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552 Capítulo 19 Temperatura
arriba de la línea fija se deslizan hacia arriba del techo y sobre
ellos la fricción cinética actúa hacia abajo, paralela al techo.
La línea fija no ocupa área, así, suponga que sobre la placa
no actúa fuerza de fricción estática mientras la temperatura
cambia. La placa como un todo casi está en equilibrio, así que
la fuerza de fricción neta sobre ella debe ser igual a la componente
de su peso que actúa hacia abajo del plano inclinado. a)
Pruebe que la línea fija está a una distancia de
L
2 a 1 tan u
b
m k
abajo del borde superior de la placa. b) Analice las fuerzas que
actúan en la placa cuando la temperatura cae y pruebe que la
línea estacionaria está a esa misma distancia sobre el borde
inferior de la placa. c) Demuestre que la placa baja del techo
como un gusano moviéndose cada día una distancia
L
m k
1a 2 a 1 21T h T c 2 tan u
d) Evalúe la distancia que una placa de aluminio se mueve
cada día si su longitud es de 1.20 m, la temperatura va en
ciclos entre 4.00°C y 36.0°C, y el techo tiene una pendiente
de 18.5°, 1.50 10 5 (°C) 1 de coeficiente de expansión lineal,
y 0.420 de coeficiente de fricción con la placa. e) ¿Qué
pasaría si? ¿Y si el coeficiente de expansión de la placa es
menor que el del techo? ¿La placa sube lentamente por el
techo?
Respuestas a las preguntas rápidas
19.1 c). La dirección de la transferencia de energía sólo depende
de la temperatura y no del tamaño del objeto o de cuál objeto
tenga más masa.
19.2 c). La frase “doble de caliente” se refiere a una relación
de temperaturas. Cuando ciertas temperaturas se convierten
a kelvins, sólo los del inciso c) están en la proporción
correcta.
19.3 c). La gasolina tiene el coeficiente de expansión volumétrica
promedio más grande.
19.4 c). Una cavidad en un material se expande en la misma
forma que si estuviese lleno con dicho material.
19.5 a). En un día frío, el aire atrapado en las burbujas se reduce
en presión de acuerdo con la ley de gas ideal. Por lo tanto,
el volumen de las burbujas puede ser menor que en un día
cálido y los contenidos del paquete se pueden mover más.
19.6 b). Debido al aumento de temperatura, el aire se expande.
En consecuencia, parte del aire se fuga hacia el exterior, lo
que deja menos aire en la casa.
2 intermedio; 3 desafiante; razonamiento simbólico; razonamiento cualitativo