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PROBLEMAS RESUELTOS FISICA Y MEDICIONES
CAPITULO 1 FISICA I CUARTA, QUINTA, SEXTA y SEPTIMA EDICION SERWAY
Raymond A. Serway
Sección 1.1 Patrones de longitud, masa y tiempo
Sección 1.2 La materia y construcción de modelos
Sección 1.3 Densidad y masa atómica
Sección 1.4 Análisis dimensional
Sección 1.5 Conversión de unidades
Sección 1.6 Estimaciones y cálculos de orden de magnitud
Sección 1.7 Cifras significativas
Erving Quintero Gil
Ing. Electromecánico
Bucaramanga – Colombia
Para cualquier inquietud o consulta escribir a:
quintere@hotmail.com
quintere@gmail.com
quintere2006@yahoo.com
Ejemplo 1.4 Análisis de una ecuación
Muestre que la expresión V = V 0 + at es dimensionalmente correcta, donde V y V 0 representan
velocidades, a es la aceleración y t es un intervalo de tiempo.
[ ] [ ]
T
L
V =V =
[ ]
T
L
a =
[ ]
T
L
a =
[ ]
T
L
*T
T
L
a t
2
En consecuencia, la expresión es dimensionalmente correcta.
Problema 1.1 Serway Edición cuarta
Calcule la densidad de un cubo sólido que mide 5 cm de lado y cuya masa es de 350 gr.
V = L
3 = (5)
3 = 125 cm
3
cm
gr 2 , 8
3 cm
gr
V
m
m
kg 2,
3 m
kg
1 m
100 cm
1000 gr
1 kg
3 cm
gr
ρ = 2,8 gr / cm
3 .
Problema 1.2 Serway cuarta edición
La masa de Saturno es de 5.64x 10
26 Kg. y su radio es 6 x 10
7 m.
a) Calcule su densidad.
b) Si el planeta se colocara en un océano suficientemente grande, ¿flotaría? Explique,
pero el volumen es: V = 4/3 π r
3 = 4/3 π (6 X 10
7 )
3
V = 904,77 x 10
21 m
3
m
2 kg 6,2336* 10 3 m
kg
V
m ρ = = =
ρ = 623,36 Kg / m
3 .
b) Como la densidad de saturno es menor que la densidad del mar entonces saturno flotaría.
Problema 1.3 Serway cuarta edición
¿Cuántos gramos de cobre se requieren para construir un cascarón esférico hueco con un radio interior
de 5,7 cm y un radio exterior de 5,75 cm? La densidad del cobre es 8,93 g/ cm
3 .
( )
3 2 r 2 3
4 V = π
( )
3 3 3 3 3 2 cm 796,289cm 3
2388, 3,14190,1cm 3
4 5,75 cm 3
4 V = π = = =
t
r
3
t
V = π
radiotierra
*radiotierra
radiotierra 4
masatierra
10,95radiotierra 4
317,4masadetierra
Volumen tierra
masatierra
VolumenJupiter
masaJupiter
tierra
Jupiter = = = = =
tierra
Jupiter
ρ
ρ
Problema 1.5 Serway cuarta edición; Problema 1.7 edición 5
Calcule la masa de un átomo de a) helio, b) hierro y c) plomo. De sus respuestas en gramos. Las masas
atómicas de estos átomos son 4 u, 55,9 u y 207 u, respectivamente.
helio
atomos
mol
23 atomos 6,023* 10
mol
g 4
#Avogadro
masaatomicadelhelio
helio
m = = =
1 átomo de helio tiene una masa de 0,6644 * 10
μ = unidad de masa atómica
1 μ = 1,66 * 10
μ
μ 4
g
g*
helio
m = =
masa de helio = 4 μ
hierro
atomos
mol
23 atomos 6,023* 10
mol
g 56
#Avogadro
masaatomicadelhierro
hierro
m = = =
1 átomo de hierro tiene una masa de 93,023 * 10
μ = unidad de masa atómica
1 μ = 1,66 * 10
μ
μ 56
g
g*
hierro
m = =
masa de hierro = 56 μ
plomo
atomos
mol
23 atomos 6,023* 10
mol
g 207
#Avogadro
masaatomicadelplomo
plomo
m = = =
1 átomo de plomo tiene una masa de 343,853 * 10
μ = unidad de masa atómica
1 μ = 1,66 * 10
μ
μ 207,
g
g*
plomo
m = =
masa de plomo = 207,14 μ
Problema 1.6 Serway cuarta edición
Un pequeño cubo de hierro se observa en el microscopio. La arista del cubo mide 5 X 10
Encuentre a) la masa del cubo, y b) el número de átomos de hierro en el cubo. La masa atómica del
hierro es 56 u. y su densidad es 7.86 g/ cm
3 .
ρ hierro = 7,86 * 10
3 g/cm
3
V = L
3 = (5 * 10
3 = 125 * 10
3
m = V * ρ hierro
m = 125 * 10
3
3 g/cm
3
m = 9,825 * 10
b) el número de átomos de hierro en el cubo
masaatomica hierro
Avogadro
atomos=masahierro*
atomos=9,825* 10
atomos= =
7 atomos
Problema 1.7 Serway cuarta edición
Una viga estructural en forma de I está hecha de acero. En la figura P1.7 se muestra una vista de su
sección transversal y sus dimensiones. a) ¿Cuál es la masa de una sección de 1,5 m de largo? b)
¿Cuántos átomos hay en esta sección? La densidad del acero es 7,56 x 10
3 Kg. / m
3 .
La viga se divide en tres áreas.
Area total = A 1 + A 2 + A 3
AT = (15 * 1) + (34 * 1) + (15 * 1) = 15 +34 +15 = 64 cm
2
m
100 cm
1 m
64 cm T
A = =
V = Volumen de la viga
L = Longitud de la viga = 1,5 metros de largo
V = AT * L = (64 * 10
2 ) * (1,5 m)
V = 96 * 10
- 4 m
3
1 cm
15 cm
1 cm
1 cm
34 cm
A 1
A 2
A 3
Área de la base = A = π * r
2
A = π * r
2 = π * (0,243 m)
2 = 0,1855 m
2
A = 0,1855 m
2
V = Área de la base * espesor
3 m
3 = Á * h
3 m
3 = 0,1855 m
2
3,74cm 2 1 m
100 cm m*
0 , 1855 m
m
h = = =
