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20.43. Una máquina de Carnot tiene una eficiencia de 48%. Si la sustancia de trabajo entra al sistema a 400°C, ¿cuál es la temperatura del escape? Resp. 350 K 20.44. Durante la fase de compresión de un motor de automóvil, el volumen de la mezcla de combustible disminuye de 18 a 2 in3. Si la constante adiabática es de 1.4, ¿cuál es la eficiencia máxima posible del motor? 20.45. Cuántos joules de trabajo debe realizar el compresor de un refrigerador para hacer que 1 kg de agua a 20°C se convierta en hielo a —10°C? El coeficiente de rendimiento es de 3.5. Resp. 126 kJ 20.46. En un refrigerador mecánico, los serpentines de baja temperatura del evaporador están a —30°C y el condensador tiene una temperatura de 60°C. ¿Cuál es el coeficiente de rendimiento máximo posible? 20.47. Un motor tiene una eficiencia térmica de 27% y una temperatura de escape de 230°C. ¿Cuál es la temperatura de entrada más baja posible? Resp. 416°C 20.48. El coeficiente de rendimiento de un refrigerador es de 5.0. Si la temperatura ambiente es de 28°C, ¿cuál es la temperatura más baja posible que puede alcanzarse dentro del refrigerador? Preguntas para la reflexión crítica 20.49. Un gas se expande en oposición a un pistón móvil y lo levanta una distancia de 2 in a velocidad constante. ¿Cuánto trabajo realiza el gas si el pistón pesa 200 Ib y tiene un área transversal de 12 in2? Si la expansión es adiabática, ¿cuál es el cambio de la energía interna, en Btu? ¿El cambio A V representa un incremento o un decremento de la energía interna? Resp. 33.3 ft • Ib, 0.0428 Btu, un decremento *20.50. Considere el diagrama P-V que se muestra en la figura 20.20, donde se indican la presión y el volumen para cada uno de los puntos A, B, C y D. A partir del punto A, una muestra de 100 cm3 de gas absorbe 200 J de calor, haciendo que la presión aumente de 100 a 200 kPa, al tiempo que el volumen aumenta a 200 cm3. A continuación, el gas se expande de B a C, absorbiendo 400 J adicionales de calor mientras su volumen se incrementa hasta 400 cm3. (a) Halle el trabajo neto realizado y el cambio de la energía interna en cada uno de los procesos AS y BC. (b) ¿Cuáles son el trabajo neto y el cambio total de la energía interna en el proceso ABC? (c) ¿Qué tipo de proceso se ilustra en el caso BC1 *20.51. El ciclo iniciado en el problema anterior continúa ahora de C a Z>, al tiempo que son absorbidos 200 J adicionales de calor, (a) Halle el trabajo neto y el cambio neto de la energía interna en el proceso CD. (b) Suponga que el sistema regresa a su estado original en el punto A. ¿Cuál es el trabajo neto en todo el ciclo ABCDA y cuál es la eficiencia del ciclo? *20.52. Considere una masa específica de gas que se hace pasar por un proceso de estrangulación adiabático. Antes de entrar en la válvula, tiene una energía interna Uv una presión Pí y un volumen Vv Después de pasar por la válvula, tiene una energía interna Uv una presión P1y un volumen V. El trabajo neto realizado es el trabajo efectuado por el gas menos el trabajo efectuado sobre el gas. Demuestre que TJ\ + P \V\ = Vi + P iYi La cantidad V + PV, conocida como entalpia, se conserva durante un proceso de estrangulación. *20.53. Un motor de gasolina recibe 2000 J de calor y entrega 400 J de trabajo por ciclo. El calor se obtiene de la combustión de gasolina, la cual tiene un calor de combustión de 50 kJ/g. ¿Cuál es la eficiencia térmica? ¿Cuánto calor se pierde por ciclo? ¿Cuánta gasolina se quema en cada ciclo? Si el motor funciona a 90 ciclos por segundo, ¿cuál es la potencia de salida? Resp.20%, 1600 J, 0.040 g, 36 kW *20.54. Considere una máquina de Carnot con eficiencia e y un refrigerador de Carnot cuyo coeficiente de rendimiento es K. Si estos aparatos funcionan entre las mismas temperaturas, obtenga la relación siguiente 1 — e K = Capítulo 20 Resumen y repaso 425
Movimiento ondulatorio Movimiento ondulatorio formado por una gota de agua que cae en un tanque de ondas. Las ondas son capaces de transmitir energía de un lugar a otro como una perturbación, sólo con movimientos localizados de partículas individuales. En este capítulo estudiamos las propiedades físicas de las ondas mecánicas. (Foto © BS15 PhotoDisc/Getty.) Objetivos Cuando term ine de estudiar este capítulo el alumno: 1. Demostrará por m edio de definiciones y ejem plos que ha com prendido el m ovim iento ondulatorio transversal y longitudinal. 2. Definirá, relacionará y aplicará el significado de los térm inos frecuencia, longitu d de onda y rapidez para el m ovim iento ondulatorio. 3. Resolverá problem as en los que intervengan la masa, la longitud, la tensión y la velocidad de onda, en el caso de ondas transversales en una cuerda. 4. Escribirá y aplicará una expresión para determ inar las frecuencias características en el caso de una cuerda vibrante cuyos extremos están fijos. 426
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Física, conceptos y aplicaciones S
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Publisher: Javier Neyra Bravo Direc
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Para Jared Andrew Tippens y Elizabe
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Prefacio xiii Capítulo 1 Introducc
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Contenido 16.6 Dilatación superfic
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PARTE I Meca nica Introducción Cen
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¿Cómo estudiar física? 3 ¿Q ué
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Momento de torsión y equilibrio ro
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Aceleración uniforme El guepardo e
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6.9 Proyección horizontal 127 Las
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Preguntas de repaso 6.1. Explique c
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Segunda ley de Newton El transborda
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Impulso y cantidad de movimiento El
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9.3 Choques elásticos e inelástic
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a 3 m /s y la pelota reduce su velo
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Máquinas simples Las máquinas sim
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Elasticidad El salto de bungee util
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esumen y repaso Resumen En la indus
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sección transversal de un cilindro
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Movimiento armónico simple Un tram
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Los globos aerostáticos usan aire
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Temperatura y dilatación La temper
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Resumen El almacenamiento de cargas
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26.3. ¿Cuál sería el radio de un
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Los instrumentos para obtener imág
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Objetivos Cuando term ine de estudi
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Preguntas de repaso Comente esta af
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Preguntas para la reflexión críti
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