? Cuando se congela un lago, ¿toda el agua se solidifica? ¿Cuánto 

sabe sobre este aspecto? 

11.4 EXPANSIÓN TÉRMICA 

El fenómeno de la expansión térmica y la expansión especial del agua, se presenta en las páginas 297 

a 301 del texto básico. Una vez que haya realizado la lectura correspondiente, estará de acuerdo 

conmigo, de la inexistencia de expresiones que permitan cuantificar numéricamente la expansión de 

una sustancia. Por lo cual, a continuación desarrollo las expresiones para la expansión volumétrica y 

lineal, que son las más aplicadas. 

EXPANSIÓN VOLUMÉTRICA 

El volumen V 0 de cuerpo a la temperatura T 0 cambia a V si la temperatura es T, el cambio en el volumen 

∆V depende de la sustancia, y viene dada por: 

∆V = V- V 0 = ßV 0 ( T-T 0 ) 

donde ß es el coeficiente de dilatación volumétrico en ( 0 C) -1 . 



EXPANSIÓN LINEAL 

114 



Una barra de longitud L 0 a la temperatura T 0 cambia a la longitud L si la temperatura es T, el cambio en 

la longitud ∆L depende de la sustancia, y se expresa por: 

∆L = L- L 0 = αL 0 ( T-T 0 ) 

donde α es el coeficiente de dilatación lineal en ( 0 C) -1 . 

¿Lo comprendió muy bien? En caso de no haber comprendido, vuelva a revisar los conceptos y el 

procedimiento. 

¿Recuerda usted, que un caso ensayado en el punto 11.3, está pendiente de responder? Ahora, con el 

estudio del siguiente subtema, adquirirá el conocimiento que le permita abordarlo. 

11.5 CONDUCCIÓN 

En el texto básico capítulo 16, páginas 306 a 307, se describe la transferencia de calor por conducción. 

Proceso en el cual se intercambia calor entre las moléculas y átomos de mayor temperatura con las 

de menor temperatura, a través de colisiones. Este mecanismo es favorecido por los electrones de 

valencia en el caso de los metales. 

Para profundizar su conocimiento sobre la conducción del calor, añado las siguientes ideas, que por 

otra parte no constan en el texto. 

Si las superficies opuestas de un cuerpo se mantienen en contacto con focos caloríficos a 

diferente temperatura, la energía calorífica H se transfiere por conducción por el cuerpo en la dirección 

en que disminuye la temperatura, como se observa en la figura 7. 

Figura 7. El flujo calorífico por conducción H se transfiere en la dirección que disminuye la 

temperatura. 

Cuando el cuerpo se ha mantenido por mucho tiempo en contacto con los focos caloríficos, el 

flujo calorífico de conducción H es función directa del área A de la sección transversal del cuerpo 

perpendicular al flujo y de la diferencia de temperaturas entre los focos caloríficos ∆T e inversa de la 

distancia L entre los focos caloríficos. Esto es,


Relación que introduciendo la constante K, toma la forma: 

ecuación que rige la transferencia de calor por conducción en el estado estacionario. 

donde H se expresa ó W, A en m 2 , L en m, ∆T en C O y K la constante de conductividad térmica en 

, que es específica del material. 

Veamos la aplicación de esta ecuación en el siguiente ejemplo. 

Ejemplo 18 

Una pared de madera de 20 cm de espesor y de gran superficie, Se coloca entre dos focos caloríficos, 

uno a la izquierda a 120°C y otro a la derecha a 20°C. Una vez que la conducción de calor alcanza el 

estado estacionario, determine (a) la temperatura en el punto medio de la pared, y (b) el flujo calorífico 

a través de ésta. La conductividad térmica de la madera es 0,08 W/m.°C 

Desarrollo 

Primero, ilustremos el proceso de conducción con el siguiente esquema. 

Como se aprecia, el flujo de calor por conducción H es de la zona de alta temperatura a la zona de 

baja temperatura. 

Cuando se alcanza el estado estacionario, el flujo calorífico H a través de la superficie izquierda es 

igual al flujo calorífico a través de la superficie derecha de la pared. Esto es: 

H 1 = H 2 

donde H 1 es el flujo calorífico a través de la superficie izquierda y H 2 es el flujo calorífico a través de la 

superficie derecha de la pared, respectivamente. Expresando cada una en términos de las respectivas 

variables, se tiene: 



Al simplificar los términos semejantes, queda: 

Es decir: 

116 

∆T 1 = ∆T 2 

T 1 - T = T - T 2 

donde T es la temperatura en un punto de la superficie media de la pared. 

Realizando las operaciones algebraicas, se tiene: 

Despejando T, tenemos: 

T - T = T 1 - T 2 

Finalmente, sustituyendo las temperaturas obtenemos: 

T = 70 o C 

El flujo calorífico por conducción H, se determina con la ecuación: 



Considerando una superficie de 1 m² y los restantes valores dados en el ejemplo, se tiene: 

Una vez que hemos terminado este subtema, avancemos con el estudio de la transferencia de calor por 

convección, en este caso, el calor se intercambia entre sustancias en movimiento o entre una sustancia 

en movimiento y una superficie; y, es común .en la atmósfera, en la tierra y los mares. 

11.6 CONVECCIÓN 

El proceso de transferencia de calor por convección se presenta en las páginas 308 a 310 del texto 

básico. Como podrá advertir, una vez leído el tema, es un proceso demasiado complejo para en un 

curso de física abordarlo numéricamente, motivo por el cual no se presenta una expresión matemática 

aplicable al caso. Pero es importante que se familiarice con el mecanismo en sí del referido proceso, 

trátese de convección natural o convección forzada.


Reflexione. 

¿El clima es favorecido por la convección? 

Cite ejemplos donde predomine la transferencia de calor por convección. 

Pasemos a estudiar el proceso mediante el cual se transfiere la energía en el universo. 

11.7 RADIACIÓN 

Este tema se desarrolla en las páginas del texto básico, donde se describe el proceso de radiación y sus 

factores: temperatura, superficie y poder emisivo de la superficie; la reflexión de la energía radiante y el 

enfriamiento nocturno por radiación. De manera que le invito ir a las referidas páginas para su estudio 

y aprendizaje correspondiente. 

De la lectura realizada por usted está capacitado para contestar las siguientes preguntas sugeridas: 

¿La energía radiante depende de la temperatura? 

¿Todos los cuerpos radian energía? 

¿La frecuencia de la energía radiante se relaciona con la temperatura del cuerpo emisor? 

¿Todos los cuerpos absorben energía radiante con el mismo poder? 

¿Por qué no es conveniente poner una bebida caliente transparente en un recipiente de paredes 

brillantes, si debe bebérsela inmediatamente? 

¿Quién se siente a gusto en una fría noche, una persona vestida de negro entero o una persona vestida 

de blanco entero? 

Al desarrollado del texto, añado algunas ideas de manera que usted pueda determinar numéricamente 

la energía radiante. 

Como usted sabe, a la vez que un cuerpo emite radiación, del entorno absorbe energía radiante, como 

se muestra en la figura 8. 

Figura 8. Un cuerpo emite y absorbe energía radiante en forma simultánea. 



118 



El flujo radiante de un cuerpo que se mantiene a la temperatura en una cavidad al vacío, está dado 

por: 

donde es el flujo radiante, A(m 2 ) es la superficie, el poder emisivo, T 1 (K) la temperatura 

absoluta del cuerpo, respectivamente. T 2 (K) la temperatura de la superficie interna de la cavidad, σ es 

la constante de Stefan–Boltzman igual a 

Cabe anotar que el poder emisivo e es 1 para los buenos emisores y 0 para los malos emisores. 

Apliquemos la ecuación del flujo radiante. 

Ejemplo 19 

Refiérase a la figura 5, ¿cuánta energía radiante emite el cuerpo central esférico de área 0,020 m², 

de poder emisivo 0,60 y que se mantiene a una temperatura de 600°C? La cavidad está al vacío y la 

temperatura de su superficie interna se mantiene a 25°C. 

Desarrollo 

El flujo de energía radiante, se determina aplicando la ecuación: 

Primeramente expresemos las temperaturas en K, así: 

T 1 = 600°C + 273,15 = 873,15 K 

T 2 = 20°C + 273,15 = 293,15 K 

Si sustituimos los datos en la ecuación de R, tenemos: 

¿Sabía usted que la rapidez de enfriamiento de un cuerpo, depende de la diferencia entre la temperatura 

del cuerpo y la del ambiente? 

11.8 LEY DE NEWTON DEL ENFRIAMIENTO 

La referida ley se presenta en las páginas del texto básico, por lo que le invito ir a las mismas para que 

realice la lectura y el aprendizaje correspondiente. 

Antes de terminar el estudio de esta unidad, es conveniente que haga una recapitulación de los temas 

estudiados.


Y qué mejor, si cada concepto se asocia a un caso concreto. ¿Qué le parece si en el resumen incluye 

las ideas que se han presentado en la guía y que no constan en el texto? 

¡Éxitos! 

Para concluir esta unidad, le invito a que reflexione sobre la siguiente noticia: 

Dentro de un millón de años todo el sistema solar tendrá la misma temperatura. 

¿Qué sucederá con la vida? 

¿Ocurrirá proceso alguno? 

Estimado estudiante, para contribuir al su aprendizaje de los temas estudiados le recomiendo el desarrollo 

de la siguiente actividad: 


1. Por qué la energía vibracional y rotacional de las moléculas no contribuyen a la temperatura de 

un cuerpo. 

2. Establezca semejanzas y diferencias entre una escala de temperatura absoluta y una relativa. 

3. Haga una analogía entre la estructura atómica de los elementos y sus capacidades caloríficas. 

4. Haga un cuadro sinóptico de los procesos de transferencia de calor. 

5. Un balón de vidrio de 250 cm³ de capacidad se llenó con mercurio a 20°C. Si la temperatura 

se eleva a 30°C, determine la cantidad de mercurio que se derrama. Información adicional: El 

coeficiente de expansión volumétrica del vidrio es 9,6 X 10 -6 ( o C) -1 y del mercurio es 1,82 X 10 -4 

( o C) -1 , respectivamente. 

6. Refiérase al ejemplo 11, determine la temperatura en la pared de madera en un punto sobre la 

superficie perpendicular al flujo por conducción distante L/3 de la superficie izquierda. 

No olvide también desarrollar las actividades que constan al final del capítulo 15 y capítulo 16 del texto, 


Hemos concluido el estudio de la unidad 11, ahora conteste el siguiente cuestionario y cerciórese del 

nivel de conocimiento alcanzado. 



120 





corresponda. 

1. ( ) La temperatura depende de la energía cinética traslacional de las moléculas. 

2. ( ) Dos sustancias diferentes de igual masa y temperatura, reciben la misma cantidad de 

calor, por tanto la temperatura final es igual en ambas sustancias. 

3. ( ) Cuando una sustancia se expande por incremento de la temperatura, el espacio entre 

las moléculas está vacío. 

4. ( ) En la transferencia de calor por conducción la energía se transfiere por colisiones a 

nivel atómico y molecular. 

5. ( ) La transferencia de calor por convección natural ocurre debido a la diferencia de 

densidades de las sustancias. 

6. ( ) La energía calorífica se transfiere por radiación a través de ondas electromagnéticas. 

7. ( ) La longitud de onda de la energía radiante depende de la temperatura. 

8. ( ) El agua de los océanos en general regula la temperatura de las zonas continentales. 

Hemos concluido con la revisión de la unidad 11, verifique sus respuestas en el 

solucionario que consta al final de la guía didáctica, para que se cerciore del avance 

de su aprendizaje. Si tiene alguna dificultad revise nuevamente los temas y responda 

el cuestionario. Si persisten las dificultades, no dude en comunicarse con su tutor. 

¡Haga un receso! Después de una jornada retome el estudio con la siguiente unidad.



UNIDAD 12 

CAMBIO DE FASE 

Capítulo 17 

Continuemos el estudio de la asignatura, ahora abordemos los cambios de estado físico de los cuerpos, 

para lo cual le invito primero a que lea globalmente el capítulo 17 del texto básico, donde el autor 

describe de manera pormenorizada los fenómenos de evaporación, condensación, ebullición, fusión y 

congelación; y, la energía requerida para que ocurra un cambio de fase o estado de la materia. 

Luego de la lectura realizada, pasemos a estudiar cada uno de los contenidos de esta unidad. 

12.1 EVAPORACIÓN 

Este proceso natural mediante el cual las moléculas abandonan la superficie de un líquido, debido a su 

mayor energía cinética respecto de las restantes, se presenta en las páginas del texto básico. Una vez 

que usted realice la lectura comprensiva de este punto, le sugiero conteste las siguientes preguntas: 

¿La evaporación es un proceso de enfriamiento? 

¿El agua se evapora independientemente de la temperatura? 

¿Las moléculas de hielo también se evaporan? 

¿La rapidez de la evaporación depende de la temperatura? 

¿Depende de la presión la velocidad de evaporación de un líquido? 

¿Se puede enfriar un recipiente evaporando agua la superficie? 

¿Ha visto usted agua en la superficie interna de la tapa de un recipiente con agua en ebullición? 

Ahora analizamos este fenómeno. 

12.2 CONDENSACIÓN 

El paso del estado gaseoso al estado líquido se denomina condensación, el mismo que se presenta en 

las páginas del texto básico, a las que le remito para su estudio correspondiente. 

Ahora le invito a que conteste las siguientes preguntas: 

¿El proceso de condensación precisa de calor? 

¿La energía de las moléculas aumenta? 

¿Humedad absoluta es lo mismo que humedad relativa? 



¿Hay más condensación en aire frío? 

¿Hay más vapor de agua en aire caliente? 

Veamos ahora el proceso de ebullición del que todos tenemos experiencia. 

12.3 EBULLICIÓN 

122 



El proceso de ebullición -paso de una sustancia del estado líquido a vapor sin cambios en la temperatura- 

se presenta en las páginas del texto básico, por lo que le invito revisarlas para la comprensión de este 

importante fenómeno del que nos valemos al cocer nuestros alimentos, por ejemplo. 

Observemos: 

En el punto normal de ebullición las moléculas 

del vapor tienen mayor energía cinética que las 

moléculas del líquido 

¿Qué calor se requiere por unidad de masa para convertir el líquido en vapor en el punto normal de 

ebullición? 

¿Por qué se precisa de energía calorífica en un cambio de estado si la temperatura permanece 

constante? 

¿La temperatura de ebullición depende de la presión? 

¿Un alimento se cuece más rápido a alta presión? 

¿La ebullición es un proceso de enfriamiento? 

Avancemos con el estudio del siguiente cambio de estado. 

12.4 FUSIÓN Y CONGELACIÓN 

El paso de una sustancia del estado sólido a líquido denominado fusión y el proceso inverso denominado 

congelación, se presenta en las páginas del texto básico. Observemos también el fenómeno denominado 

regelamiento, paso de una cuerda por una porción de hielo sin dejar rastro. 

Ahora le invito a trazar un diagrama “temperatura versus calor” y ubicar en el mismo - mediante trazos 

a color- el proceso de fusión y de congelación, respectivamente. 

¿Por qué se producen los cambios de estado? ¿Qué papel desempaña la energía calorífica? Demos 

respuesta a estas inquietudes revisando el siguiente punto.


12.5 ENERGIA Y CAMBIOS DE FASE 

Le invito ahora ir a las páginas del texto básico, donde se describe la necesidad de energía para que 

ocurra un cambio de estado. En el esquema bajo el título práctica física, se aprecia el proceso de 

fusión del hielo seguido del calentamiento del agua y culmina con el proceso de vaporización. En 

estos procesos, hay dos cambios de estado y uno de elevación de temperatura, que como sabemos 

requieren energía. Observe qué calor interviene en cada etapa. 

Como en los cambios de estado y de cambios de temperatura de una sustancia, interviene el calor, se 

habla de dos calores: 

• Calor sensible, es el calor requerido para cambiar en un grado de temperatura la unidad de 

masa de una sustancia en una fase dada. Este calor se expresa en cal/g.°C 

• Calor latente, es el calor requerido por unidad de masa para cambiar la fase de una sustancia sin 

cambios en la temperatura. Este calor también denominado calor de transformación se expresa 

en cal/g. 

Desarrollemos un ejemplo sobre estos conceptos. 

Ejemplo 20 

En un calorímetro de aluminio de 40 g que contiene 125 g de agua a 30°C, se transfieren 10 g de hielo 

a -10°C. Si la temperatura de equilibrio es de 22°C. Determine el calor latente de fusión del hielo. 

Observación: calor específico del aluminio 0,217 cal/g.°C, del hielo 0,5 cal/g.°C y agua 1cal/g.°C, 


Desarrollo 

Como se trata de una mezcla calorimétrica, entonces la expresión del balance calorífico, es: 

Q cedido = Q ganado 

Q calorímetro = Q agua + Q hielo 

Concretándonos en el ejercicio y como la temperatura de equilibrio es mayor de 0°C, todo el hielo se 

funde, de manera que la ecuación desarrollada tiene la forma: 

Q calorímetro + Q agua = Q hielo + Q fusión del hielo + Q agua del hielo fundido 

Expresemos cada calor Q en función de la masa m, el calor específico c y la diferencia de temperatura 

∆T correspondiente; y, el calor de fusión del hielo en función de la masa m y el calor latente L f , 

respectivo. La ecuación, entonces tiene la forma: 

(mc∆T) cal + (mc∆T) agua = (mc∆T) hielo + (mL f ) fusión hielo + (mc∆T) agua del hielo fundido 

Ahora, sustituyamos los datos: 



Finalmente, despejemos L f : 

124 



Estimado estudiante, antes de terminar el estudio de esta unidad, le sugiero que haga 

un resumen de la misma. 

Si tiene acceso a la bibliografía complementaria o a otra fuente bibliográfica, demuestre 

su competencia para la búsqueda de información de fuentes diversas. Elabore una 

tabla de calores de transformación y temperaturas correspondientes para sustancias 

sólidas y líquidas. 

Ahora para reforzar los conocimientos adquiridos en la presente unidad, seguidamente le recomiendo 

el desarrollo de la siguiente actividad. 


1. Analice si en la naturaleza la materia se presenta únicamente en los estados sólido, líquido, 

gaseoso o, sólido - líquido, líquido - gas, y sólido - líquido - gas. 

2. ¿Por qué en un cambio de estado no hay cambio de temperatura? 

3. ¿Por qué se dice que el proceso de vaporización es un medio de enfriamiento del entorno? 

4. Explique las distancias interatómicas de la materia en el estado sólido, líquido y gaseoso. 

5. Cuando una sustancia alcanza el punto de combustión libera calor manteniendo la temperatura 

constante. ¿Cómo se denomina esta energía? 

6. ¿Cuánto calor se requiere extraer de 1kg de vapor de agua a 100°C para convertirlo en hielo a 

-10°C? El calor de condensación del vapor de agua es 540 cal/g. 

7. ¿Cuánto calor debe transferirse a una mezcla de hielo y agua, para que por segundo se fundan 

10 g de hielo a 0°C?



Hemos concluido el estudio de la unidad 12. Dispóngase a contestar el siguiente cuestionario y 

cerciórese del nivel de aprendizaje logrado. 



corresponda. 

1. ( ) La temperatura a la que ocurre un cambio de estado depende de la presión. 

2. ( ) En el proceso de evaporación la energía de las moléculas de la fase líquida es igual a las 

del vapor. 

3. ( ) El calor latente de fusión es igual al calor latente de solidificación. 

4. ( ) Calor latente y calor sensible son sinónimos. 

5. ( ) Cuando se condensa vapor, en el punto de condensación, la sustancia recibe calor del 

entorno. 

6. ( ) El cambio de estado de la materia, de un nivel molecular más organizado a un menos 

organizado, se debe a la ganancia de energía calorífica. 

7. ( ) El hielo y el agua coexisten en equilibrio a 0°C. Hay también un estado de equilibrio 

en el que coexisten las fases sólida, líquida y gaseosa 

8. ( ) En el punto normal de ebullición, la distancia interatómica entre los átomos de la fase 

líquida y de vapor es la misma. 

Estimado estudiante, se ha concluido la revisión de la unidad 12, verifique sus 

respuestas en el solucionario que consta al final de la guía didáctica, para que se 

cerciore del avance de su aprendizaje. Si tiene alguna dificultad revise nuevamente los 

temas y responda el cuestionario. Si persisten las dificultades, no dude en comunicarse 

con su tutor. 

¡Vamos avanzando! ¿Verdad? Como usted sabe, nos faltan 3 unidades para terminar el curso, por tanto 

debemos poner mayor empeño y dedicación. Tómese un breve descanso y luego pase a la siguiente 

unidad. 



126 


UNIDAD 13 

TERMODINÁMICA 


Capítulo 18 


Continuemos el estudio de la asignatura con la revisión de la termodinámica, cuyas leyes son de 

aplicación universal. Es conveniente que usted haga una lectura global del capítulo 18 del texto básico, 

donde el autor explica la temperatura termodinámica y el cero absoluto, la conversión de calor en 

energía interna y trabajo, la conservación de la energía, el proceso adiabático de un gas, el clima y 

la primera ley de la termodinámica, la imposibilidad de convertir el calor en equivalente de trabajo 

mecánico, la constante del desorden en los procesos naturales, y la entropía o direccionalidad de los 

procesos espontáneos. En esta etapa del estudio de la física, usted tiene la oportunidad de analizar los 

fenómenos desde un enfoque macroscópico a pesar que las interacciones son del orden atómico y 

molecular. Esto, gracias a las leyes de la termodinámica. 

Luego que usted ha revisado el capítulo 18, veamos cada uno de los temas de la presente unidad. 

13.1 CERO ABSOLUTO 

En las páginas del texto básico, se describe el comportamiento de la materia al nivel más bajo de 

temperatura posible, el cero absoluto. 

Observemos que el cero absoluto, significa: 

• Nivel más bajo de temperatura. 

• Átomos y moléculas pierden la energía cinética disponible. 

• Imposibilidad de extraer calor a esta temperatura. 

Consulte sobre lo siguiente: ¿Qué propiedades físicas son afectadas por bajas 

temperaturas? ¿y por altas temperaturas? 

Por otra parte, la escala termodinámica de temperatura es absoluta, por tanto no hay temperaturas 

negativas. 

¿La escala Celsius o centígrada es absoluta? 

¿Se ha preguntado usted en qué se convierte la energía que absorbe un cuerpo? Ahora analizamos esta 

cuestión en el siguiente numeral.


13.2 ENERGÍA INTERNA 

La energía interna es la suma de las energías asociadas a los átomos y moléculas de una sustancia. 

Tengamos presente que sólo la energía cinética traslacional afecta al nivel térmico o temperatura de la 

sustancia. Por tanto, cuando un sistema (sustancia) recibe calor se incrementa la energía interna. Ésto 

también se aprecia en los cambios de fase. El desarrollo de este concepto se presenta en el texto básico, 

a la que le invito remitirse para su estudio. 

Observemos: 

La energía interna es la suma de todas las formas de energía 

asociadas a los átomos y moléculas de una sustancia. 

Con lo visto, usted puede responder a la pregunta 

¿Qué sucede con la energía interna de un cuerpo que cede calor? 

Sabemos que la energía se conserva, ¿cómo se presenta este principio en el campo de la termodinámica? 

La respuesta a esta pregunta es el tema del siguiente numeral. 

13.3 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 

En las páginas del texto básico, se presenta esta ley de la termodinámica, por lo que le invito ir a las 

mismas para su estudio y aprendizaje correspondiente. 

Algunos aspectos de la termodinámica no los desarrolla el autor, y para facilitar su estudio a continuación 

los describo. 

SISTEMA 

Un sistema es una porción del universo delimitada del entorno o alrededores, como se muestra en la 

figura 6. Los sistemas son cerrados y abiertos. Los primeros intercambian calor y trabajo con el entorno, 

un caso especial es el sistema aislado que no intercambia calor ni trabajo con el entorno; los sistemas 

abiertos intercambian calor, trabajo y masa con el entorno. 

Q 

Sistema 

cerrado 

a) 

w 

Sistema 

aislado 

b) 

me ms 

Sistema 

abierto 

Figura 9. Sistemas termodinámicos e interacciones con el entorno: a) cerrado, b) aislado y c) abierto. 

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA La Universidad Católica de Loja 127 

c)


FORMULACIÓN DE LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA 

128 



Apliquemos la ley de conservación de la energía al caso de un sistema cerrado (figura 6.a). Como la 

energía (calor y trabajo) puede transferirse del sistema a los alrededores o de éstos al sistema, debemos 

asignar un signo + o – al calor y el trabajo a la hora de hacer el balance energético. Por tanto, el 

calor es positivo si el sistema recibe calor, el trabajo es positivo si el sistema realiza trabajo sobre los 

alrededores. 

Por otra lado, una parte del calor que recibe un sistema lo convierte en trabajo mecánico y el resto en 

energía interna. Al hacer el balance energético, tenemos: 

Q - W = ∆U 

Expresión que se conoce como la primera ley de la termodinámica, donde Q es el calor intercambiado, 

W el trabajo realizado y ∆U el cambio o variación de la energía interna del sistema. El signo menos que 

precede a W se debe a que una parte del calor que recibe el sistema se convierte en trabajo y el resto 

incrementa su energía interna. 

Como se desprende de la ecuación de conservación de la energía, todas las cantidades deben expresarse 

en unidades idénticas, en el sistema SI en J o kJ. 

Veamos a continuación un ejemplo de sobre de esta ley. 

Ejemplo 21 

Un sistema cerrado recibe 1000 cal de calor y reliza 3000 J de trabajo. ¿En cuánto cambia la energía 

interna? 

Desarrollo 

Tenemos los siguientes datos: 

Q = 1000 cal 

W = 3000 J 

1 cal = 4,186 J 

Primero, expresemos el calor en J, así: 

Q=4186 J 

Segundo, sustituyamos los datos de Q y W en la ecuación de la primera ley de la termodinámica y 

determinemos ∆U. Entonces: 

Q - W = ∆U 

4186 J - 3000 J = ∆U


∆U=1186J 

Una vez comprendida esta ley, puede pasar al siguiente punto. ¿Cómo se comporta un gas aislado? 

13.4 PROCESO ADIABÁTICO 

Este tema está desarrollado en el texto básico. Un proceso adiabático ocurre cuando no se intercambia 

calor entre el sistema y los alrededores. En la práctica, los procesos instantáneos se consideran 

adiabáticos. En estos procesos un sistema realiza trabajo sobre los alrededores a expensas de la energía 

interna. En general la temperatura desciende. Este descenso de la temperatura se aprecia cuando 

un fluido pasa por un estrechamiento, proceso denominado estrangulación, donde la temperatura y 

presión elevadas del fluido cambia a bajas temperatura y presión. 

Cite ejemplos donde intervienen procesos adiabáticos. 

¿Ha sentido usted un cambio en la temperatura y presión del ambiente antes que llueva? Veamos esto 

en seguida. 

13.5 METEOROLOGÍA Y LA PRIMERA LEY 

Una descripción de la meteorología y su relación con la primera ley de la termodinámica y los procesos 

adiabáticos de las masas de aire, se presenta en las páginas del texto básico, Por lo que le invito ir a las 

referidas páginas para el aprendizaje de este importante tema medioambiental de su interés. 

¿En la atmósfera ocurren procesos adiabáticos? 

¿Por qué mecanismo la neblina se condensa en vapor en las montañas? 

¿En la atmósfera constantemente se intercambia calor? 

Sabemos que la energía se conserva, y que el trabajo equivale a energía. ¿Qué tiene más valor, la 

energía o el trabajo? Usted ¿qué piensa al respecto? Ahora vemos esto. 

13.6 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA 

En la naturaleza los procesos espontáneos se realizan en una dirección determinada, esta direccionalidad 

se ha postulado de diferentes formas, y todas son maneras de expresar la segunda ley de la termodinámica. 

Usted se cerciorará de lo señalado revisando el desarrollo que presenta el autor en el texto básico. 

Observemos que la segunda ley de la termodinámica es un postulado y que no se formula con expresión 

matemática alguna. 

Sin embargo, es costumbre hacer referencia a esta ley, remitiéndose al rendimiento de la máquina 

térmica de Carnot, tema que se presenta en las páginas del texto básico. 

Como sabemos, el calor es energía no direccionada; en cambio el trabajo es energía que en cierta 

forma tiene dirección, y para direccionar la energía, es decir convertirla en energía mecánica o trabajo, 

se precisa de máquinas, las cuales tienen una eficiencia determinada. 

Veamos la eficiencia de una máquina térmica en función de los calores intercambiados. 



130 



Como se aprecia en la figura 18.11 del texto básico, una máquina térmica opera entre dos focos 

caloríficos: Uno a alta temperatura T caliente del que absorbe el calor Q caliente , y otro a baja temperatura 

T frio al que cede el calor Q frio 

El trabajo W que genera la máquina, es la diferencia entre el calor absorbido y el calor desechado o 

cedido, esto es: 

W = Q caliente - Q frio 

Como la eficiencia ideal e es el trabajo dividido entre el calor absorbido, es decir: 

Sustituyendo W, tenemos: 

Tenga presente por otra parte que, la eficiencia de la máquina térmica de Carnot, únicamente depende 

de las temperaturas absolutas entre las que opera (ver página 352 del texto básico). 

Ahora, revisemos el siguiente ejemplo referido a una máquina térmica. 

Ejemplo 22 

Una máquina de Carnot funciona entre un foco caliente a 300°C y un foco frío a 30°C. Si absorbe 4000 

cal de calor del foco a alta temperatura, determine (a) la eficiencia ideal, (b) el trabajo producido, y (c) 

el calor desechado al foco frío. 

Desarrollo 


T caliente = 300°C + 273,15 = 573,15 K 

T fría = 30°C + 273,15 = 303,15 K 

Q absorbido = 4000 cal = 16 744 J 

Primero, determinemos la eficiencia; para lo cual aplicamos la expresión indicada en la página 352 del 

texto básico. Es decir: 

Sustituyamos los datos, tenemos:


Segundo, el trabajo lo determinamos de la expresión de la eficiencia ideal. Donde el trabajo W es 

equivalente a: 

W = e x Q absorbido 

Sustituyendo el valor de la eficiencia y del calor absorbido, encontramos W. Así: 

W = 0,47 x x16744 J 

W = 7869,68 J 

Tercero, finalmente el calor desechado lo determinamos de la expresión del trabajo W, dado por: 

Donde, Q frío es: 

W = Q caliente - Q frío 

Q frío = Q caliente - W 

Finalmente, sustituyendo los valores conocidos, tenemos: 


(a) 0,47 

(b) 7 869,68 J 

(c) 8 874,32 J 

Q frío =16744 J - 7869,68 J 

Q frío = 8874,32 J 

¿Cree usted que la termodinámica rige todo proceso natural y espontáneo? 

13.7 ORDEN Y DESORDEN. ENTROPÍA 

En las páginas del texto básico, el autor aborda los temas del orden y desorden en la naturaleza, 

y la tendencia a aumentar el desorden en todo proceso natural y espontáneo. Es decir, describe la 

propiedad conocida como entropía, la misma que nos afecta en todo momento. 

Por cuanto en el texto no se profundiza sobre esta propiedad, a continuación presento las ecuaciones 

aplicables al cálculo de la entropía y desarrollo algunos ejemplos. 



132 



Como se indica en la página 356 del texto básico, el cambio de entropía ∆S de un sistema está dado 

por: 

donde ∆Q es el calor intercambiado en J o kJ y T la temperatura absoluta en K a la que se intercambia 

el calor. Por tanto ∆S se expresa en J/K o kJ/K. 

En el caso de la entropía como en la conservación de la energía, hay que tener en cuenta el signo del 

calor intercambiado, como se indicó anteriormente. 

En un proceso de enfriamiento o calentamiento de una sustancia (sistema termodinámico, p. ej., agua), 

el aumento o disminución de entropía ∆S, se determina con la siguiente expresión: 

donde m es la masa en g o kg, c el calor específico en J/g.K o kJ/kg.K, T i y T f las temperaturas inicial y 

final en K, respectivamente. 

Desarrollemos ahora dos ejemplos sobre la entropía. 

Ejemplo 23 

En el punto normal de fusión del hielo se funden 200 g de hielo. ¿En cuánto se incrementa la 

entropía? 

Desarrollo 


T = 0°C + 273,15 = 273,15 K 

m = 200 g de hielo 

L f = 80 cal/g 

Primero, determinemos el calor requerido para fundir los 200 g de hielo en el punto de fusión. Esto 

es: 

Sustituyendo los datos, tenemos: 

Expresado en J, resulta: 

Q fusión = m x L f 

Q fusión = 200g x 80 cal⁄g 

Q fusión = 16000 cal 

Q fusión = 66976 J


Segundo, determinemos el cambio en la entropía del sistema (hielo), esto es: 

Como 

Sustituyendo los datos correspondientes, tenemos: 

Continuemos con el siguiente ejemplo. 

Ejemplo 24 

Q fusión = ∆ Q 

Una masa de 100 g de agua se calienta desde de 0°C hasta 100°C, ¿en cuánto cambia la entropía? 

Desarrollo 


m = 100 g 

c = 4,186 J/g.K 

T i = 0°C + 273,15 = 273,15 K 

T f = 100°C + 273,15 = 373,15 K 

El calor específico se expresa J/g.K, ya que en valor absoluto °C es equivalente a K. 

El cambio de entropía ∆S está dado por: 

Si sustituimos los datos correspondientes en la expresión de ∆S , obtenemos: 

Observación. Para el cálculo que antecede se requiere disponer de una calculadora que contenga la 

función Ln o logaritmo natural. 



134 



Una vez que hemos revisado todos los temas de la unidad 13, le sugiero lo 

siguiente: 

Establezca las semejanzas y diferencias entre la primera y segunda leyes de la 

termodinámica. 

¿Cómo la inversión de temperatura enmascara el calentamiento global? 

Antes de terminar el estudio de esta unidad, reflexione sobre lo siguiente: 

La segunda ley de la termodinámica rige la historia de los pueblos. 

Estimado estudiante, para reforzar los conocimientos adquiridos, seguidamente le recomiendo el 

desarrollo de la siguiente actividad: 


1. Redacte con sus propias palabras las leyes de la termodinámica. 

2. Describa la energía interna de un sistema. 

3. Explique en términos de la eficiencia de las máquinas térmicas la segunda ley de la 

termodinámica. 

4. Formule la segunda ley de la termodinámica en términos de la entropía. 

5. Realice un breve ensayo en alrededor de diez líneas sobre la entropía del universo. 

6. Un sistema cerrado (gas ideal) mientras realiza 5000 J de trabajo cede al entorno 500 cal de 

calor. ¿En cuánto cambia la energía interna del gas? 

7. Una máquina de Carnot tiene una eficiencia ideal equivalente a 0,25. ¿Cuánto calor absorbe del 

foco caliente para producir 10 000 J de trabajo? 

8. Una masa de agua de 100 g se enfría desde 28°C a 0°C. Determine la variación de la entropía? 

No olvide también desarrollar las actividades que constan al final del capítulo 18 páginas 358 a 360 

del texto estudiado. 

Hemos concluido con el estudio de la termodinámica, es conveniente que conteste el siguiente 

cuestionario y se percate del nivel de aprendizaje alcanzado. 

Tenga presente que ya falta poco para concluir con el estudio de este ciclo. Así que ¡adelante! y 

¡muchos éxitos!




corresponda. 

1. ( ) En el cero absoluto cesa la actividad atómica y molecular. 

2. ( ) De un foco calorífico a 0 K se puede obtener energía calorífica. 

3. ( ) En el aire, la temperatura y la presión guardan una relación directa. 

4. ( ) En valor absoluto 1 °C es igual a 1 K. Esto significa que la temperatura Celsius es igual 

a la temperatura Kelvin. 

5. ( ) La primera ley de la termodinámica establece la equivalencia entre calor y trabajo, 

quiere decir que es posible convertir todo el calor en trabajo. 

6. ( ) La segunda ley de la termodinámica indica la dirección en que se transfiere la energía 

calorífica en la naturaleza. 

7. ( ) La eficiencia de una máquina térmica ideal es del 100%. 

8. ( ) Todos los procesos naturales y espontáneos implican un incremento de la entropía. 

Hemos concluido la revisión de la unidad 13, es momento de verificar sus respuestas 

en el solucionario que consta al final de la guía didáctica, y se cerciore del avance de 

su aprendizaje. Si tiene alguna dificultad revise nuevamente los temas y responda el 

cuestionario. Si persisten las dificultades, no dude en comunicarse con su tutor. 

!Qué interesante! ¡Las leyes de la termodinámica nos afectan a cada instante! 

Tómese un receso y luego retome el estudio. Vuelvo a recordarle que falta por estudiar la última 

unidad. Conviene poner todo el esfuerzo posible para coronar con éxito. 



136 


UNIDAD 14 

SONIDO 


Capítulo 20 


¡Cuánto hemos caminado! Parecería que recién iniciamos el aprendizaje de la física, sin embargo, 

estamos por abordar la última unidad de la asignatura. ¿Quién no se siente feliz al acercarse a la meta? 

Dispongámonos con mucho entusiasmo a culminar el estudio de esta apasionante ciencia. 

¡Adelante! 

Revisemos finalmente la última unidad de la asignatura: el sonido, fenómeno físico común para la mayoría 

de la humanidad. Es conveniente que usted haga una lectura global del capítulo 20, páginas 380 a 394 

del texto básico, donde el autor describe con un lenguaje asequible el sonido y sus propiedades. 

Estimado estudiante, debido a la amplitud de los fenómenos físicos, no es posible abarcar en un capítulo 

todo lo que en verdad desearíamos, por tal razón hemos omitido el tema sobre vibraciones y las ondas 

(capítulo 19 del texto básico), sin embargo por su importancia para una mejor comprensión del sonido, 

brevemente me permito resumir aquellos aspectos más significativos. 

DESCRIPCIÓN DE UNA ONDA 

Tome como ejemplo de una onda, la que se forma al lanzar una piedra al agua. 

La onda tiene la forma de una sinusoide o cosenoide cuyas características son la amplitud y longitud 

de onda. La amplitud es la distancia que existe entre la cresta de la onda y la posición de equilibrio, 

la longitud de onda es la distancia entre dos crestas sucesivas o dos depresiones o valles sucesivos, o 

entre dos puntos sucesivos de la onda que tengan el mismo movimiento, como se aprecia en la figura 

19.3 del texto básico. 

MOVIMIENTO ONDULATORIO 

Las ondas originadas en la vibración de un cuerpo elástico se propagan por el medio a través de 

un movimiento ondulatorio, así el sonido, la luz, las señales electromagnéticas, etc. En la medida 

que perdura el movimiento ondulatorio, las partículas del medio oscilan alrededor de la posición de 

equilibrio. Lo que se propaga es la perturbación. 

Rapidez de una onda 

La rapidez de una onda v es está dada por 

donde λ es la longitud de onda en m o cm y f la frecuencia en c/s o Hertz La unidades de la rapidez 

v son m/s, cm/s u otras unidades.


La frecuencia es el número de oscilaciones o vibraciones por unidad de tiempo. El período T (en s) es 

el tiempo que demora en propagarse una longitud de onda. El período es por tanto el inverso de la 

frecuencia. 

La rapidez de una onda en función del período viene dada por: 

Cabe indicar que las ondas se propagan con rapideces que dependen de las propiedades mecánicas 

del medio y también de la temperatura. 

ONDAS TRANSVERSALES 

Se originan cuando las partículas del cuerpo o medio en el que se propaga la onda se mueven 

perpendicularmente a la dirección de propagación de la perturbación, como se aprecia en la figura 

19,8 del texto básico. 

ONDAS LONGITUDINALES 

Se originan cuando las partículas del cuerpo vibrante o medio en el que se propaga la onda se mueven 

en la misma dirección en la que se propaga la perturbación, como se muestra en la figura 19,9 del texto 

básico. El sonido es una onda longitudinal. 

INTERFERENCIA 

Cuando en el mismo instante coinciden dos crestas o dos valles de dos ondas de la misma frecuencia, 

éstas se refuerzan o amplifican, se trata de una interferencia constructiva; si en el mismo instante 

coincide una cresta con un valle de dos ondas de la misma frecuencia se debilitan, se trata de una 

interferencia destructiva. La situaciones antes referidas, se muestran en la figura 19.11 del texto. 

Existen otros fenómenos ondulatorios como el efecto Doppler que le invito a revisar en la página 372 

del texto básico. 

Los conceptos descritos nos permiten adentrarnos en el estudio del sonido, que a continuación 

iniciamos. 

14.1 ORIGEN DEL SONIDO 

¿Cómo se produce el sonido? ¿El sonido requiere de un medio mecánico para transmitirse? Si de 

pronto desaparece el aire ¿es posible escuchar sonido alguno? 

¿Verdad que se formularían muchas preguntas al respecto? ¡Pues el sonido es una maravilla de la 

naturaleza! ¡Cuán felices debemos sentirnos quienes somos afortunados al disfrutar del sentido del 

oído! 

El sonido es una onda mecánica que se origina en la vibración de un cuerpo elástico y se propaga en 

un medio sólido, líquido a gaseoso. Es una forma de energía. Estimado estudiante, vaya a las páginas 

380 a 381 del texto básico, donde se desarrolla este tema. 

Lo invito a reflexionar respondiendo las preguntas. 



¿La frecuencia del sonido depende de las propiedades del objeto vibratorio? 

138 



¿La capacidad auditiva de las personas comprende las frecuencias infrasónicas y ultrasónicas? 

¿En un medio sin aire es posible la transmisión del sonido? 

Pasemos a revisar a qué clase de onda pertenece el sonido. 

14.2 NATURALEZA DEL SONIDO EN EL AIRE 

El sonido es una onda longitudinal que se propaga en el aire debido a concentraciones y rarefacciones 

de las moléculas adyacentes al cuerpo vibrante, y de éstas a las vecinas, y así sucesivamente. El desarrollo 

de este punto se presenta en las páginas del texto básico, al que le remito para su estudio respectivo. 

¿Un impulso ondulatorio se propaga en todas direcciones? Dé razones para justificar su respuesta. 

En un equipo de sonido, la energía electromagnética se convierte en energía mecánica. ¿Por qué? 

¿Ha visto una escena de una película del oeste, donde los indios colocan el oído sobre el suelo, para 

detectar la presencia del enemigo? ¿Por qué lo hacen así? La respuesta a esta interrogante puede darle 

después de abordar el siguiente punto. 

14.3 MEDIOS QUE TRANSMITEN EL SONIDO 

El sonido se propaga por medios elásticos sólidos, líquidos, gaseosos y plasma, con una rapidez que 

depende de las propiedades del material. En las páginas del texto básico se aborda el este punto, por 

lo que le invito a leerlas para su aprendizaje. 

¿Se puede analizar la rapidez del sonido en base del comportamiento atómico del mismo? 

¿La distancia interatómica del medio se pone de manifiesto en la rapidez del sonido? 

Piense. ¿Usted escucha con la misma nitidez en un día caluroso que un día frío? ¿Afecta a la rapidez del 

sonido en el aire su temperatura? Conozcamos la respuesta estudiando el siguiente punto. 

14.4 RAPIDEZ DEL SONIDO EN EL AIRE 

La descripción de la rapidez del sonido en el aire se presenta en el texto básico. Remítase a ellas para 

su estudio y aprendizaje. 

Reflexione con las siguientes preguntas: 

¿El vapor de agua afecta la rapidez del sonido? 

¿Hay una relación directa entre el sonido y la temperatura del aire? 

La composición del aire y la temperatura 

influyen en la rapidez del sonido.


Has gritado y ha transcurrido un tiempo. Luego has es escuchado tu propio grito. ¿Por qué sucede? 

Veamos a continuación la física del eco. 

14.5 REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DEL SONIDO 

El sonido es un movimiento ondulatorio y como tal se refleja en una superficie, también es absorbido 

como la luz, pues se trata de una forma de energía. La explicación de esta propiedad la encuentra en 

la página 384 del texto. El fenómeno de la refracción o desviación de las ondas sonoras por diferencias 

de rapideces, se describe en las páginas 385 a 386 del texto básico. 

Ahora puede responder a las siguientes preguntas: 

¿El eco depende de la naturaleza de la superficie reflectora? 

¿La refracción del sonido permite localizar un submarino? 

¿Qué animales son sensibles a sonidos ultrasónicos? ¿los leones? ¿los murciélagos? ¿los delfines? ¿las 

águilas? 

¿Podrá la técnica del eco contribuir a salvar vidas humanas? 

Recuerde: 

Ahora le invito a pasar al siguiente punto. 

14.6 ENERGÍA EN LAS ONDAS SONORAS 

El sonido se refleja como la luz 

El sonido es una forma de energía, se convierte en energía interna o se disipa en forma de calor. La 

descripción energética del sonido se presenta en la página 387 del texto básico al que le remito para 

su aprendizaje. 

Luego de la lectura usted puede dar respuesta a lo siguiente: 

¿Las ondas sonoras transportan tanta energía como las ondas electromagnéticas? 

¿El sonido de altas frecuencias se absorbe y se convierte en energía interna? 

¿El sonido de bajas frecuencias tiene mayor alcance que el de las altas fecuencias? 

¿La energía del sonido depende de la frecuencia? 

Continuemos el estudio con el siguiente tema. 

14.7 VIBRACIONES FORZADAS 

Las vibraciones forzadas ocurren cuando un cuerpo pone a vibrar a cualquier frecuencia. La descripción 

de este tipo de vibración se describe en la página 387 del texto. 



140 


SEGUNDO SOLUCIONARIO BIMESTRE 

¿Las cajas de resonancia de un instrumento musical son ejemplos de sistemas vibratorios forzados? 

¿Sería perceptible el sonido de las cuerdas de una guitarra sin caja de resonancia? 

¿Se ha dado cuenta que los materiales con propiedad elástica tienen un sonido característico? Enseguida 

vemos esto. 

14.8 FRECUENCIA NATURAL Y RESONANCIA 

El desarrollo sobre frecuencia natural se presenta en las páginas del texto básico y sobre la resonancia 

en la página 388 a 389, las cuales le invito a leerlas. 

Si ha leído con detenimiento, estará en capacidad de responder a preguntas como: 

¿Por qué es posible distinguir los sonidos de cuerpos vibrantes? 

¿Los cuerpos tienen una sola frecuencia natural? 

¿En resonancia los cuerpos vibran con la misma frecuencia? 

¿La resonancia la experimentan los átomos? 

14.9 INTERFERENCIA 

Aprendizaje activo. 

Si donde vive dispone de un parque infantil, realice la siguiente experiencia. 

Suba un niño a un columpio e impúlselo. Cuando el columpio está de regreso, 

impúlselo en sentido contrario. Al final el columpio se detiene. ¿Por qué ocurre 

esto? La explicación se presenta en el siguiente punto. 

La descripción del fenómeno de la interferencia del sonido se presenta en las páginas 389 a 391 del 

texto básico, a las que le remito para su estudio y aprendizaje correspondiente. 

Observemos que éste como otros fenómenos naturales puede resultar beneficioso o perjudicial. Así, 

la interferencia constructiva es conveniente en salas de concierto, cine, etc., pero no es apropiada en 

áreas de alto ruido, por ejemplo. 

¿La interferencia destructiva y constructiva ocurre con sonidos de iguales frecuencias? 

¿Los audífonos antirruido producen sonidos de igual frecuencia que el ruido pero desfasados? 

Si coinciden dos ondas de diferente frecuencia, ¿hay sonido? La explicación la encuentra en el siguiente 

tema. 

14.10 PULSACIONES 

Para el aprendizaje de este tema, le remito a la lectura de las páginas del texto básico, donde se 

describen las pulsaciones, su utilidad en el afinamiento de instrumentos de cuerda y en la detección de 

vehículos que superan los límites de velocidad permitidos.

SEGUNDO SOLUCIONARIO BIMESTRE Guía didáctica: Física para las Ciencias Biológicas 

Le propongo las siguientes preguntas para que las responda. 

¿El sonido de pulsaciones es idéntico al sonido de mayor frecuencia? 

¿La frecuencia de una pulsación es igual a la diferencia de las frecuencias de las fuentes sonoras? 

¿Los delfines detectan la presencia de objetos estáticos por medio de pulsaciones? 

¿Las pistolas de radar miden la diferencia de frecuencia entre la señal emitida y la reflejada en el 

vehículo en movimiento? 

Antes de concluir con el desarrollo de esta unidad. Le invito a que reflexione sobre 

lo siguiente: 

Importancia del sonido en la convivencia humana. 

Estimado estudiante, para reforzar los conocimientos adquiridos en la presente unidad, le recomiendo 

el desarrollo de la siguiente actividad: 


1. Justifique científicamente el hecho de que los indios de Norteamérica acercan el oído al suelo 

para detectar al enemigo. 

2. El sonido es un movimiento ondulatorio como las ondas electromagnéticas; por tanto, éste viaja 

en el vacío. 

3. Realice un breve ensayo sobre el sonido y la temperatura del aire. 

4. Una onda se propaga con una rapidez de 340 m/s. Si la longitud de onda es de 5 cm, determine 

(a) la frecuencia y (b) el período. 

5. El sonido se propaga a 0°C con una rapidez aproximada de 330 m/s, si el sonido se origina en 

una fuente sonora con frecuencia de 1000 c/s o Hertz, determine (a) el período y (b) la longitud 

de onda. 

6. Repita el ejercicio 2, si la temperatura del aire es de 30°C. Observación: Por cada grado de 

aumento de temperatura sobre 0°C, la rapidez del sonido en el aire aumenta 0,6 m/s. 

7. ¿A qué distancia entre dos bocinas se anula el sonido producido a frecuencias iguales de 300 

Hz? 

8. Dos bocinas ubicadas juntas suenan simultáneamente a 400 Hz. ¿A qué distancia de las fuentes 

sonoras el sonido es máximo y mínimo, respectivamente? La temperatura del aire es 01C 


Hemos concluido el estudio de la unidad 14, ahora conviene que conteste el siguiente cuestionario y 

compruebe el nivel de conocimientos sobre el sonido. 



142 



SOLUCIONARIO 


corresponda. 

1. ( ) Las ondas se producen al hacer vibrar un cuerpo elástico. 

2. ( ) A medida que se propagan las ondas sonoras, también se propagan las moléculas de 

aire. 

3. ( ) El sonido es una onda longitudinal y se propaga en todo medio o material elástico. 

4. ( ) La rapidez del sonido en el aire aumenta con el incremento de la temperatura. 

5. ( ) Las ondas sonoras poseen tanta energía como las ondas electromagnéticas. 

6. ( ) Un sonido de alta frecuencia transfiere más energía que otro de baja frecuencia. 

7. ( ) Todos los materiales elásticos tienen frecuencias naturales. 

8. ( ) La resonancia es una propiedad del sonido en virtud de la cual se puede sintonizar una 

estación de radio. 

Apreciado estudiante, hemos concluido el estudio de la unidad 14, verifique sus respuestas en 

el solucionario que consta al final de la guía didáctica, para que se cerciore del avance de su 

aprendizaje. Si tiene alguna dificultad revise nuevamente los temas y responda el cuestionario. Si 

persisten las dificultades, no dude en comunicarse con su tutor. 

De esta manera, estimado estudiante, damos por finalizado el estudio de las unidades correspondientes 

al segundo bimestre. Su dedicación y compromiso con su formación se pondrá de manifiesto en la 

calidad del trabajo a distancia y el éxito en la prueba presencial. 

Usted como estudiante de ingeniería, es un trabajador del conocimiento, y para avanzar en este inusitado 

campo, va a requerir además de la física - ciencia fundamental de la naturaleza- de otros conocimientos 

que los obtendrá del aprendizaje de las restantes asignaturas contempladas en el pensum de estudios. 

Tenga presente que sus competencias deben traducirse por una parte, en un aprovechamiento 

sustentante de los recursos y las fuerzas de la naturaleza en beneficio de la humanidad, y por otra, en 

su accionar personal como promotor e impulsor del cambio social. 

Después de haber compartido un ciclo de sus estudios, quiero expresarle mi satisfacción por el esfuerzo 

diario desplegado, pues no es posible éxito alguno, sin el correspondiente sacrificio de tiempo y empleo 

de energía. ¡El camino que ha decido recorrer es el correcto! Avance con paso decidido y la vista puesta 

en el horizonte ¡su proyecto de vida! 

!Mucha felicidad y ventura en lo que le queda de estudios universitarios y en su vida 

familiar y próxima profesional!

PRIMER SOLUCIONARIO BIMESTRE Guía didáctica: Física para las Ciencias Biológicas 

7. Solucionario 

Le presentamos las respuestas a las autoevaluaciones planteadas en cada una de las unidades de la guía 

didáctica, con la finalidad que usted pueda verificar sus aciertos. 

Autoevaluación 1. Unidad 1 

1. V 2. V 3. F 4. V 

5. V 6. V 7. V 8. V 


1. V 2. F 3. V 4. V 

5. V 6. V 7. F 8. F 


1. V 2. F 3. F 4. V 

5. V 6. V 7. F 8. V 


1. F 2. F 3. F 4. V 

5. V 6. F 7. F 8. V 


1. F 2. F 3. F 4. F 

5. F 6. V 7. F 8. F 


1. F 2. V 3. F 4. F 

5. V 6. V 7. F 8. V 


1. F 2. V 3. V 4. V 

5. F 6. F 7. V 8. F 

PRIMER BIMESTRE 




1. V 2. F 3. V 4. V 

5. F 6. F 7. F 8. F 


1. V 2. F 3. V 4. F 

5. V 6. V 7. V 8. V 


1. V 2. V 3. V 4. V 

5. F 6. F 7. F 8. V 


1. V 2. F 3. V 4. V 

5. V 6. V 7. V 8. V 


1. F 2. V 3. V 4. F 

5. F 6. F 7. V 8. V 


1. F 2. F 3. V 4. F 

5. F 6. V 7. F 8. V 


1. V 2. F 3. V 4. V 

5. F 6. V 7. V 8. V 

144 



PRIMER BIMESTRE 

TVJJ/mfn/05-07-10/148 

cll/2011-10-26/144

Respuestas - Universidad Técnica Particular de Loja

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